CN103224786B

CN103224786B - 用于中子检测的锂基闪烁体

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Publication number: CN103224786B
Application number: CN201310026670.6A
Authority: CN
Inventors: A.M.斯里瓦斯塔瓦; A.伊凡
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: CA2802251A1; US20130193329A1; SG192372A1; UA117089C2; RU2623224C2; GB2499709A; CA2802251C; GB201301001D0; RU2013103434A; CN103224786A; US8878135B2; GB2499709B

Abstract

中子闪烁体复合物(NSC)由中子闪烁体和粘合剂制成。所述复合物的中子闪烁体具有式Li_yMgBr_y+2，其中y=2、4或6，并可进一步包含铈作为闪烁活化剂。所述复合物的粘合剂的折射率基本相等于所述中子闪烁体的折射率。将所述中子闪烁体和粘合剂混合成固体或半固体中子闪烁体复合物，该复合物具有充足的流动性以模塑为成形物品，例如辐射检测器的中子感应元件。所述中子闪烁体复合物采集和引导光子通过该材料自身并进入光学偶联至该复合物的感光元件。因为所述中子闪烁体和所述粘合剂两者的折射率基本相等，在闪烁体‑粘合剂界面的散射被最小化，从而产生接近单晶的透射效率。

Description

用于中子检测的锂基闪烁体

背景

本发明总的涉及闪烁体且更特别涉及用于检测中子的闪烁体组合物及其制造方法。

闪烁体材料(下文“闪烁体”)广泛用于高能辐射(例如γ射线、X射线、宇宙射线、中子及其他特征在于能级大于或等于约1keV的颗粒)检测器。该闪烁体与光检测设备(例如，光敏器件)偶联。当辐射撞击闪烁体时，该闪烁体发射光。光敏器件产生与收到的光脉冲的数量及其强度成比例的电信号。闪烁体通用于许多应用。实例包括医学成像装备，例如，正电子发射断层摄影(PET)装置；用于油汽工业的测井；用于国土安全的便携和手提检测器；和各种数字成像应用。

在使用固态闪烁的中子检测中，可能利用最多的材料源自6-LiF和ZnS：Ag的粒状混合物。这种混合物中的每个组分表现出“同类中最好(best-of-class)”的性能(即，分别地，中子俘获和发光)。对于中子俘获，LiF晶体结构提供固态中最高之一的Li位点密度，并由此在富集于6-Li中时最大化中子相互作用的概率。对于发光，ZnS：Ag是已知最亮的磷光体之一且在α和氚核暴露(即，6-Li中子俘获的副产物)下它的发射仍然无可比拟。因此，通过光学透明粘合材料(粘合剂)结合在一起的6-LiF和ZnS：Ag的组合形成具有优异效率的中子闪烁体复合物(NSC)。

遗憾的是，当由这些粒状混合物(例如，6-LiF/ZnS：Ag、10-B₂O₃/ZnS：Ag等)组成时，中子闪烁体复合物遭受光损耗，这是由于光在内部界面的散射以及在透射期间光的吸收。后者得到ZnS：Ag辅助，ZnS：Ag可自吸收自身发光。这些损耗机制产生厚度限制：增加NSC厚度超过某阈值(例如，对于6-LiF/ZnS：Ag混合物为约1.0mm)，尽管对中子吸收有额外能力，却提供不了进一步的光输出。因此，不能取得大型连续的体积，而且同等重要的是，没有相当大的工作区，许多有用的形状不能得以实施。

简述

本发明解决光学透明度的问题，通过：[1]将中子俘获和发光功能组合至单一的闪烁体组合物并[2]使粘合剂材料与中子闪烁体材料折射率匹配。这些特征显著减少内部吸收和散射，从而增加NSC本体(body)的光输出。结果，到达光敏器件的光脉冲的数量和强度增加，这转而显著提高中子检测效率。

内部吸收和散射的量取决于NSC光学界面的类型和表面积。对于常规的结合粒状混合物(例如，6-LiF/ZnS：Ag)的NSC，可能的光学界面数量为5种(例如，6-LiF/粘合剂、ZnS：Ag/粘合剂、6-LiF/ZnS：Ag、6-LiF/6-LiF和ZnS：Ag/ZnS：Ag)。相比之下，本发明可能的界面数量为2种：闪烁体-粘合剂和闪烁体-闪烁体。代表相同材料之间接触的后者已经折射率匹配，因此界面数量有效地为1种。因此，结合单一组合物降低光学复杂度并提高透明度。

此外，本公开的中子闪烁体展现的折射率(n～1.3-1.7)重合己知的环氧树脂、热塑性塑料、低熔点无机玻璃等(n～1.4-1.6)。组合物因此允许折射率匹配，其用于消除在闪烁体-粘合剂界面的光损耗。这样的透明度提高允许大型连续的有用形状的体积，绕过对寻求更昂贵的单晶实施方案的需求。相比之下，常规NSC通常含有ZnS：Ag，其高折射率(n～2.2)妨碍与已知粘合剂的折射率匹配。常规NSC本体因此不透明并限于小于1mm的厚度。

此外，本公开的中子闪烁体复合物(例如其中粘合剂为聚碳酸酯树酯等的那些)具有高耐冲击性。这个强度允许大型中子检测器的生产。

摘要

因此，在一个方面，本公开涉及一种中子闪烁体复合物，其包含：含铈的中子闪烁体(具有非零浓度的锂(Li)、镁(Mg)和溴(Br))和粘合剂(其折射率基本相等于中子闪烁体的折射率)。在一些实施方案中，在含铈中子闪烁体中的Li富含⁶Li。

在一个有关方面，本公开涉及一种中子闪烁体复合物，其包含含铈的下式中子闪烁体：

Li_yMgBr_y+2，其中y＝2、4或6，和

粘合剂材料，其具有的折射率基本相等于所述中子闪烁体的折射率。

在另一个方面，本公开涉及一种中子闪烁体复合物，其包含含铈的下式中子闪烁体：

Li_yMg_1-xCe_xBr_y+2，其中0≤x＜1且y＝2、4或6；和

在又一个方面，本公开涉及一种中子闪烁体复合物，其包含含铈的下式中子闪烁体：

Li₆Mg_1-xCe_xBr₈，其中0≤x＜1；和

在又一个有关方面，本公开涉及一种包含本文描述的中子闪烁体复合物的中子检测器。

在另一个方面，本公开涉及一种用于制造中子闪烁体复合物的方法，该方法包含将含铈中子闪烁体(包含非零浓度的Li、Mg和Br)与粘合剂(其折射率基本相等于中子闪烁体的折射率)混合。在一些实施方案中，粘合剂为混合物提供充足的流动性以使中子闪烁体复合物可形成成形物品。

在又一个方面，本公开涉及一种用于制造中子闪烁体复合物的方法，该方法包含将含铈的下式中子闪烁体：

Li_yMg_1-xCe_xBr_y+2，其中0≤x＜1且y＝2、4或6，

与粘合剂材料(其折射率基本相等于所述中子闪烁体的折射率)混合。

在一个有关方面，粘合剂可选自热塑性树脂或热固性树脂，包括但不限于选自以下的树脂：聚缩醛、聚丙烯酸、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酐、聚芳酯、聚芳基砜、聚苯并咪唑、聚苯并噻嗪并吩噻嗪、聚苯并噻唑、聚苯并噁唑、聚碳酸酯、聚碳硼烷、聚二苯并呋喃、聚二氧代异二氢吲哚、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚砜、聚酰亚胺、聚氧杂二环壬烷、聚噁二唑、聚羟吲哚、聚氧代异二氢吲哚、聚苯硫醚、聚磷腈、聚苯酞、聚哌嗪、聚哌啶、聚吡嗪并喹喔啉、聚吡唑、聚哒嗪、聚吡啶、聚均苯四酰亚胺、聚吡咯烷、聚喹喔啉、聚硅氮烷、聚苯乙烯、聚硫化物、聚磺酰胺、聚磺酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚硫代脂、聚三嗪、聚三唑、聚脲、聚乙烯醇、聚乙烯基酯、聚乙烯基醚、聚乙烯基卤化物、聚乙烯基酮、聚乙烯基腈、聚乙烯基硫醚和它们的组合。

在又一个方面，本公开涉及一种用于制造中子闪烁体的方法，其包含：将LiBr、MgBr₂和CeBr₃的量混合；将混合物研磨成细粉末，并加热混合物至约600℃-约800℃的温度以产生式Li_yMgBr_y+2的中子闪烁体，其中y＝2、4或6。本公开的中子闪烁体复合物然后通过混合该中子闪烁体与粘合剂(其折射率基本相等于中子闪烁体的折射率)制备。中子闪烁体复合物可形成成形物品，例如中子检测器。

附图

当参考附图阅读以下详细说明时，本发明的这些及其他特征、方面和优势将变得较好理解。

图1为用于评价本公开的中子闪烁体复合物的中子通量仪器的示意图。

图2显示本公开的闪烁体的一个实施方案在暴露于(1)12n/cm²/sec和处于(2)24.5n/cm²/sec的中子通量时发射的光(计数每通道)。

图3显示包含本公开的中子闪烁体复合物(包含Li₆Mg_0.99Ce_x＝_0.01Br₈)并在210℃温度下压制的圆片发射的光(计数每通道)。

图4显示包含本公开的中子闪烁体(包含Li₆Mg_0.99Ce_x＝_0.01Br₈)并在230℃温度下压制的圆片发射的光(计数每通道)。

图5显示包含本公开的中子闪烁体(包含Li₆Mg_0.99Ce_x＝_0.01Br₈)并在250℃温度下压制的圆片发射的光(计数每通道)。

图6显示本公开的Li基中子闪烁体可比于市售中子屏(AST)。

详述

本文引用的所有参考文献，包括专利和公开的申请，特此通过引用将其全体并入本主题申请。

现在描述包含中子闪烁体和粘合剂的本公开的中子闪烁体复合物(NSC)的细节。

I.中子闪烁体

通常来说，中子闪烁体检测中子辐射的能力源自6-Li的存在，6-Li展现大的横截面用于热中子俘获。俘获过程导致6-Li的分解，产生带电的α和氚核产物，如以下6-Li(n，α)反应所详述：

⁶Li+¹n---＞⁴α+³H(Q＝4.78MeV)。

带电的α和氚核粒子的4.78MeV动能(即，Q)高，允许显著的“每事件(per event)”能量传递至6-Li主体(host)。因此，通过结合6-Li，产生提供优异中子吸收能力的材料。本发明把6-Li结合至中子闪烁体材料，该材料的晶格高效传递能量至闪烁活化剂。这些活化剂在激发后衰变回到其基态，产生闪烁现象的光子特征。

中子闪烁体材料的6-Li富集可变化范围为：0％＜6-Li≤100％(即，6-Li富集应为非零)。6-Li天然丰度为7.59％且最高的市售来源目前为95％。在以下组合物说明中，提到的“Li”认定为非零6-Li富集。

在本发明一方面，本公开的中子闪烁体结合铈作为闪烁活化剂。将铈离子结合至以下式(I)的中子闪烁体，与不结合铈离子的中子闪烁体相比，提高中子闪烁体材料的光产率。结合铈作为闪烁活化剂描述于美国专利申请公开号2008/0131347 A1(Srivastava等人)，其全体内容通过引用并入本文。

在一个实施方案中，中子闪烁体包含下式化合物

Li_yMg_1-xCe_xBr_y+2，其中y＝2、4或6 (I)

且Li包含6-Li和7-Li之一的核素，且x可具有的数值为0至(但不包括)1。

上述结合铈的式(I)的中子闪烁体是自活化的。换句话说，本发明的中子闪烁体组合物不使用单独的活化剂化合物，因为铈起活化剂(即，通过闪烁检测器测量的中子辐射的发射源)和主体元素两者的作用。

在一个实施方案中，铈离子通过使用溴化铈结合至式(I)的中子闪烁体。在一个示例性的实施方案中，同时加入溴化铈至下式的中子闪烁体

Li_yMgBr_y+2，其中y＝2、4或6，

以形成固体溶液。制备这种固态溶液的方法描述于美国专利申请公开号2008/0131347 A1(Srivastava等人)，其全体内容通过引用并入本文。

在另一个实施方案中，将化学计量量的溴化铈、溴化锂和溴化镁混合，研磨成细粉末然后加热到约600℃-约800℃的温度范围。加热步骤在基本不含水分和空气的环境中进行，例如在位于抽真空手套箱内的炉中。

还应了解上述中子闪烁体可含有少量杂质。这些杂质通常源于起始材料，且一般构成低于中子闪烁体材料的约0.1重量％，且一般构成低于中子闪烁体材料的约0.01重量％。

中子闪烁体也可包括寄生相，其体积百分数通常低于约1％。此外，较少量的其它材料可能有目的地包括在闪烁体组合物中，如美国专利6,585,913(Lyons等人)所描述，其全体内容通过引用并入本文。例如，可加入较少量的其它稀土卤化物以减少余辉。可加入钙和/或镝以减少辐射损伤的可能性。

中子闪烁体提供相对于其他市售可得的中子闪烁体材料的优势。例如，本公开的中子闪烁体可同时展现短衰变时间、减少的余辉、高中子吸收速率和高光输出/中子事件。另外，中子闪烁体可经济地制造，且当为粉末形式时，可与粘合剂材料结合以形成大型透明和连续体积的有用形状。此外，本公开的中子闪烁体复合物(例如其中粘合剂为聚碳酸酯树脂等的那些)具有高耐冲击性，使其适合于大型中子检测器的生产。

在所有组合物中，6-Li富集可变化范围为：0％＜6-Li≤100％(即，6-Li富集应为非零)。6-Li天然丰度为7.59％且最高的市售来源目前为95％。

II.透明粘合剂

本发明的一个方面为发明人已发现上述中子闪烁体的折射率落入的范围重合己知的环氧树脂、热塑性塑料和低熔点无机玻璃的范围(即分别为1.3-1.6对1.4-1.6)。可利用这种重合以选择粘合剂(例如环氧树脂、热塑性塑料、低熔点无机玻璃等)，其具有与上述中子闪烁体基本相等的折射率。换句话说，粘合剂对上述中子闪烁体发射的光子的波长透明，并允许光子有效通过本公开的中子闪烁体复合物(NSC)。结果，本公开的NSC对发射的光子的透射能力接近单晶的透射能力。因此，本公开的NSC具有作为光波导以采集和引导NSC自身内的光子的能力，从而极大增加可容纳本公开的NSC的任何辐射探测器的光学效率。

在一些实施方案中，用于本公开的NSC的粘合剂包含热塑性树脂或热固性树脂中的一种或多种。热塑性和热固性树脂为本领域技术人员已知。在一些实施方案中，粘合剂包含选自以下的一种或多种树脂：丙烯酸酯基树脂、环氧树脂、硅氧烷树脂和它们的组合。选择热塑性树脂时，其可选自聚缩醛、聚丙烯酸、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酐、聚芳酯、聚芳基砜、聚苯并咪唑、聚苯并噻嗪并吩噻嗪、聚苯并噻唑、聚苯并噁唑、聚碳酸酯、聚碳硼烷、聚二苯并呋喃、聚二氧代异二氢吲哚、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚砜、聚酰亚胺、聚氧杂二环壬烷、聚噁二唑、聚羟吲哚、聚氧代异二氢吲哚、聚苯硫醚、聚磷腈、聚苯酞、聚哌嗪、聚哌啶、聚吡嗪并喹喔啉、聚吡唑、聚哒嗪、聚吡啶、聚均苯四酰亚胺、聚吡咯烷、聚喹喔啉、聚硅氮烷、聚苯乙烯、聚硫化物、聚磺酰胺、聚磺酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚硫代脂、聚三嗪、聚三唑、聚脲、聚乙烯醇、聚乙烯基酯、聚乙烯基醚、聚乙烯基卤化物、聚乙烯基酮、聚乙烯基腈、聚乙烯基硫醚和包含上述的一种或多种的组合。

本公开的粘合剂也可包括一种或多种任何常规添加剂，例如，抗氧化剂、UV吸收剂、稳定剂、金属减活剂、过氧化物清除剂、填料、增强剂、塑化剂、润滑剂、乳化剂、颜料、光学增白剂、防火剂、防静电剂、发泡剂及其它。当需要或期望时，选择这些添加剂使得必需的γ不敏感性、光学透明度和可模塑性得以保持。粘合剂也可有利地在γ射线辐射下基本不发荧光，且也可有利地对γ辐射下的降解不敏感。

优选保证所选粘合剂为光学清澈的模塑组合物。这些中的许多是市售可得的，用于光电应用，且其选择将取决于期望的γ射线不敏感性和材料具有的光学清晰度。一些这种模塑组合物包括光学清澈的环氧树脂，其非限制性实例包括EPOTEK 301-2(可得自EpoxyTechnology，Billerica MA)和聚碳酸酯(例如那些商标为的市售可得的聚碳酸酯)。

在某些实施方案中，本发明可包括透射的可模塑树脂组合物的制备。在可模塑树脂组合物己具有充足的特性以给予最终组合物期望的流动能力特征的情况下，它可基本按所得使用。某些硅酮(例如，聚二甲硅氧烷)树脂可具有充足的塑性。也可使用室温硫化(RTV)硅酮、RTV硅酮橡胶等。可选地，树脂可为多部分反应产物，其必须在使用前制备。某些环氧树脂可能需要这样，例如，通过硬化剂和树脂前体的组合。

III.中子闪烁体复合物(NSC)

通常来说，NSC通过以下制备：将一定量的粘合剂与粉末或粒子形式的中子闪烁体混合以产生可流动的团。一般地，使用中子闪烁体的量按重量计等于约10％至约60％。更合适地，使用中子闪烁体的量按重量计等于约10％至约30％，且最合适地，中子闪烁体的量按重量计等于约15％至约20％。

接下来，在固化(如果使用环氧粘合剂)或固结(如果使用热塑性塑料、玻璃等)前，可流动的团经模塑、铸造、挤出等成为可用于中子检测的成形物品。例如，可流动的团可形成单块、片材、长丝、柱形壳、细管等，得到成形物品。

NSC复合物特征在于允许简化制造成形物品的能力。本文所用的“成形物品”包括但不限于：层、片、棒、块、线、网、透镜夹具、纤维等(通过包括带铸造和挤出的方法)；复杂形体等(通过包括机械加工或铸造的方法)；和保形涂层等(通过包括喷雾、浸渍或纺丝的方法)。上述所有这些前述“成形物品”构成本公开和权利要求的“物品”。

如以上所述，将中子闪烁体与粘合剂(例如树脂)混合以制造NSC复合物。在某些实施方案中，这需要将粉末或粒子形式的粒状中子闪烁体材料与树脂混合。在这样一个实施方案中，在有效条件下(例如搅动、过滤、张拉、压制、粉碎、解聚集等)添加粒状材料到树脂。所述条件有效获得或保持均匀的混合物或分散体，并形成可模塑的、中子敏感的组合物，该组合物为固体或半固体，具有充足的流动能力以模塑成成形物品。粒状起始材料的任何剩余的聚集物可通过分粒、张拉、筛分或进一步解聚集混合物而去除或分解。这个解聚集步骤可消除任何陷入的气泡，并分解聚集物。虽然不需要，但期望获得光滑和/或乳状混合物。在一些实施方案中，树脂内中子闪烁体材料的光滑和/或乳状均匀分散提供优点，可能包括在铸造成物品期间条纹化的有利减少。

需要成形步骤把可模塑NSC复合物制造成成形物品。本领域技术人员知道多种用于含有树脂的复合材料的成形步骤。可借以把可模塑NSC复合物成形为物品的方法当中包括一个或多个步骤，例如带浇铸、粉浆浇铸、挤出、拉挤、注射模塑、压缩模塑、吹塑、轧辊、热成型、真空成型、捏和、压制、涂布、喷雾、印刷和它们的组合等。所选的具体方法不特别关键，但取决于期望的最终形状。在某些实施方案中，可模塑的中子敏感组合物的成分和/或一致性可影响借以进行成形步骤的参数的选择。例如，如果可模塑中子敏感组合物的固体含量过高，组合物可能过粘而不能有效利用。另一方面，如果可模塑中子敏感组合物的固体含量过低，则可发生固体的沉降。

在一些实施方案中，可模塑树脂组合物能在实质上环境条件下按所形成的成形。在一些实施方案中，可加入稀释剂、降粘剂或塑化剂以便于成形。在其它实施方案中，可使用环境条件以上的压力和/或温度条件，也以便于或允许成形。

IV.中子辐射检测器

本文描述的NSC复合物制备的成形物品可用于中子计数检测器，其由以下组成：[1]如本文描述的Li基中子闪烁体复合物(NSC)，[2]光学偶联介质(例如，光学油脂、光学纤维等)，和[3]光敏器件(例如，光电倍增管、半导体二极管、二极管阵列等)。暴露于热化中子辐射后，Li同位素俘获中子，分解为激发的α和氚核粒子。这些粒子激励中子闪烁体复合物中的光子发射。光子通过光学偶联介质引导至传感器，在此对光子计数。

一套说明性但非限制的示意性实施方案(显示辐射检测器内成形的中子敏感物品)，显示在图1-4中。

图1显示本发明辐射检测器10的最简实施方案，其中本公开的Li基中子闪烁体复合物(NSC)成形为透明体12以用作中子感应元件，该元件横截面尺寸匹配于光敏器件14的感光区域。本文所用“透明”定义为以下材料：其具有的折射率允许期望波长上的光子以极少或没有衰减穿过该材料。在这个实施方案中，仅光学偶联介质16的薄层(光学油脂、环氧树脂、RTV硅酮、RTV硅酮橡胶等)用在NSC的透明体12和光敏器件14之间的界面，以优化光光子从透明体12到光敏器件14有效面积的透射。应理解本发明可通过任何合适的用作感光元件的光敏器件实施，而且NSC的透明体12和光敏器件14的具体形状在本文的使用仅为说明性和非限制的。

图2描绘本发明辐射检测器20的一个实施方案，其中本公开的Li基中子闪烁体复合物(NSC)形成大型透明体22以用作中子感应元件，该元件大于光敏器件24的感光区域。在这个实施方案中，光学偶联介质26由成形的光导(例如，多个光导，其目的在于从NSC本体22采集光并把光以最低光损失透射至光敏器件24)组成。对本领域技术人员显而易见的是，描绘在图2的本发明实施方案可通过任何合适的光敏器件24和光导26实现，而且NSC的透明体22和光敏器件24的具体形状的使用为说明性和非限制的。

相似地，图3说明本发明辐射检测器30的一个实施方案，其中NSC的透明体32的光出口区域和单个光敏器件装置34的入口区域之间的尺寸错配由多个光敏器件34的阵列补偿，该阵列通过光学介质(光学油脂、环氧树脂、RTV硅酮、RTV硅酮橡胶等)的薄层36直接光学偶联。应理解本发明可通过任何合适的光敏器件34(例如半导体二极管、硅光电倍增器阵列、光电倍增管等)实施，而且NSC本体32和光敏器件34的具体形状在本文的使用仅为说明性和非限制的，并可由本领域技术人员适应NSC本体和/或光敏器件活性面积的任何形状。

图4显示本发明的辐射检测器40的一个实施方案，其中光学偶联介质分布遍及本公开Li基中子闪烁体复合物(NSC)的本体42，目的在于采集闪烁光和引导光子至光敏器件44的感光区域。对本领域技术人员显而易见的是，一束光学纤维46可如所述地用于采集和透射光。也应理解光学纤维的类型，它们的数量、大小、组成、折射率及其他光学性质，例如使闪烁光的波长移位的能力，可合适地匹配于NSC本体42和光敏器件44的尺寸、本公开NSC的光发射分布和折射率及光敏器件44的光谱灵敏度特性。由于这些原因，图4中NSC的本体42和光敏器件44的具体形状在本文的使用仅为说明性和非限制的。

如上所述，本公开的中子闪烁体复合物由以下组成：[1]含Li的中子闪烁体颗粒材料(即，粉末、粗颗粒等)，和[2]粘合剂，其具有的折射率基本相等于中子闪烁体颗粒材料的折射率。

本公开的透明NSC具有数个优点。首先，本公开的透明NSC同时结合闪烁体和光波导的功能。闪烁体颗粒材料和粘合剂两者的折射率基本相等，从而最小化在闪烁体-粘合剂界面的散射。这个特性产生接近单晶实施方案的透射效率，但没有后者的较高成本。

其次，粘合剂允许以大型的、商品化相关的体积容易制造(即，通过模塑、铸造、挤出等)可用于中子检测的形状。单晶实施方案缺少这个优点，其缓慢生长速率降低制造产量。机械加工后者以产生期望的形状(例如，切割、抛光等)也显著增加其制造周期时间和成本。

以下书面说明使用实施例以公开本发明，包括最佳方式，并且允许本领域任何技术人员制造和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求限定，并可包括本领域技术人员想到的其它实施例。如果它们具有与权利要求的字面语言没有差异的结构要素，或如果它们包括与权利要求的字面语言具有非实质差异的等价结构要素，这些其它实施例旨在处于权利要求范围内。

实施例

实施例1

为了制备本公开的中子闪烁体复合物的一个实施方案，其中中子闪烁体具有式Li₆Mg_0.99Ce_0.01Br₈，将化学计量量的LiBr、MgBr₂和CeBr₃研磨成细粉末并在炉内加热到600℃-800℃的温度，该炉位于基本不含水分和空气的手套箱内。可选地，经研磨的材料可转移至石英或银管，然后将其抽真空并密封。把管加热至600-800℃之间的温度。热处理后，在评价它们的检测能力前将样品再研磨至细粉末。

使用类似于显示在图1的中子通量箱(包含本领域技术人员己知的部件)产生中子。将复合物样品附着于光电倍增管。中子通量箱内的聚乙烯壁把来自中子源的“快”中子转换成“热中子。粉末形式的Li₆MgBr₈：Ce闪烁体的闪烁光谱显示于图2。

实施例2：将中子闪烁体与粘合剂混合以形成复合物

中子闪烁体如实施例1所述获得，然后以按重量计16％(按体积计6％)的浓度与聚碳酸酯热塑性粘合剂结合以形成复合物混合物。简要地，将0.056克Li₆MgBr₈：Ce粉末与2.87克聚碳酸酯混合，并在210℃、230℃和250℃的温度下把混合物热压成具有0.09″厚度的1.5″直径圆片。然后把圆片附着于中子激发仪器(见图1)的光电倍增管以评价它们的闪烁能力。

评价每个复合物圆片响应于两种不同中子通量发射的光。对每个圆片每个温度的总计数速率显示于表1。每个圆片的脉冲振幅直方图(光谱)显示于图3(T＝210℃)、图4(T＝230℃)和图5(T＝250℃)。

表1。

当暴露于中子通量(在70kV及40μA或80μA目标电流下分别产生)时，在210℃形成的复合物圆片显示大约1100和2500计数每通道的峰发射。因此，发射的光与入射中子的量/个数成比例。虽然峰较低，但在230℃和250℃下压制的圆片在两种中子通量速率间展现和210℃下压制的圆片相同的比例关系。

图6显示本文所述中子闪烁体复合物检测中子的能力与市售可得的中子屏可比。

Claims

1.一种中子闪烁体复合物，包含：

式Li_yMgBr_y+2的中子闪烁体，其中y＝2、4或6；和

粘合剂，其具有的折射率基本相等于所述中子闪烁体的折射率。

2.权利要求1的复合物，其中所述中子闪烁体结合闪烁活化剂。

3.权利要求2的复合物，其中所述闪烁活化剂包含铈。

4.权利要求3的复合物，其中所述中子闪烁体具有式Li_yMg_1-xCe_xBr_y+2，其中0≤x＜1且y＝2、4或6。

5.权利要求3的复合物，其中所述中子闪烁体为Li₆Mg_1-xCe_xBr₈，其中0≤x＜1。

6.权利要求3的复合物，其中所述中子闪烁体为Li₄Mg_1-xCe_xBr₆，其中0≤x＜1。

7.权利要求3的复合物，其中所述中子闪烁体为Li₂Mg_1-xCe_xBr₄，其中0≤x＜1。

8.权利要求1的复合物，其中所述粘合剂选自热塑性树脂和热固性树脂。

9.权利要求1的复合物，其中所述粘合剂选自丙烯酸酯基树脂、环氧树脂、聚碳酸酯树酯和它们的组合。

10.权利要求1的复合物，其中所述中子闪烁体复合物具有充足的流动性以形成成形物品。

11.一种用于制造中子闪烁体复合物的方法，包含：

混合(a)式Li_yMgBr_y+2的中子闪烁体，其中y＝2、4或6，和(b)粘合剂。

12.权利要求11的方法，其中所述中子闪烁体进一步包含闪烁活化剂。

13.权利要求12的方法，其中所述闪烁活化剂是铈。

14.权利要求11的方法，其中所述中子闪烁体具有式Li_yMg_1-xCe_xBr_y+2，其中0≤x＜1且y＝2、4或6。

15.权利要求11的方法，其中所述粘合剂包含热塑性树脂或热固性树脂。

16.权利要求11的方法，其中所述粘合剂选自丙烯酸酯基树脂、环氧树脂、聚碳酸酯树酯和它们的组合。

17.权利要求11的方法，其中所述粘合剂为所述中子闪烁体复合物提供充足的流动性以形成成形物品。

18.一种包含权利要求1的中子闪烁体的物品。

19.权利要求18的物品，其中所述物品是辐射检测器，该辐射检测器包含光学偶联至光敏器件的权利要求1的中子闪烁体复合物。

20.权利要求19的物品，其中所述中子闪烁体复合物形成所述辐射检测器的中子感应元件，其中在所述中子感应元件内发射的光子被采集和引导通过所述中子感应元件，并进入感光元件。

21.一种用于制造中子闪烁体复合物的方法，该方法包含将含Ce的式Li_yMgBr_y+2的中子闪烁体与粘合剂混合，其中y＝2、4或6，该粘合剂具有的折射率基本相等于该中子闪烁体的折射率。

22.权利要求21的方法，其中中子闪烁体存在于所述复合物的量按重量计为5％-60％。

23.权利要求21的方法，其中中子闪烁体存在于所述复合物的量按重量计为10％-30％。

24.权利要求21的方法，其中中子闪烁体存在于所述复合物的量按重量计为15％-20％。

25.权利要求21的方法，其中中子闪烁体存在于所述复合物的量按体积计为5％-30％。

26.权利要求21的方法，其中所述含Ce的式Li_yMgBr_y+2的中子闪烁体，其中y＝2、4或6，通过如下制备：

(a)结合化学计量量的LiBr、MgBr₂和CeBr₃以获得混合物；

(b)研磨所述混合物以获得细粉末；

(c)加热所述粉末至600℃-800℃的温度以获得所述中子闪烁体。

27.权利要求26的方法，其中所述加热步骤在不含水分和空气的环境中进行。