【摘 要】
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在工业无损检测、医疗、高能物理、国土安全等众多领域,以闪烁体材料为核心的辐射探测器件和系统发挥着不可替代的作用。随着辐射科学技术的发展进步,现有的闪烁体材料难以满足日益严苛的应用需求,开发新型的闪烁体材料具有重要的价值和意义。相比闪烁晶体,闪烁玻璃具有成本低、可大尺寸制备、可光纤化和形状可控等诸多优点;然而闪烁玻璃的低光产额严重限制了其商业化和大规模应用。针对该问题,本论文基于多相材料的设计思想,
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在工业无损检测、医疗、高能物理、国土安全等众多领域,以闪烁体材料为核心的辐射探测器件和系统发挥着不可替代的作用。随着辐射科学技术的发展进步,现有的闪烁体材料难以满足日益严苛的应用需求,开发新型的闪烁体材料具有重要的价值和意义。相比闪烁晶体,闪烁玻璃具有成本低、可大尺寸制备、可光纤化和形状可控等诸多优点;然而闪烁玻璃的低光产额严重限制了其商业化和大规模应用。针对该问题,本论文基于多相材料的设计思想,设计制备了面向中子和X射线探测应用的具有双相结构的复合闪烁玻璃,并对其结构调控和性能展开了系统研究。主要研究工作如下:1.基于低温共熔技术实现了Zn S:Ag荧光粉和富10B硼酸盐玻璃的复合,制备并研究了面向中子探测应用的具有Zn S:Ag晶体-富10B玻璃基体双相结构的复合闪烁玻璃。低温共熔复合后,Zn S:Ag荧光粉均匀分散在玻璃基质中并保持了优异的闪烁发光性能。在中子束流辐照下,富10B玻璃基质拦截俘获中子并发生核反应,产生的带电次级粒子激发玻璃基体包裹的的Zn S:Ag荧光粉闪烁发光,复合闪烁玻璃的最优中子光产额达标准的Zn S/~6Li F闪烁商品的53%,可实现对中子的高效精准探测。2.以Rb Cl-P2O5体系为研究对象,通过高温熔融淬冷制备了具有Rb Cl晶体-磷酸盐玻璃基体双相结构的复合闪烁玻璃,研究了其结构调控可能性和闪烁性能,并探讨了潜在的闪烁机理。研究结果表明,通过改变Rb Cl/P2O5比例可以实现从单一玻璃相到晶体-玻璃双相的结构调控。在X射线激发下,Ag掺杂的复合闪烁玻璃呈现多模态发光响应特性,可实现基于Ag~0和Ag+双发光强度比的自校正X射线强度探测和基于Ag2+辐射光致发光现象的累计剂量测量。3.以Si-Al-Lu-Li-Gd-F-O玻璃体系为研究对象,制备了具有纳米尺度连通形貌的分相结构的氟氧化物复合闪烁玻璃。通过探索F/O比例和热处理工艺对闪烁玻璃的结构和发光性能影响,以及掺杂发光中心Ce的浓度优化,获得了具有良好的闪烁发光性能的复合闪烁玻璃。最优样品的X射线激发发光积分强度可达标准BGO晶体的64.0%,且荧光寿命仅为22 ns。
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