CN102944891B - 一种掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法 - Google Patents
一种掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于：闪烁晶体在低氧干燥环境中依次进行打磨（去除腐蚀层）、抛光和表面粗化；晶体的反光面与反射材料构成漫反射面，出光面与高折射率光耦合胶构成出光口，晶体出光面的最佳状态为锯齿状光学微观结构；设计一种耐震荡，耐温度冲击、防潮的闪烁晶体封装结构：三层复合保护结构（刚性套管+发泡隔热缓冲层+外壳）；晶体前端的光耦合剂和后端的弹性垫片是软弹性材料；后盖与刚性垫片之间有空隙，改善隔热效果；采用双道复合密封胶粘结外壳接缝处。
Description
技术领域
本发明涉及闪烁晶体封装领域，特别是涉及一种掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法
背景技术
闪烁晶体是当高能射线（如X射线，γ射线）或其他放射性粒子通过时，因射线或粒子的激发，发出荧光脉冲（闪烁光）的晶体。闪烁晶体广泛应用于核医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等领域，是相关高科技产业不可或缺的一种材料。
近年来研发出的高性能闪烁晶体很多都容易发生潮解或者开裂，需要精密封装才能满足外界苛刻的使用条件，如掺铈溴化镧晶体，溴化铈晶体等。其中掺铈溴化镧晶体作为近年发展起来的新型闪烁晶体，相对于传统闪烁晶体—碘化纳（NaI:TI）和碘化铯（CsI:TI），具有高光输出、优异的能量分辨率及快的衰减时间等优良特性，使其成为替代传统闪烁晶体的最佳选择。
现有技术只注重防外力冲击，没有涉及怎样提高掺铈卤化镧闪烁晶体的光收集效率，以及怎样减小外界温度变化对闪烁晶体的冲击。
发明内容
为了解决掺铈卤化镧闪烁晶体耐温度冲击差、使用性能不高、易潮解的难题，本发明提供了一种掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于：闪烁晶体在低氧干燥环境中依次进行打磨（去除腐蚀层）、抛光和表面粗化；晶体的反光面与反射材料构成漫反射面，出光面与高折射率光耦合胶构成高光口，晶体出光面的最佳状态为锯齿状光学微观结构；设计一种耐震荡，耐温度冲击、防潮的闪烁晶体封装结构：三层复合保护结构（刚性套管+发泡隔热缓冲层+外壳）；晶体前端的光耦合剂和后端的弹性垫片是软弹性材料；后盖与刚性垫片之间有空隙，改善隔热效果；采用双道复合密封胶粘结外壳接缝处。
所述掺铈卤化镧闪烁晶体为掺铈氯化镧（LaCl3:Ce）晶体、掺铈溴化镧（LaBr3:Ce）晶体；
所述低氧干燥环境为：湿度不超过5ppm，氧气浓度不超过8ppm。
对闪烁晶体的各个表面都进行表面粗化。
所述反射材料为白色粉末，选自硫酸钡、二氧化钛、氧化镁，氧化铝和聚四氟乙烯中一种或几种的混和物；或者反射材料为带状反射材料，选自聚四氟乙烯薄膜，铝箔，镀铝塑料薄膜；或者反射材料为真空镀膜、白色涂料。
所述高折射率光耦合胶为折射率在1.40以上软弹性光学有机材料，选自硅胶。
所述发泡隔热缓冲层位于刚性套筒与外壳之间，选自弹性有机硅胶、发泡聚氨酯、橡胶。
所述后盖内侧有0.5~5mm的圆形凸起，与刚性垫片接触，在后盖和刚性垫片之间形成空隙。
所述弹性垫片选自弹性有机硅、聚氨酯、聚烯烃、橡胶、塔簧、波形弹簧。
外壳接缝处使用双道复合密封胶粘结，密封胶选自有机硅胶、环氧胶、聚异丁烯胶、聚硫胶、热熔丁基胶、聚氨酯胶。
与现有技术或专利相比，如《具有低能量探测能力的抗震闪烁探测器》（专利号：CN1680827B）和《闪烁探测器以及制造方法》（申请号：200980112194.1），本发明的有益效果是得到使用性能优良的闪烁晶体封装产品。具体优势在于：a.对晶体的表面粗化处理及采用高折射率光耦合剂，提高反光面的光反射率和出光面的光子提取效率，从而改善高折射率闪烁晶体的光收集效率，相对光输出提高10%，能量分辨率改善幅度达到1%左右；b.三层复合保护结构（刚性套管+发泡隔热缓冲层+外壳）的发泡隔热缓冲层，可以有效将局部冲击力快速均匀地传递给刚性套筒，避免局部受力造成的晶体损坏，提高耐冲击性，发泡形态有较好的隔热作用，减缓外界温度剧烈变化造成的温度冲击，不小于5℃/min；c.采用双道复合密封胶，气密性好，水汽渗透率低、结构稳定性好，提高使用年限（至少3年以上）。
附图说明
图1为晶体处理、封装和固化的真空手套箱。
图2为晶体出光面的锯齿状光学微观结构。
图3为掺铈卤化镧闪烁晶体的一个封装结构实例。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。以下实施案例是对本发明创新性内容进行说明的一些实例，不能简单将该实施案例视为对本发明的限制。
图1揭露了一种掺铈卤化镧闪烁晶体的加工环境和方法。具体步骤为：将晶体加工和封装工具分别置于湿度3ppm，氧气含量不超过5ppm的真空手套箱的两个腔室中。晶体从过渡舱104中进入小型抛光研磨机103所在的腔室11中进行打磨和抛光，去除晶体表面腐蚀层，再用320目砂纸无规则打毛晶体的侧面和背面。出光面用120目砂纸打毛，方向必须具有单一性，打磨3次。附图2是晶体出光面的锯齿状光学微观结构，为理想状态。
打毛清洁过的晶体由过渡舱102进入封装工具105所在的舱室12中，操作人员双手套入操作手套101，进行手工封装。
附图3展示了掺铈卤化镧闪烁晶体的一个封装结构实例。晶体200朝向后盖206的后端及其侧面被氧化镁粉210包裹，前端通过光学硅胶与光学窗口201耦合，使闪烁光子集中于光学窗口透过被光电倍增管的光阴极收集而产生光电信号。具体封装过程如下：
1、将合金铝制成的刚性套筒203与合金铝制得的外壳202通过定位槽211配合，并在套筒和外壳之间灌上发泡聚氨酯，加热固化成型后清洁备用；
2、晶体200通过弹性光学硅胶212与光学窗口201耦合，值得一提的是，光学窗口最好采用石英玻璃，也可以采用耐高温的高硼硅酸盐玻璃，用于石油测井等；
3、在后盖的螺纹处204涂上有机硅胶，旋紧带螺纹的后盖206作用于夹有弹性垫片205的两个刚性垫片207，通过后端反射层施加给晶体200，从而使晶体200与弹性耦合层紧密贴合；
4、后盖206与外壳202的表观缝隙处208填充环氧密封胶，形成双道密封结构。
Claims (10)
1.一种掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于：闪烁晶体在低氧干燥环境中依次进行打磨、抛光和表面粗化；闪烁晶体的反光面与反射材料构成漫反射面，出光面与高折射率光耦合胶构成出光口，闪烁晶体出光面的状态为锯齿状光学微观结构；对闪烁晶体进行封装，采用三层复合保护结构：刚性套筒+发泡隔热缓冲层+外壳；旋紧带螺纹的后盖作用于夹有弹性垫片的两个刚性垫片；闪烁晶体前端的高折射率光耦合胶和后端的弹性垫片是软弹性材料；后盖与刚性垫片之间有空隙，改善隔热效果；采用双道复合密封胶粘结外壳接缝处。
2.如权利要求1所述的一种掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于，掺铈卤化镧闪烁晶体为掺铈氯化镧（LaCl3:Ce）晶体、掺铈溴化镧（LaBr3:Ce）晶体。
3.如权利要求1所述的掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于，低氧干燥环境为：湿度不超过5ppm，氧气浓度不超过8ppm。
4.如权利要求1所述的掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于，对闪烁晶体的各个表面都进行表面粗化。
5.如权利要求1中所述的掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于，反射材料为白色粉末，选自硫酸钡、二氧化钛、氧化镁，氧化铝和聚四氟乙烯中一种或几种的混和物；或者反射材料为带状反射材料，选自聚四氟乙烯薄膜，铝箔，镀铝塑料薄膜；或者反射材料为真空镀膜、白色涂料。
6.如权利要求1所述的掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于，高折射率光耦合胶为折射率在1.40以上软弹性光学有机材料，选自硅胶。
7.如权利要求1所述的掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于，发泡隔热缓冲层位于刚性套筒与外壳之间，选自弹性有机硅胶、发泡聚氨酯、橡胶。
8.如权利要求1所述的掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于，后盖内侧有0.5~5mm的圆形凸起，与刚性垫片接触，在后盖和刚性垫片之间形成空隙。
9.如权利要求1所述的掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于，弹性垫片选自弹性有机硅、聚氨酯、聚烯烃、橡胶、塔簧、波形弹簧。
10.如权利要求1所述的掺铈卤化镧闪烁晶体的封装方法，其特征在于，外壳接缝处使用双道复合密封胶粘结，密封胶选自有机硅胶、环氧胶、聚异丁烯胶、聚硫胶、热熔丁基胶、聚氨酯胶。
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