CN115639587A - 提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，其包括以下步骤：对闪烁体材料进行粉碎研磨获得闪烁体颗粒，在所述闪烁体颗粒的表面完全或部分包覆具有表面等离子体效应的金属层，然后与有机高分子材料混合制成闪烁体片子。本发明合理在闪烁体颗粒表面完全包覆或者部分覆盖有金属材料，基于金属材料的等离子体效应，能有效提高闪烁体的光产额并降低闪烁体的衰减寿命，进而达到提升闪烁体对高能射线探测性能的目的；而且整个操作流程简单、方便，易于实现，可以适用于各种粉末形状的闪烁体材料，具有广泛的应用场景，如应用到核医学成像、安全检查、工业探测、高能物理等领域。
Description
技术领域
本发明涉及粉末状闪烁体技术领域，特别涉及一种提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法。
背景技术
闪烁体是一类具有能量转换功能的材料，它能够快速的将高能光子如X射线、γ射线或者高能粒子如α粒子、中子转换成紫外-可见脉冲荧光，在医疗、工业、科研等领域有重要应用，例如在分子医学成像领域用到的正电子发射断层扫描仪的核心组件就是呈现封闭环状阵列分布的闪烁晶体；在高能物理中，闪烁晶体是制造各类对撞机中电磁能量器的重要材料；在空间物理中，以闪烁体为核心部件的探测器可以检测来自太阳系、银河系及银河系之外的带电粒子、中性粒子、X射线等空间高能辐射。数十年来对闪烁体的研究受到科学界和产业界广泛的兴趣，使得该领域获得了突飞猛进的发展，但伴随着高能射线应用领域不断扩大，对闪烁体的性能提出了更高的要求，光产额更高、衰减寿命更短的闪烁体在未来将有广阔的应用前景。为此，现在亟需一种能提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
一种提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，其包括以下步骤：
(1)预备闪烁体材料，对闪烁体材料进行粉碎研磨获得粒径为1-10μm的闪烁体颗粒；
(2)通过热蒸镀、电子束蒸镀、等离子体溅射或原子层沉积工艺在所述闪烁体颗粒的表面完全或部分包覆具有表面等离子体效应的金属层，获得包覆颗粒；所述金属层的厚度为0.01-50nm；
(3)将所述包覆颗粒与有机高分子材料混合倒入模具的型腔进行成型固化，待固化后制成闪烁体片子；所述模具的型腔深度为1mm，所述闪烁体片子的厚度为1um-1mm；
(4)应用所述闪烁体片子对高能射线进行探测。
本发明的有益效果为：本发明合理在闪烁体颗粒表面完全包覆或者部分覆盖有金属材料，基于金属材料的等离子体效应，能有效提高闪烁体的光产额并降低闪烁体的衰减寿命，进而达到提升闪烁体对高能射线探测性能的目的；而且整个操作流程简单、方便，易于实现，可以适用于各种粉末形状的闪烁体材料，具有广泛的应用场景，如核医学成像、安全检查、工业探测、高能物理等。
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明实施例1制成的闪烁体片子与未覆盖Al的ZnS:Ag对γ射线的净计数率比较图。
图3是本发明实施例1制成的闪烁体片子对α射线的净计数率图。
图4是本发明实施例1中未覆盖Al的ZnS:Ag对α射线的净计数率图。
图5是本发明实施例1制成的闪烁体片子与未覆盖Al的ZnS:Ag的对α射线的衰减寿命对比图。
具体实施方式
实施例1：
制备用于探测α、γ射线的ZnS:Ag闪烁体片子。称取0.24克ZnS(Ag)粉末，将ZnS(Ag)粉末置于研钵中研磨30min，使得研磨后的粉体的粒径范围为3-10微米，通过热蒸镀工艺在ZnS(Ag)粉末表面部分覆盖厚度为3nm的金属铝层。
将同质量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于2mL二氯甲烷中，待PMMA完全溶解后，将包覆有金属铝层的ZnS(Ag)粉末倒入CH2Cl2中并混合均匀，然后将混合液倒入型腔直径25mm、深度1mm的模具中，静置一夜待有机溶液挥发完全，脱模获得闪烁体片子。
将得到的ZnS:Ag闪烁体片子用于测试α和γ射线。
实施例2：
制备用于探测中子的ZnS:Ag和6LiF的闪烁体片子。称取0.24克ZnS(Ag)粉末，将ZnS(Ag)粉末置于研钵中研磨30min，使得研磨后的粉体的粒径范围为3-10微米，通过热蒸镀工艺在ZnS(Ag)粉体表面部分覆盖厚度为16nm的金属铝层，然后将包覆有金属铝层的ZnS(Ag)粉末与6LiF均匀混合获得混合粉末，6LiF与ZnS(Ag)粉末的质量比为1:2。将0.24g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于2mL二氯甲烷中，待PMMA完全溶解后，将混合粉末倒入CH2Cl2中并混合均匀，然后将混合液倒入型腔直径25mm、深度1mm的模具中，静置一夜待有机溶液挥发完全，脱模获得闪烁体片子。
将获得的闪烁体片子用于测量中子。
实施例3：
制备用于探测α、γ射线的ZnS:Ag闪烁体片子。称取0.24克ZnS(Ag)粉末，将ZnS(Ag)粉末置于研钵中研磨30min，使得研磨后的ZnS(Ag)粉末的粒径范围为3-10微米，通过热蒸镀工艺在ZnS(Ag)粉末表面部分覆盖厚度为24nm的金属铝层。将同质量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于2mL二氯甲烷中，待PMMA完全溶解后，将包覆有金属铝层的ZnS(Ag)粉末倒入CH2Cl2中并混合均匀，然后将混合液倒入型腔直径25mm、深度1mm的模具中，静置一夜待有机溶液挥发完全，脱模获得闪烁体片子。
将获得的闪烁体片子用于测量α、γ射线。
实施例4：
制备用于探测γ射线的CsI(Na)闪烁体片子。将CsI(Na)晶体敲碎，再用球磨机将其研磨成粒径为3-10微米的粉末，通过热蒸镀工艺在CsI(Na)粉末表面均匀包覆15nm金属铝层。将0.24gPMMA溶解于2mL二氯甲烷中，将同质量的表面包覆金属铝的CsI(Na)粉末倒入CH2Cl2中，将粉末与溶液混合均匀，然后将混合液倒入型腔直径25mm、深度1mm的模具中，静置一夜待有机溶剂挥发完全后，脱模获得闪烁体片子。
将获得的闪烁体片子用于测量γ射线。
上述实施例仅为本发明较好的实施方式，本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例之一的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。
本发明合理在闪烁体颗粒表面完全包覆或者部分覆盖有金属材料，基于金属材料的等离子体效应，能有效提高闪烁体的光产额并降低闪烁体的衰减寿命，进而达到提升闪烁体对高能射线探测性能的目的。
以实施例1为例，参见图2，实施例1中的ZnS:Ag闪烁体片子和未覆盖Al的闪烁体片子对γ射线的净计数率的比较，本实施例中表面覆盖3nmAl之后ZnS(Ag)对γ射线的光产额提升了4倍。参见图3和图4，图3为未覆盖Al的ZnS:Ag闪烁体片子的净计数率，ZnS:Ag与坐标轴围成图形的面积为0.00307。图4为覆盖Al的ZnS(Ag)闪烁体片子的净计数率，3nmAl@ZnS:Ag与坐标轴围成图形的面积为0.00628，说明表面覆盖铝之后ZnS:Ag对α射线的光产额提升了一倍。参见图5，未覆盖Al的ZnS:Ag闪烁体片子和3nmAl@ZnS:Ag闪烁体片子对α射线的衰减寿命对比，可以看出3nmAl@ZnS:Ag比ZnS:Ag的衰减速度快。本发明基于金属材料的等离子体效应来提升粉末状闪烁体材料对高能射线的光产额及光衰减寿命，进而提高闪烁体材料的探测性能，在使用到高能射线的领域有广泛的应用前景，如核医学成像、安全检查、工业探测、高能物理等。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制，采用与其相同或相似方法而得到的其它方法及制品，均在本发明保护范围内。
Claims (10)
1.一种提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)预备闪烁体材料，对闪烁体材料进行粉碎研磨获得粒径为1-10μm的闪烁体颗粒；
(2)在所述闪烁体颗粒的表面包覆具有表面等离子体效应的金属层，获得包覆颗粒；
(3)将所述包覆颗粒与有机高分子材料混合制成闪烁体片子；
(4)应用所述闪烁体片子对高能射线进行探测。
2.根据权利要求1所述的提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，其特征在于：通过热蒸镀、电子束蒸镀、等离子体溅射或原子层沉积工艺在所述闪烁体颗粒的表面包覆具有表面等离子体效应的金属层。
3.根据权利要求1所述的提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，其特征在于：所述闪烁体颗粒的表面完全或部分包覆有所述的金属层。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，其特征在于：所述金属层的厚度为0.01-50nm。
5.根据权利要求1所述的提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，所述闪烁体材料为ZnS(Ag)粉末或CsI(Na)晶体。
6.根据权利要求1所述的提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，所述金属层为金属铝层。
7.根据权利要求1所述的提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，所述步骤(3)中将所述包覆颗粒与有机高分子材料混合后倒入模具的型腔进行成型固化，待固化后制成闪烁体片子。
8.根据权利要求7所述的提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，所述模具的型腔深度为1mm。
9.根据权利要求1所述的提高粉末状闪烁体对高能射线探测性能的方法，所述闪烁体片子的厚度为1um-1mm。
10.一种闪烁体片子，其特征在于，其为权利要求1-9中任意一项中所述的闪烁体片子。
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|---|---|---|---|---|
| CN116285985A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-06-23 | 浙江祺跃科技有限公司 | 一种二次电子探测器闪烁体及其制备方法和应用 |
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| CN116285985A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-06-23 | 浙江祺跃科技有限公司 | 一种二次电子探测器闪烁体及其制备方法和应用 |
| CN116285985B (zh) * | 2023-03-21 | 2024-04-19 | 浙江祺跃科技有限公司 | 一种二次电子探测器闪烁体及其制备方法和应用 |
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