[发明专利]一种具有高出光率的掺铈硅酸镥闪烁晶体辐射探测器

说明书

本发明涉及一种具有高出光率的闪烁晶体辐射探测器，针对闪烁晶体本身的主要出射波段进行针对性设计膜层的构思，并克服了薄膜研究数据量过大难以分析的困难，得到了合适的反光膜层材料，不仅具有与晶体良好的附着力，并且膜层层数较少易于实现，相应提高了测量效率和测量精度。

技术领域

本发明涉及核辐射或X射线辐射的测量，尤其涉及X射线辐射、γ射线辐射、微粒子辐射或宇宙线辐射的测量，具体来说是辐射强度测量中闪烁体是晶体的闪烁探测器。

背景技术

辐射测量已在许多领域发挥着重要的作用，如核电站热电厂辐射测量，对测量地点的辐射剂量进行连续测量；工业和民用建筑，建筑装修，建筑材料生产制造，对各种建筑材料的放射性测量;地质勘探，地质找矿与矿山辐射测量;用于射线安检通道门，能够为海关、机场、边境检查、重要会议场所的安全检查提供帮助;医疗中使用的辐射测量和辐射治疗（CT，PET，射线刀等）均需要通过测量辐射强度用于诊断和治疗，辐射测量已经广泛应用于放射性监测、工业无损探伤、医院的治疗和诊断、同位素应用、废料回收等放射性场所，辐射测量一方面监测辐射防止辐射产生危害，另一方面起到诊断和治疗的监测和计算作用。

辐射探测是辐射测量最基础的研究领域，辐射探测器的基本原理是，利用辐射在气体或者液体或者固体中引起的电离激发效应或者其它物理或化学变化进行辐射探测，探测器的公知类型包括气体探测器，闪烁探测器和半导体探测器，气体探测器结构复杂而半导体探测器的探测效率不够理想，闪烁探测器是目前最常用的探测器，闪烁探测器严格意义上分为液体闪烁探测器和固体闪烁探测器，液体闪烁探测器相比与固体闪烁探测器的便携性要差很多，基本用于实验室研究，利用闪烁晶体测量辐射的固体探测器是本领域研究最多的探测器类型。

传统的闪烁晶体辐射测量装置比较典型的结构如图1所示，使用闪烁晶体作为探测晶体，面向发射源的面和四周设置反射层，剩下一面为激发光出射面，该面通过光耦合结构与光传感器(典型的例如光电倍增管)相连接，光传感器光电倍增管分别与高压分压器、以及前置放大器相连；输入高压通过高压分压器加载在光电倍增管，输出信号依次经过前置放大器、线性放大器和多道分析器的处理形成最终的输出信号。这种使用闪烁晶体的探测器因为便于使用并且结构简单成为应用最广的探测器，也已经被本领域技术人员研究得较为透彻。

已知的反射层材料通常使用聚四氟乙烯或者硫酸钡，反射层的设置方式通常为包裹或者填充，这样的方式虽然简单，但对于闪烁晶体的保护和反光效果并不理想，无法满足研制高性能的探测器的要求，能量分辨率及时间分辨率的进一步提升成为难题，在此基础上有研究人员进一步提出了镀膜的方式，包括在晶体表面镀制MgF2/CeO2介质膜/金属铝膜的方式，实现了在特定波长处较高的反射率，还设计了采用了Ta2O5/SiO2两种材料进行高反的设计以及提出了HfO2/TiO2/SiO2三种材料组合的构思，为了达到全反射的效果甚至提出了镀膜层数为48层之多的方案设计，然而其仅仅是理论上的可行性，实际镀膜的层数越多带来的误差越大，并且达到一定层数以后提升的效果也微不足道。

镀膜的构思仍然给本领域技术人员打开了新思路，然而镀膜方案需要克服多种问题，首先要能够容易在闪烁晶体上镀制，镀层要有足够的牢固度，又要考虑膜层甚至晶体本身不受环境影响，例如需要避免氧化，潮解等问题，无论是材料的选择还是膜层的设计通过现有设计均无法再进一步明显提升探测器性能。

目前，如何进一步提高探测器的能量分辨率和时间分辨率是研制高性能探测器的技术瓶颈。

为了打破瓶颈，本申请人的技术团队经过悉心研究，投入了大量资金，借助高通量试验仪器，在大量实验数据中突破性设计了高通量线性实验方法并由此针对不同的闪烁晶体得了多组可行的镀膜方案（拟在研究成果上进行多组专利布局），本案涉及其中一种镀膜方案的探测系统，其它镀膜方案的探测器系统另案提出申请。