CN105293905A - 一种闪烁光纤面板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闪烁光纤面板及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：①按原料组分称取各原料，将所有原料混合并研磨均匀,得到配合料；②将所述配合料倒入到坩埚中，然后将坩埚放入还原气氛的玻璃熔化炉中制成玻璃熔体；③将所述玻璃熔体漏料成型为玻璃棒并置于500-700℃的马弗炉中保温，再随炉降温自然冷却进行退火；④将退火后的玻璃经过切割、表面研磨、抛光后加工成样品，即为闪烁玻璃芯料棒；⑤将闪烁玻璃作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，将芯料材料与皮料玻璃匹配拉制成光学纤维，再将光学纤维经过排板、热熔压成型制备出闪烁光纤面板坯板，坯板经过光学加工即制备成所需尺寸的闪烁光纤面板；本发明实现了硬X射线等高能射线的低辐射剂量和高分辨率成像探测。

Description

一种闪烁光纤面板及其制备方法

技术领域

本发明涉及光纤面板制作领域,具体涉及一种闪烁光纤面板及其制备方法。

背景技术

随着人类在高能物理、生物医学技术、空间探测、工业探测以及核探测技术等方面活动的加强以及像增强技术的迅速发展，使得许多以前不可见，难以探测的物体或事件可以直接观察，特别是X射线、γ射线等高能射线在现代核医疗设备中的应用，需要对生物和人体进行更为深入细致的诊断和观察(例如肿瘤和癌细胞的早发现)，使得X射线、γ射线等高能射线诊断和观察在各种生物医学和工业重点装备的信息获取及变送系统中得到了广泛的应用，而X射线、γ射线等高能射线不同于可见光，它不能通过探测器进行直接观察，其他的常规观察手段也难以应用，但是随着闪烁体材料的研发成功和性能的不断提高，使得其既能将X射线等高能射线可转化为可见光，又能够实现对观察目标的高分辨率空间成像。闪烁体是一种将高能光子(如X射线、γ射线)的电离能转换成紫外/可见光子的光电导型发光材料，是一种能量转换体，用于X射线的闪烁材料在X射线断层照像(X射线CT)和正电子发射X射线断层照像(PET)技术中获得了广泛应用，当X射线入射时，X射线与闪烁体作用，闪烁体被激发，发出与入射X射线强度成比例的光，发出的光被光电二极管或光电倍增管接收，按光强比例变换成电讯号并以此检测放射线。

闪烁光纤面板是在闪烁体材料和光纤面板的技术基础上发展起来的一种新型功能器件，它是利用高折射率闪烁玻璃材料为芯料，低折射率玻璃材料为皮料拉制而成的光学纤维经过排列组合，在加温加压的条件下，依靠皮料玻璃的软化将光学纤维互相粘合在一起制备而成的，同时具备了闪烁体材料和光纤面板的功能，它可以实现对X射线等高能射线转化为可见光输出图像，实现对观察目标的高分辨率空间成像，还可组成特殊的大信息量的集成诊断系统，实现将所获得的信息进行高保真传输。

目前比较适合X射线成像的材料主要有闪烁晶体以及在光纤面板使CsI晶体定向生长等方法，但闪烁晶体由于制备困难，价格昂贵，并且晶体生长缓慢，晶体各向异性，激活剂在晶体中存在分凝现象，使得各部位的发光性能存在差异，大批量和大尺寸生产难度大，晶体的利用率不高，且探测效率低等缺点，使其应用在很大程度上受到限制；而在光纤面板中使CsI晶体定向生长的方法，由于CsI晶体膜层厚度小，导致分辨率低，而增加膜层厚度又会降低探测效率，也使其应用受到很大的限制，且闪烁晶体和在光纤面板中CsI晶体定向生长的方法主要应用于能量100keV～150keV的软X射线领域，对于能量≥400keV的硬X射线、γ射线等由于高能射线穿透能力强、有大量的辐射不能在闪烁体材料中转化为光信号，这些高能辐射将导致光纤透过率降低，甚至不透光，导致探测系统失效或探测效率低，同时这些辐射还会破坏光电倍增管和CCD器件等系统后端的测量系统，另一方面，光电倍增管和CCD器件的尺寸难以做大，尺寸增大后也只能探测出目标领域是否存在X射线、γ射线等以及辐射强度等情况，且成像质量变差，分辨率降低，而对于探测目标的射线场态分布，射线源的成像探测以及精确成像等就不适用了。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的不足，提供了一种实现了硬X射线等高能射线的低辐射剂量和高分辨率成像探测的闪烁光纤面板及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种闪烁光纤面板的制备方法，包括以下步骤：

①按原料组分称取各原料，将所有原料混合并研磨均匀,得到配合料；

②将所述配合料倒入到坩埚中，然后将坩埚放入还原气氛的玻璃熔化炉中制成玻璃熔体；

③将所述玻璃熔体漏料成型为玻璃棒并置于500-700℃的马弗炉中保温，再随炉降温自然冷却进行退火；

④将退火后的玻璃经过切割、表面研磨、抛光后加工成样品，即为闪烁玻璃芯料棒；

⑤将闪烁玻璃芯料棒作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，与光纤面板的皮料玻璃进行棒管匹配，然后经过拉丝、排板、热熔压成型制备成闪烁光纤面板坯板，坯板经过光学加工即制备成所需尺寸的闪烁光纤面板。

进一步地，制备该闪烁光纤面板所用芯料玻璃材料为闪烁玻璃，制备闪烁玻璃的原料组分包括以下重量百分含量的组分：

进一步地，制备闪烁玻璃的原料组分包括以下重量百分含量的组分：

进一步地，制备闪烁玻璃的原料组分包括以下重量百分含量的组分：

所述坩埚为铂金坩埚。

所述步骤②中，将坩埚放入玻璃熔化炉中，在还原气氛下熔制成玻璃熔体，熔化温度1400～1500℃，熔化后保温6～9小时。

进一步地，在所述马弗炉中保温2-4小时，所述还原气氛中的气体包括氢气和氮气的混合气体或一氧化碳。

本发明还提供一种闪烁光纤面板，根据上述的闪烁光纤面板的制备方法制备得到。

所述闪烁光纤面板能够将X射线、γ射线等能量≥400keV的高能射线转化为肉眼可见的荧光，且对所发出荧光的吸收率小于15％。

本发明还提供一种闪烁光纤面板在硬X射线的低辐射剂量和高分辨率成像探测中的用途。

本发明的闪烁光纤面板，主要用于硬X射线的低辐射剂量和高分辨率成像探测，可以用来替代闪烁晶体或CsI薄膜。

与现有技术相比，本发明的闪烁光纤面板可以用来替代闪烁晶体或CsI薄膜，首次实现了硬X射线等高能射线的低辐射剂量和高分辨率成像探测，有效解决了在高能射线成像探测领域分辨率和射线沉积效率的相互制约的矛盾，该闪烁光纤面板能与CCD、光电倍增管等直接耦合，无需中继耦合元件和对图像敏感的辐射防护材料，具有探测效率高、能量分辨率高、响应速度快等优点，可广泛应用于核医疗、核诊断、空间探测、核辐射探测、石油测井、高能物理、核素识别、核材料控制、安全检查、工业探测以及军事国防等众多高技术领域。

本发明的闪烁光纤面板首次实现了对能量≥400keV的硬X射线的高分辨率成像探测，由于采用了光学纤维的独特结构设计，实现了射线的长程沉积而不会导致分辨率降低的现象，克服了传统的晶体膜探测存在的探测效率和分辨率相互制约的矛盾，并可以将X射线、γ射线等能量≥400keV的高能射线转化为肉眼可见的荧光，且对所发出荧光的吸收率小于15％。

附图说明

图1为本发明所采用的闪烁玻璃制备的闪烁光纤面板的截面示意图；

图2为本发明组成闪烁光纤面板的光学纤维的截面示意图。

图中：1闪烁光纤面板，2光学纤维，3芯料玻璃，4皮料玻璃。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

参见图1和图2，芯料玻璃3外设有皮料玻璃4，组成闪烁光纤面板的光学纤维2，多个光学纤维2排列组合成闪烁光纤面板1。

如图1所示，本实施方式所涉及的闪烁光纤面板1是将穿过探测目标的X射线等高能射线转换成闪烁光形成图像的闪烁光纤面板，与可以摄像的像增强器元件一起构成放射性图像传感器。X射线等高能射线穿过探测目标并通过提供在图像传感器输入表面的闪烁光纤面板转化成光，这样转化的光被再次转化成光电子，然后通过内部光电倍增器将光电子放大，并使放大的光电子与输出单元的荧光材料相互碰撞并转化成可见光，通过光接收元件例如光电二极管等将转化的可见光转化成电信号，以使响应于这样转化的信号形成图像。

闪烁光纤面板1由成千上万根纤维丝径≤6μm的光学纤维2构成，而构成光学纤维2的是由闪烁玻璃芯料材料3和与之匹配的低折射率皮料玻璃4构成，其中闪烁玻璃芯料材料的折射率n_d＞1.80，密度ρ＞5.0g/cm³，热膨胀系数α_25-300＜80×10^-7/℃，闪烁玻璃芯料材料经硬X射线照射10min透过率的衰减率≤0.5％，而皮料玻璃材料折射率n_d＜1.50，热膨胀系数α_25-300＜80×10^-7/℃，芯料玻璃和皮料玻璃具有相匹配的粘度性能，抗析晶性能以及良好的化学相容性，经过芯料玻璃棒、皮料玻璃管及吸收料进行匹配，拉制光学纤维丝、经过排板、热熔压成型和光学加工，最终制成闪烁光纤面板，为了保证玻璃材料的闪烁特性，在玻璃熔化炉、熔压成型炉以及拉伸炉等热加工过程中通入合适的保护气体进行气氛保护，并用分子泵对熔压成型炉进行抽真空保护，拉丝炉和气氛炉采用中频加热方式，确保玻璃的闪烁特性在制备成闪烁光纤面板后仍能保持闪烁特性，同时为避免射线横向穿透纤维，使得X射线能像可见光一样聚焦到闪烁光纤面板的表面，并在结构上与所测试的目标发出的射线传播方向一致，闪烁光纤面板拉制成锥形，使每根纤维的走向与成像针孔的发射角一致，使其在结构上具有射线准直性，闪烁光纤面板将其入射的高能X射线转换成闪烁光，闪烁光经过空间成像形成分辨率大于30lp/mm的图像。

本发明提供一种用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃，由以下重量配比的组分组成：

本发明中，SiO₂是玻璃形成骨架的主体，是玻璃骨架中起主要作用的成分。SiO₂含量低于10重量％，不易获得光学性能优良的玻璃，同时会降低玻璃的耐化学稳定性；SiO₂含量高于20重量％时，玻璃的高温黏度会增加，造成玻璃熔制温度过高。因此，SiO₂的重量百分比为10～20重量％，优选为12～15重量％。

Al₂O₃属于玻璃的中间体氧化物，Al³⁺有两种配位状态，即位于四面体或八面体中，当玻璃中氧足够多时，形成铝氧四面体[AlO₄]，与硅氧四面体形成连续的网络，当玻璃中氧不足时，形成铝氧八面体[AlO₆]，为网络外体而处于硅氧结构网络的空穴中，所以在一定含量范围内可以和SiO₂是玻璃网络形成的主体，抑制玻璃分相的产生，改善玻璃纤维的拉制条件。Al₂O₃含量低于3重量％，玻璃的耐化学性不足，同时会增加玻璃的结晶倾向；Al₂O₃含量大于10重量％会显著增加玻璃高温黏度，使玻璃的熔制温度升高。因此，Al₂O₃的重量百分比为0～10重量％，优选为0～7重量％，更优选为2～4重量％。

B₂O₃也是玻璃形成氧化物，也是构成玻璃骨架的成分，同时又是一种降低玻璃熔制黏度的助溶剂，可以降低玻璃的熔制温度，改善玻璃纤维拉制条件。硼氧三角体[BO₃]和硼氧四面体[BO₄]为结构组元，在不同条件下硼可能以三角体[BO₃]或硼氧四面体[BO₄]存在，在高温熔制条件时，一般难于形成硼氧四面体，而只能以三面体的方式存，但在低温时，在一定条件下B³⁺有夺取游离氧形成四面体的趋势，使结构紧密而提高玻璃的低温黏度，但由于它有高温降低玻璃黏度和低温提高玻璃黏度的特性，也决定了它的含量范围较小。B₂O₃的含量低于20重量％，无法起到助溶的作用，同时降低玻璃的化学稳定性；B₂O₃的含量大于45重量％，会降低玻璃的折射率，同时使玻璃的分相倾向增加。因此，B₂O₃的重量百分比为20～45重量％，优选为25～35重量％，更优选为28～32重量％。

La₂O₃是镧系稀土氧化物，能增加玻璃的折射率和密度，有利于玻璃中发光离子的分散，减少浓度淬灭效应，提高玻璃的闪烁发光性能，La₂O₃的重量百分比为30～60重量％，优选为35～50重量％，更优选为36～38重量％。但La₂O₃含量大于60重量％时会造成玻璃的热膨胀系数增加。

Nb₂O₅也是稀土氧化物，能增加玻璃的折射率和密度，同时降低玻璃的熔制温度，Nb₂O₅的重量百分比为0～2重量％，优选为1重量％。Nb₂O₅含量大于2重量％时会造成玻璃的分相和热膨胀系数增加。

Gd₂O₃也是稀土氧化物，能增加玻璃的折射率和密度，提高玻璃的闪烁发光性能，Gd₂O₃的重量百分比为5～25重量％，优选为8～15重量％，更优选为13～14重量％。但Gd₂O₃含量大于25重量％时会造成发光强度降低和浓度淬灭效应。

Lu₂O₃也是稀土氧化物，能增加玻璃的折射率和密度，同时有利于Gd³⁺离子的分散，可以降低浓度淬灭效应，提高玻璃的闪烁发光性能，Lu₂O₃的重量百分比为0～4重量％，优选为1～3重量％。Lu₂O₃含量大于4重量％时会造成玻璃的成本增加。

BaO是玻璃结构网络外体氧化物，能提高玻璃的密度，有利于提高闪烁玻璃的耐辐照能力和降低无辐射损耗，BaO的重量百分比为0～5重量％，优选为2～4重量％。BaO的含量大于5重量％，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。

ZnO是用来降低玻璃的熔制温度的，Zn²⁺具有稳定的价态，还可以作为发光中心，提高玻璃的衰减速度和荧光强度等性能，ZnO的重量百分比为0～5重量％，优选为1～4重量％。ZnO的含量大于5重量％，会降低玻璃耐化学稳定性和光学性能。

SnO₂是用来提高玻璃的熔化质量和玻璃均匀性的，它可作为澄清剂，吸收玻璃熔融液体中的小气泡，SnO₂的重量百分比为0～2重量％，优选为1重量％。SnO₂的含量大于2重量％，会降低玻璃的透过率。

依据闪烁光纤面板(包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥等)，特别是用于医疗等领域的闪烁光纤面板对所用玻璃的性质要求，优选的玻璃种类是不含有碱金属氧化物的硼镧硅酸盐玻璃，该闪烁玻璃具有高折射率、高密度、耐辐照性能好、闪烁速度快、余辉短、对硬X射线敏感、抗析晶性能优良、抗热冲击性能优良、化学稳定性好、闪烁光发光效率高，可以拉制光纤等优点。本发明的闪烁玻璃属于硼镧硅酸盐玻璃，玻璃中不含碱金属氧化物以及对闪烁性能有影响的重金属氧化物如As₂O₃、Sb₂O₃、PbO、CdO、Bi₂O₃等，即使含有及其微少的量也是由于其它玻璃原料所带入。

本发明提供的一种闪烁光纤面板的制备方法，包括以下步骤：

①玻璃配合料的制备：按原料组分称取各原料，将所有原料混合并研磨均匀,得到配合料；

②玻璃配合料的熔制：将上述制得的玻璃配合料充分混合均匀后放入铂金坩埚中，置于还原气氛下的玻璃熔化炉中熔化，还原气氛条件下熔制的玻璃可有效地提高玻璃的闪烁发光效率，还原气氛的获得是直接将氮气和氢气的混合气体通入到装有配合料的坩埚中，熔化温度1400～1500℃，熔化后保温6～9小时，保温期间对玻璃液进行人工搅拌3次，以改善玻璃液的熔化质量与澄清质量；

③将所述玻璃熔体漏料成型为玻璃棒并置于500-700℃的马弗炉中保温2-4小时后将电炉关闭，再随炉冷却自然降温到室温进行退火；

④将退火后的玻璃经过切割、表面研磨、抛光后加工成样品，即为闪烁玻璃芯料棒；

⑤将闪烁玻璃芯料玻璃棒作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，与光纤面板的皮料玻璃进行棒管匹配，然后经过拉丝、排板、热熔压成型制备成闪烁光纤面板坯板，坯板经过光学加工即制备成所需尺寸的闪烁光纤面板。

本发明首次实现了对硬X射线的高分辨率成像探测，且由于采用了光学纤维的独特结构设计，实现了高能射线的长程沉积而不会导致分辨率降低，克服了传统的晶体膜探测存在的探测效率和分辨率相互制约的矛盾，并可以将X射线、γ射线等能量≥400keV的高能射线转化为肉眼可见的荧光，且对所发出荧光的吸收率小于15％，长度60mm的闪烁光纤面板分辨率能达到30lp/mm。

本发明首次实现了硬X射线等高能射线的低辐射剂量和高分辨率成像探测，有效解决了在高能射线成像探测领域分辨率和射线沉积效率的相互制约的矛盾，该闪烁光纤面板能与CCD、光电倍增管等直接耦合，无需中继耦合元件和对图像敏感的辐射防护材料，具有探测效率高、能量分辨率高、响应速度快等优点，可广泛应用于核医疗、核诊断、空间探测、核辐射探测、石油测井、高能物理、核素识别、核材料控制、安全检查、工业探测以及军事国防等众多高技术领域。

对本发明一种用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃所测定的参数及测定方法和仪器如下：

(1)折射率n_D[λ＝589.3nm时玻璃的折射率]，玻璃折射率n_D采用折射率测试仪来测定；

(2)30～300℃的平均热膨胀系数α30/300[10-7/℃]，采用卧式膨胀仪测量，以平均线膨胀系数表示，采用ISO7991规定的方法测量；

(3)密度(室温下)；采用阿基米德排水法测量；

(4)发射波长，用X射线激发样品，得到本发明制得的闪烁玻璃的闪烁发光光谱。

以下实施例中所用原料及原料要求如下：

其中SiO₂通过石英砂引入(高纯，＞99.9％，150μm筛上物为1％以下、45μm筛下物为30％以下、Fe₂O₃含量小于0.01wt％)，Al₂O₃通过氢氧化铝引入(分析纯，平均粒径50μm)，B₂O₃通过硼酐引入(400μm筛上物为10％以下、63μm筛下物为10％以下)，La₂O₃通过三氧化二镧引入(5N)，Nb₂O₅通过五氧化二铌引入(5N)，Gd₂O₃通过三氧化二钆引入(5N)，Lu₂O₃通过三氧化二镥引入(5N)，BaO通过碳酸钡(分析纯，纯度≥99.0％)引入，ZnO通过氧化锌(分析纯)引入，SnO₂是通过二氧化锡(化学纯)引入。

实施例1

首先，按表1实施例1玻璃成分选择原料，使其配料满足表1的玻璃化学组成，经过充分混合并研磨均匀后制得玻璃配合料，然后倒入铂金坩埚中，在1450℃温度下于还原气氛中的玻璃熔化炉中熔化，直接将氢气和氮气的混合气体通入到装有配合料的坩埚中获得还原气氛，熔化后保温8小时，保温期间对玻璃液进行人工搅拌3次，以改善玻璃液的熔化质量与澄清质量，待玻璃配合料熔化成均质的玻璃熔体后，将玻璃熔体漏料成型为玻璃棒并置于600℃的马弗炉中进行退火处理，保温3小时后将电炉关闭，再随炉冷却自然降温到室温，冷却后的玻璃经过切割、表面研磨、抛光后加工成样品，即为闪烁玻璃芯料棒；，制得闪烁玻璃芯料棒测试性能如表2所示，(1)折射率为1.83；(2)30～300℃的平均线膨胀系数68×10^-7/℃；(3)密度5.6g/cm³；(4)发射波长460nm。将闪烁玻璃芯料棒作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，与光纤面板的皮料玻璃进行棒管匹配，然后经过拉丝、排板、热熔压成型制备成闪烁光纤面板坯板，坯板经过光学加工即制备成所需尺寸的闪烁光纤面板。

实施例2

按表1实施例2玻璃成分选择原料，使其配料满足表1的玻璃化学组成，经过充分混合并研磨均匀后制得玻璃配合料，然后倒入铂金坩埚中，在1400℃温度下于一氧化碳还原气氛中的玻璃熔化炉中熔化，一氧化碳气体还原气氛的获得过程是将装有碳粉或石墨粉的小坩埚置于熔化炉中保温2小时。熔化后保温9小时，保温期间对玻璃液进行人工搅拌3次，以改善玻璃液的熔化质量与澄清质量，待玻璃配合料熔化成均质的玻璃熔体后，将玻璃熔体漏料成型为玻璃棒并置于500℃的马弗炉中进行退火处理，保温4小时后将电炉关闭，再随炉冷却自然降温到室温，冷却后的玻璃经过切割、表面研磨、抛光后加工成样品，即为闪烁玻璃芯料棒；，制得闪烁玻璃芯料棒测试性能如表2所示，(1)折射率为1.81；(2)30～300℃的平均线膨胀系数75×10^-7/℃；(3)密度5.6g/cm³；(4)发射波长450nm。将闪烁玻璃样品作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，将闪烁玻璃芯料棒作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，与光纤面板的皮料玻璃进行棒管匹配，然后经过拉丝、排板、热熔压成型制备成闪烁光纤面板坯板，坯板经过光学加工即制备成所需尺寸的闪烁光纤面板。

实施例3

按表1实施例3玻璃成分选择原料，使其配料满足表1的玻璃化学组成，经过充分混合并研磨均匀后制得玻璃配合料，然后倒入铂金坩埚中，在1500℃温度下于还原气氛中的玻璃熔化炉中熔化，直接将氢气和氮气的混合气体通入到装有配合料的坩埚中获得还原气氛，熔化后保温6小时，保温期间对玻璃液进行人工搅拌3次，以改善玻璃液的熔化质量与澄清质量，待玻璃配合料熔化成均质的玻璃熔体后，将玻璃熔体漏料成型为玻璃棒并置于700℃的马弗炉中进行退火处理，保温2小时后将电炉关闭，再随炉冷却自然降温到室温，冷却后的玻璃经过切切割、表面研磨、抛光后加工成样品，即为闪烁玻璃芯料棒；，制得闪烁玻璃芯料棒测试性能如表2所示，(1)折射率为1.85；(2)30～300℃的平均线膨胀系数68×10^-7/℃；(3)密度5.8g/cm³；(4)发射波长470nm。将闪烁玻璃样品作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，将闪烁玻璃芯料棒作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，与光纤面板的皮料玻璃进行棒管匹配，然后经过拉丝、排板、热熔压成型制备成闪烁光纤面板坯板，坯板经过光学加工即制备成所需尺寸的闪烁光纤面板。

实施例4

按表1实施例4玻璃成分选择原料，使其配料满足表1的玻璃化学组成，并且采取与实施例1相同熔化工艺制度和测试条件，在表2显示了试样的基本性能。(1)折射率为1.83；(2)30～300℃的平均线膨胀系数70×10^-7/℃；(3)密度5.4g/cm³；(4)发射波长460nm。

实施例5

按表1实施例5玻璃成分选择原料，使其配料满足表1的玻璃化学组成，并且采取与实施例1相同熔化工艺制度和测试条件，在表2显示了试样的基本性能。(1)折射率为1.81；(2)30～300℃的平均线膨胀系数72×10^-7/℃；(3)密度5.6g/cm³；(4)发射波长430nm。

实施例6

按表1实施例6玻璃成分选择原料，使其配料满足表1的玻璃化学组成，并且采取与实施例1相同熔化工艺制度和测试条件，在表2显示了试样的基本性能。(1)折射率为1.81；(2)30～300℃的平均线膨胀系数72×10^-7/℃；(3)密度5.3g/cm³；(4)发射波长430nm。

实施例7

按表1实施例7玻璃成分选择原料，使其配料满足表1的玻璃化学组成，并且采取与实施例1相同熔化工艺制度和测试条件，在表2显示了试样的基本性能。(1)折射率为1.79；(2)30～300℃的平均线膨胀系数63×10-7/℃；(3)密度5.1g/cm³；(4)发射波长460nm。

实施例8

按表1实施例8玻璃成分选择原料，使其配料满足表1的玻璃化学组成，并且采取与实施例1相同熔化工艺制度和测试条件，在表2显示了试样的基本性能。(1)折射率为1.85；(2)30～300℃的平均线膨胀系数65×10-7/℃；(3)密度5.5g/cm³；(4)发射波长460nm。

表1本发明实施例1-8玻璃的组成

表2本发明实施例1-8制得的玻璃的性能

由实施例获得的数据可以得知，本发明用于制备闪烁光纤面板用闪烁玻璃具有高折射率，高密度，抗热冲击性能优良，耐辐照性能好，发射峰位于对人眼敏感的550nm附近，可以拉制光纤，适合用于制备闪烁光纤面板(包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥等)。该闪烁玻璃具有优良的抗析晶性能、光输出高、衰减时间短、响应快、余辉短、对硬X射线敏感、良好的化学稳定性和光学性能、闪烁光发光效率高的优点。

本发明所制备的闪烁光纤面板具有如下特点：

(1)本发明的闪烁光纤面板所用芯料玻璃材料为闪烁玻璃，该玻璃具有高折射率、高密度、优良的抗析晶性能、优良的热学性能和光学性能、良好的耐辐照性能、闪烁光发光效率高、响应快、余辉短、对硬X射线敏感、空间分辨率高、光子转换效率高的特点；

(2)本发明的闪烁光纤面板以闪烁玻璃材料为芯料，低折射率玻璃材料为皮料，该皮料玻璃材料具有耐X射线、γ射线等高能射线照射而透光率衰减低、低折射率(n_d≤1.50)、高透光率、膨胀系数低于芯料玻璃材料的特点，芯料玻璃和皮料玻璃经过多次拉丝拉制成的光学纤维，经过排列组合，在加温加压的条件下，再经过热熔压成型工艺依靠皮料玻璃的软化将光学纤维互相粘合在一起制备成闪烁光纤面板坯板，坯板经过光学加工制备成所需尺寸的闪烁光纤面板，该闪烁光纤面板具有抗辐照性能好、光输出高、灵敏度高、能量分辨率好、响应快、余辉短、对硬X射线敏感、化学稳定性好、抗热冲击性能优良以及能够实现对观察目标的高分辨率空间成像等优点；

(3)本发明所制备的闪烁光纤面板同时具有闪烁体和光导管的作用，当X射线射向闪烁光纤面板时，在光纤芯内将会激励起闪烁光，这时，闪烁光纤面板就是一个闪烁器，在光纤芯内激励起的闪烁光是各向同性的，由于光纤面板中的光学纤维具有全反射原理，闪烁光纤面板中的光学纤维便起光导管的作用，引导闪烁光在光纤内部传输，而且由于闪烁光纤面板的厚度可以做到较大，可以根据尺寸和厚度设计制备不同品种的闪烁光纤面板，X射线的能量可以在较长的路径上得到充分沉积，转化效率好，探测效率高，可以用来替代闪烁晶体或CsI晶体薄膜，有效解决了在高能射线成像探测领域分辨率和射线沉积效率的相互制约的矛盾，实现了X射线等高能射线的低辐射剂量和高分辨率成像探测；

(4)本发明所制备的闪烁光纤面板能与CCD、光电倍增管直接耦合，无需中继耦合元件和对图像敏感的辐射防护材料，直接作为核辐射等高能射线拍摄系统中的闪烁探测器的主要组成部件，使得探测器与像增强器成为一体，制成新型的集成探测器，给提高系统灵敏度带来了方便，将不可见的X射线等高能粒子射线转化为可见光并成像于输出端面，具有探测效率高、能量分辨率好、响应速度快、耐辐照、光输出高、灵敏度高、余辉短、非线性响应小、化学稳定性好，抗热冲击性能优良等优点，可以实现X射线等高能辐射场的分布测试，以获得对观察目标的高分辨率、高清晰的空间成像，从而便于对图像进行分析处理和增强，实现对生物和医学过程的诊断和测量；

(5)本发明所制备的闪烁光纤面板可以实现Φ30～Φ300mm的大面积探测，由于光纤面板的制备方法简单，成本低廉，光学性质容易得到保证，产品稳定性高，易于实现大批量、大尺寸工业化生产，可以制备出大尺寸的闪烁光纤面板，而且闪烁光纤面板具有全反射、光学零厚度以及空间分辨率高等特点，容易获得研究对象的大量空间信息，所用闪烁玻璃的化学组成均可在一定范围内调整，可以制备出各种闪烁性质不同的闪烁光纤面板，所探测的射线的能量和输出荧光的中心波长也可以调整，为放射源的成像精细探测和识别提供材料基础，而且根据需要可以设计不同的分辨率，且掺入的光纤面板中的激活剂的种类和数量不太受限制，且在光纤面板中的分布是均匀的，从而保证了闪烁光纤面板的不同部位的闪烁性能是一致的；

(6)本发明所制备的闪烁光纤面板工作温度－20℃～+200℃，可广泛应用于核医疗、核诊断、空间探测、核辐射探测、石油测井、高能物理、核素识别、核材料控制、安全检查、工业探测以及军事国防等众多高技术领域。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种闪烁光纤面板的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：

①按原料组分称取各原料，将所有原料混合并研磨均匀,得到配合料；

②将所述配合料倒入到坩埚中，然后将坩埚放入玻璃熔化炉中制成玻璃熔体；

③将所述玻璃熔体漏料成型为玻璃棒并置于500-700℃的马弗炉中保温，再随炉降温自然冷却进行退火；

④将退火后的玻璃经过切割、表面研磨、抛光后加工成样品，即为闪烁玻璃芯料棒；

⑤将闪烁玻璃芯料棒作为制备闪烁光纤面板的芯料材料，与光纤面板的皮料玻璃进行棒管匹配，然后经过拉丝、排板、热熔压成型制备成闪烁光纤面板坯板，坯板经过光学加工即制备成所需尺寸的闪烁光纤面板。

2.根据权利要求1所述的一种闪烁光纤面板的制备方法，其特征在于：制备该闪烁光纤面板所用芯料玻璃材料为闪烁玻璃，制备闪烁玻璃的原料组分包括以下重量百分含量的组分：

3.根据权利要求1所述的用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃的组合物，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：

4.根据权利要求1所述的用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃的组合物，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：

5.根据权利要求1所述的闪烁光纤面板的制备方法，其特征在于，所述坩埚为铂金坩埚。

6.根据权利要求1-5任一项所述的闪烁光纤面板的制备方法，其特征在于，所述步骤②中，将坩埚放入玻璃熔化炉中，在还原气氛下熔制成玻璃熔体，熔化温度1400～1500℃，熔化后保温6～9小时。

7.根据权利要求1所述的闪烁光纤面板的制备方法，其特征在于，在所述马弗炉中保温2-4小时，所述还原气氛中的气体包括氢气和氮气的混合气体或一氧化碳。

8.一种闪烁光纤面板，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述的闪烁光纤面板的制备方法制备得到。

9.根据权利要求8所述的闪烁光纤面板，其特征在于，所述闪烁光纤面板能够将X射线、γ射线等能量≥400keV的高能射线转化为肉眼可见的荧光，且对所发出荧光的吸收率小于15％。

10.一种闪烁光纤面板在硬X射线的低辐射剂量和高分辨率成像探测中的用途。