CN1087066A - 高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃 - Google Patents
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Abstract
“高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃”是一种快
速闪烁材料，它是以含Pb2+，Bi3+离子氧化物为主要
成分，加入玻璃形成体氧化物组成。该玻璃的密度值
可达7.5～8.1g/cm3，用Co60作辐照源，在106rad
辐照剂量辐照下，辐照前后玻璃透过率变化为零。玻
璃受激后产生荧光，发射峰波长为395～650nm，荧
光衰退时间小于50ns。这种玻璃制造简单，成本低，
可用作高能物理实验探测器闪烁材料及正电子发射
X线断层照相机的闪光材料，也可用于核科学、医学
模拟方面的探测材料。
Description
本发明涉及一种高密度、耐辐照的闪烁无机材料，适用于高能物理探测器，也可用作正电子发射X线断层照相机，医学模拟方面的闪烁材料。
在高能物理实验和正电子发射X线断层照相机等方面，对高密度、耐辐照的快速闪烁材料总是有着特别的兴趣。许多目前和下一代粒子物理实验需要应用在高辐射环境中的探测器。目前，这种探测器的设计者正求助于闪烁材料去满足物理实验要求。这些要求包括：（1）材料应具有高的密度值，密度愈大，材料对射线的截止本领愈大，辐射长度X。和莫来尔（Moliere）半径愈小。小的莫来尔半径可以减少两个相邻光讯号之间的重叠或污染，便于“辩认”。小的辐射长度可使探测器做成小体积，从而降低成本。（2）能耐辐照：大部分无机材料（包括无机晶体和玻璃）在x、r、α和β等射线的辐照下，将引起色泽和透明度的下降，使发出的荧光不能透过或被材料本身吸收，甚至造成材料结构缺陷。（3）短的荧光衰退时间：电子从高能级向低能级退激时，将发出光讯号，为了避免光讯号之间的污染，要求进行快速探测，快速探测要求快速闪烁，即短的衰退时间。（4）在可见或近紫外区激发：根据波长与能量的关系，发射波长总是大于激发波长，因此，在可见或近紫外区激发就能保证荧光发射波长在300nm以上，使光讯号与光电二极管相匹配。（5）低的成本：新一代加速器要求探测器闪烁材料成本≤2美元/cm3。
无机闪烁材料主要是晶体，早期使用的晶体闪烁材料是NaI（TL），其密度为3.67g/cm3，荧光衰退时间为230ns。近几年开发并被认为可用于高能物理实验的较有希望的晶体有CeF3、YAP（ce）、GSO（ce）、ThF4和PbF2等。这些晶体的性能不能完全满足高能物理实验的要求，各项性能列于表1，而且晶体制备工艺复杂，成本高。
玻璃作为闪烁材料较早的有由Li+激活Ce3+的硅酸盐玻璃，但这种玻璃密度值低（～2.5g/cm3），荧光衰退时间慢（～100μs）。氟化物玻璃是近几年受到重视的一类闪烁材料，密度值5.95～6.75g/cm3，在105rad C60 0射线辐照下透过率降低8.9%，制备须在还原气氛下进行，难于控制。
本发明目的旨在提供一种具有高密度值，荧光发射波长在可见区范围内，荧光衰退时间短，能抵抗高能射线辐照，成本低，制备方法简单的快速闪烁无机玻璃。
本发明是以PbO，Bi2O3为主要成份，加入玻璃形成体氧化物组成，各成份含量（重量%）为：PbO 17～80%，Bi2O320～75%，余量为玻璃形成体氧化物;本发明或者是由PbO与玻璃形成体氧化物组成，其中PbO含量（重量%）为70～95%，余量为玻璃形成体氧化物;本发明或者由Bi2O3与玻璃形成体氧化物组成，其中Bi2O3含量（重量%）为70～95%，余量为玻璃形成体氧化物。
由于以含Pb2+，Bi3+离子氧化物构成玻璃的主要成份，赋于了玻璃材料的高密度，使得本发明的材料防射线能力增强，具有抗辐照性，而且Pb2+，Bi3+离子又是发光物质，这些离子能级中电子受到激发而跃迁（6S→6P），当退激时一部分能量以荧光发出，由于玻璃体系中结构效应，使得6S与6P轨道能级差很小，所以荧光衰退时间短，此外，Pb2+，Bi3+离子积聚作用虽强，但在玻璃组成中加入了玻璃形成体氧化物，可降低析晶倾向。
上述的PbO可以由分析纯一氧化铅，也可以由分析纯四氧化三铅或分析纯硝酸铅引入，Bi2O3由分析纯氧化铋引入，玻璃形成体氧化物可以是B2O3或SiO2或P2O5或GeO2中的任一种或几种合用。构成本发明各成份含量举例如下：
本发明如以PbO，Bi2O3为主要成份，以B2O3为玻璃形成体氧化物组成，其各成份含量（重量%）为：
PbO 17～80%
Bi2O320～75%
B2O31.5～15%
本发明如以PbO，Bi2O3为主要成份，以B2O3，SiO2为玻璃形成体氧化物组成，其各成份含量（重量%）为：
PbO 17～80%
Bi2O320～75%
B2O31.5～15%
SiO21.0～5.0%
优选含量（重量%）为：
PbO 50%～70%
Bi2O325～60%
B2O33～8%
SiO21～3%
高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃的制备方法是：根据上述组成范围，精确计算各氧化物相应原料含量，将称量的各种原料置于玛瑙研钵中研磨3～5分钟，过120目筛，全部原料通过120目筛网后，进行人工混合制得均匀的配合料。将制得的配合料置于预热到800℃的刚玉坩埚或石英坩埚或铂金坩埚内后，随即升温到810℃～840℃，保温10～30分钟，炉内气氛为氧化气氛。将熔制好的玻璃液浇注到预热温度为200℃的铁模或石墨模中成型，将成型后的玻璃置于加热到320℃的马弗炉内退火，在该温度下保温30分钟后，让玻璃随炉自然冷却到室温。
本发明具体实施例：
| PbO | Bi2O3 | B2O3 | SiO2 | |
| 重量％ | 64.49 | 31.08 | 3.10 | 1.33 |
制备方法同上述。工艺条件：熔制温度820℃，保温20分钟，氧化气氛，其各项性能见表2。
本发明的高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃其密度值可达7.5～8.1g/cm3，用C60 0作辐照源，在106rad辐照剂量辐照下，玻璃的透过率降低百分数为零，即辐照前后的透过率不变化，荧光衰退时间小于50ns，荧光发射峰波长为395～650nm，成本低。
Claims (9)
1、一种高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃，其特征在于由PbO，Bi2O3和玻璃形成体氧化物组成，各成份含量(重量%)为：
PbO 17～80%
Bi2O320～75%
余量为玻璃形成体氧化物。
2、按权利要求1所述的快速闪烁无机玻璃，其特征在于玻璃形成体氧化物是B2O3，其含量（重量%）为1.5～15%。
3、按权利要求1所述的快速闪烁无机玻璃，其特征在于玻璃形成体氧化物是B2O3与SiO2，含量（重量%）分别为：B2O31.5～15%，SiO21.0～5.0%。
4、按权利要求1所述的快速闪烁无机玻璃，其特征在于玻璃形成体氧化物是B2O3，SiO2各成份含量（重量%）为：
PbO 50～70% Bi2O325～60%
B2O33～8% SiO21～3%
5、按权利要求1所述的快速闪烁无机玻璃，其特征在于所说的PbO由分析纯一氧化铅或分析纯四氧化三铅或分析纯硝酸铅引入，Bi2O3，由分析纯氧化铋引入，玻璃形成体氧化物是B2O3或SiO2或P2O5或GeO2中的任一种或几种合用。
6、一种高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃，其特征在于由PbO与玻璃形成体氧化物组成，其中PbO含量（重量%）为70～95%，余量为玻璃形成体氧化物。
7、按权利要求6所述的快速闪烁无机玻璃，其特征在于所说的PbO由分析纯一氧化铅或分析纯四氧化三铅或分析纯硝酸铅引入，玻璃形成体氧化物是B2O3或SiO2或P2O5或GeO2中的任一种或几种合用。
8、一种高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃，其特征在于由Bi2O3与玻璃形成体氧化物组成，其中Bi2O3含量（重量%）为：70～95%，余量为玻璃形成氧化物。
9、按权利要求8所述的快速闪烁无机玻璃，其特征在于Bi2O3由分析纯氧化铋引入，玻璃形成体氧化物是B2O3或SiO2或P2O5或GeO2中的任一种或几种合用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 92102914 CN1087066A (zh) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1087066A true CN1087066A (zh) | 1994-05-25 |
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ID=4939928
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|---|---|---|---|
| CN 92102914 Pending CN1087066A (zh) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1087066A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100336754C (zh) * | 2004-09-21 | 2007-09-12 | 同济大学 | 有机掺杂铅锡氟磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法 |
| CN100526244C (zh) * | 2006-08-09 | 2009-08-12 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种热中子探测用玻璃闪烁体及其制备方法 |
-
1992
- 1992-11-17 CN CN 92102914 patent/CN1087066A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN100336754C (zh) * | 2004-09-21 | 2007-09-12 | 同济大学 | 有机掺杂铅锡氟磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法 |
| CN100526244C (zh) * | 2006-08-09 | 2009-08-12 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种热中子探测用玻璃闪烁体及其制备方法 |
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