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
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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
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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