CN1632614A - 填充有功能型光反射材料的闪烁探测器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

填充有功能型光反射材料的闪烁探测器，由闪烁体和光电子器件构成，其特征在于，在晶体与晶体室的间隙中填充有高反射率功能型漫反射材料，该材料的组成包括：氧化镁、氧化钛的超细粉、成型剂和光耦合剂；氧化镁、氧化钛的质量比例为1∶0.8～1.2；氧化镁、氧化钛超细粉与成型剂和光耦合剂的质量比例为：1∶10。本发明的制作方法：首先制作漫反射材料：将MgO及TiO₂超细粉烘干，按配比过筛；将超细粉倒入成型剂、光耦合剂搅拌去除气泡。将晶体放入晶体室内；调整好参数；将漫反射材料倒入晶体与晶体室的间隙中；放入35℃烘箱内保持6小时，固化后装调、测试。本发明比现有技术的能量分辨率提高三至五个百分点。

Description

填充有功能型光反射材料的闪烁探测器及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种天文观测仪器，具体涉及一种填充有功能型光反射材料的闪烁探测器，以及这种探测器的制作方法。

背景技术

在核物理探测及天文观测中，经常使用固体探测仪器(或称闪烁探测器)来实现高能量射线的探测。闪烁探测器主要是由闪烁体(一般使用的是无机闪烁体)、光电子器件(一般使用的是光电倍增管)和相应的电子学线路等组成，探测器的性能一般涉及到以下几个方面：

1、闪烁体的发光波长、发光时间和光传输性能；

2、闪烁体与光探测器之间的耦合、传输与光收集；

3、光探测器转换器件的性能及其转换效率；

4、电子学噪声信号放大和接收。

探测器的工作原理是：当带电粒子或γ射线入射到闪烁体内，使得闪烁体内的原子电离、激发，在退激发过程中发光，人们通常称之为荧光。采用光电倍增管来探测荧光，利用光电效应产生电子，经电子学仪器放大成形的脉冲信号来记录射线的能量，判断何种元素产生的射线。

如何进一步提高探测仪器的性能，不断地满足科学实验的需要，便成为仪器研制者和仪器使用者不断努力和探索的目标。

探测器各部分的性能确定之后，要提高仪器的能量分辨率就要近可能得到高的光子收集率。射线照在闪烁体内以4π立体角发射，在到达光探测器件之前是完全按光学规律直线传播的，对大部分的无机闪烁晶体(例如无机闪烁体)，利用漫反射的方法收集光为最佳。提高漫反射材料的反射率，成为提高光子收集率的途径之一。现有技术中常用的漫反射材料有MgO、Al₂O₃白色涂料，聚四氟乙稀(Teflon)膜等，但常用的Teflon在深空、低温下冷脆，直接影响探头光量子效率。

发明内容

本发明的任务是找到一种新的漫反射材料应用于闪烁探测器，来实现提高光量子收集的效率。进一步的发明目的是提供一种能够适应在深空、低温下使用时仍然具有较高光量子收集效率的，填充有功能型光反射材料的闪烁探测器，以及这种闪烁探测器的制作方法。

完成上述发明任务的方案是：填充有功能型光反射材料的闪烁探测器，由闪烁体和光电子器件构成，其特征在于，在晶体与晶体室的间隙中填充有高反射率功能型漫反射材料，该材料的组成包括：氧化镁、氧化钛的超细粉、成型剂和光耦合剂；氧化镁、氧化钛的的质量比例为1∶0.8～1.2；氧化镁、氧化钛超细粉与成型剂和光耦合剂的质量比例分别为：1∶10。

这里所述的超细粉，是指颗粒的平均直径在0.2μm以下。

所述的成型剂可以采用：高级变压器油；

所述的光耦合剂可以采用：硅油、硅脂或矿物脂。

在优化方案中，氧化镁、氧化钛超细粉的比例为1∶1。

以上所述的填充有功能型光反射材料的闪烁探测器的制作方法，包括以下步骤：

首先制作高反射率功能型漫反射材料：

将MgO及TiO₂超细粉烘干，按1∶0.8～1.2配比，烘干过筛后待用；

按上述比例准备好成型剂、光耦合剂；

将混合好的分散的MgO+TiO₂粉倒入成型剂、光耦合剂内；

搅拌去除气泡，并使之均匀，便制成了所需的漫反射聚合材料。

然后，清洗干净所用的晶体室；

将晶体放入晶体室内；

调整好各种几何参数并建立一个施工平台；

慢慢将制备好的漫反射材料倒入晶体与晶体室的间隙中聚合成型；

待将晶体室放入35℃的烘箱内保持6小时，以便能充分除完气泡；

漫反射材料固化后，用光电倍增管与晶体室封装好后进行装调、测试。

上述方法的优化方案是：

漫反射材料要分几次倒入，待前次倒入的材料基本固化后再进行下一次操作。

原因是当晶体与晶体室的间隙较深时，一次全部将间隙注满其固化时间将会很长，TiO₂将会沉积在底部，使得漫反射材料的均匀性得不到保证，将会降低漫反射的效率。

采用此材料对晶体进行封装后比使用聚四氟乙稀(Teflon)膜对晶体封装探测器的能量分辨率提高了三至五个百分点，应该讲是一个相当大的进步。

附图说明

图1为晶体及晶体室的示意图；

图2为使用聚四氟乙稀(Teflon)膜作为漫反射材料测出的谱线；

图3为MgO+TiO作为漫反射材料测出的谱线。

具体实施方式

实施例1，填充有功能型光反射材料的闪烁探测器由闪烁体和光电子器件构成，可采用BGO和CsI两种晶体。参照图1，在晶体与晶体室的间隙中填充有防震、高温高反射率功能型漫反射材料，该材料的组成包括：氧化镁、氧化钛的超细粉、成型剂和光耦合剂；氧化镁、氧化钛的的质量比例为1∶～1；氧化镁、氧化钛超细粉与成型剂和光耦合剂的体积比例为：2∶5。

其制作方法是：

首先制作高反射率功能型漫反射材料：

将MgO及TiO₂超细粉烘干，按1∶0.8～1.2配比，过筛后待用；按上述比例准备好成型剂、光耦合剂；将混合好的分散的MgO+TiO₂粉倒入成型剂、光耦合剂内；搅拌去除气泡，并使之均匀，便制成了所需的漫反射材料。

然后，清洗干净所用的晶体室；将晶体放入晶体室内；调整好各种几何参数并建立一个施工平台；慢慢将制备好的漫反射材料倒入晶体与晶体室的间隙中；漫反射材料要分几次倒入，待前次倒入的材料基本固化后再进行下一次操作。待将晶体室放入35℃的烘箱内保持6小时，以便能充分除完气泡；漫反射材料固化后，用光电倍增管与晶体室配合好后进行装调、测试。

材料形成与空间发射探测相匹配的固溶体，在深空中有一定的光、机、电性能。经检测，使用相同的光电倍增管、相同的电子学仪器、相同的信号放大倍数、相同的高压，使用不同的漫反射材料分别对本发明和传统方案进行测试，可以得到两组谱线：测试用的放射源是¹³⁷Cs。对本发明测试得到的图3所示谱线，比测试传统技术聚四氟乙稀(Teflon)膜作为漫反射材料所得到的图2谱线有明显改善。

Claims (5)

1、一种填充有功能型光反射材料的闪烁探测器，由闪烁体和光电子器件构成，其特征在于，在晶体与晶体室的间隙中填充有高反射率功能型漫反射材料，该材料的组成包括：氧化镁、氧化钛的超细粉、成型剂和光耦合剂；氧化镁、氧化钛的的质量比例为1∶0.8～1.2；氧化镁、氧化钛超细粉与成型剂和光耦合剂的质量比例分别为：1∶10。

2、按照权利要求1所述的填充有功能型光反射材料的闪烁探测器，其特征在于，所述的氧化镁、氧化钛超细粉的比例为1∶1。

3、按照权利要求1或2所述的填充有功能型光反射材料的闪烁探测器，其特征在于，所述的超细粉，是指颗粒的平均直径在0.2μm以下；

所述的成型剂采用：变压器油；

所述的光耦合剂采用：硅油、硅脂或矿物脂。

4、一种权利要求1所述的填充有功能型光反射材料的闪烁探测器的制作方法，包括以下步骤：

首先制作高反射率功能型漫反射材料：

将MgO及TiO₂超细粉烘干，按1∶0.8～1.2配比，过筛后待用；

按氧化镁、氧化钛超细粉与成型剂和光耦合剂分别为：1∶10的质量比例准备好成型剂、光耦合剂；

将混合好的分散的MgO+TiO₂粉倒入成型剂、光耦合剂内；

搅拌去除气泡，并使之均匀，便制成了所需的漫反射聚合材料。

然后，清洗干净所用的晶体室；

将晶体放入晶体室内；

调整好各种几何参数并建立一个施工平台；

慢慢将制备好的漫反射材料倒入晶体与晶体室的间隙中；

待将晶体室放入35℃的烘箱内保持6小时，以便能充分除完气泡；

漫反射材料固化后，用光电倍增管与晶体室配合好后进行装调、测试。

5、按照权利要求4所述的填充有功能型光反射材料的闪烁探测器的制作方法，其特征在于：漫反射材料要分几次倒入，待前次倒入的材料基本固化后再进行下一次操作。

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