CN102183812A

CN102183812A - 一种闪烁—移波光纤及快中子转换屏

Info

Publication number: CN102183812A
Application number: CN 201110042217
Authority: CN
Inventors: 邹宇斌; 刘树全; 唐国有
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了一种闪烁-移波光纤及快中子转换屏，属于快中子成像领域。本发明的光纤由内向外依次包括芯层、覆层和反射膜，其中芯层为移波光纤，覆层为掺杂荧光粉的含氢有机物质，芯层的移波光纤能够吸收覆层荧光粉发出的光，并发射次级光子。本发明的快中子转换屏通过将若干段长度相等的光纤排列后的光纤端面构成屏面。与现有技术相比，本发明的转换屏厚度可大幅度增加，快中子探测效率可以比普通ZnS屏提高十倍以上；外层的反射膜既可增强转换屏发光强度，同时又有效提高了转换屏的分辨率，且生成工艺成熟，可以实现商业化量产。

Description

一种闪烁—移波光纤及快中子转换屏

技术领域

本发明属于快中子成像领域，具体涉及一种基于移波(荧光)光纤和反射膜的快中子成像用高性能快中子探测用闪烁——移波光纤和基于闪烁——移波光纤制作的快中子转换屏。

背景技术

中子成像是一种新型的无损探测技术。由于中子不带电，对物质具有很强的穿透性，可以用来测量大体积、高密度下的物体或材料的内部特征和信息。同时中子同某些轻元素如H、Li、Be有很大的反应截面，可以弥补普通探测方法在这些轻元素上不易探测的空白。目前中子成像已经广泛应用于航天、军工、核工业、建筑、考古学、医学和生物学等领域。

快中子转换屏是快中子成像的重要部件。目前应用较广的快中子转换屏是基于有机材料和ZnS荧光粉的闪烁屏，它的发光效率较高，而且对γ射线灵敏度较低，是一种较优良的快中子闪烁屏。但由于无机闪烁体本身不透明，导致普通ZnS屏的有效厚度较薄，探测效率较低。在闪烁屏中加入移波(国内称为荧光：下同)光纤可大幅度提高闪烁屏的有效厚度，但厚度增加的同时引起了分辨率的降低。另一方面快中子闪烁屏无标准尺寸，不适于采用专门设备进行量产，不借助专门设备很难在闪烁屏中均匀分布移波光纤，而设计专门设备将大幅度提高成本，在目前没有合适的工艺进行制作。

发明内容

为了克服快中子转换屏探测效率、分辨率兼容和生产工艺的问题，本发明提出一种基于移波(荧光)光纤和反射膜的中子成像、高性能快中子探测用闪烁-移波光纤，可以提高快中子探测效率和分辨率。同时本发明提供的工艺方法可以实现工业化量产，满足不同需求的中子照相用。

本发明的技术方案为：

一种闪烁-移波光纤，其特征在于由内向外依次包括芯层、覆层和反射膜，其中芯层为移波光纤，覆层为掺杂荧光粉的含氢有机物质，芯层的移波光纤能够吸收覆层荧光粉发出的光，并发射次级光子。

进一步的，所述覆层中含氢有机物与荧光粉的质量比的取值范围为：1∶1～9∶1。

进一步的，所述覆层中含氢有机物与荧光粉的质量比为1∶1。

进一步的，所述覆层为掺杂荧光粉的高含氢有机物质。

进一步的，所述反射膜为铝膜。

进一步的，所述芯层的直径为光纤总直径的1/4～3/4。

一种快中子转换屏，其特征在于包括若干段如权利要求1～6任一所述的光纤，若干段长度相等的所述光纤排列后的光纤端面构成屏面。

进一步的，所述光纤的长度取值范围为：5mm～50mm。

进一步的，若干段所述光纤通过粘合方式排列在一起。

进一步的，其中一所述屏面上覆盖或粘合一层反射膜。

进一步的，所述反射膜为铝膜。

本发明的快中子探测用闪烁——移波光纤(以下简称闪烁——移波光纤)，包括三层，从内到外分别为：移波(荧光)光纤、掺杂荧光粉的高含氢有机物质、反射膜。闪烁——移波光纤在提高快中子转换屏性能的同时，可以实现量产。加工方法与普通覆层光纤相似，芯层为移波(荧光)光纤，覆层为掺杂荧光粉的高含氢有机物质，最外层为反射膜。应用时可根据不同的需要，将闪烁——移波光纤截成合适长度并排列成屏即可。

本发明的具体物理机制：快中子从闪烁——移波光纤端面入射，与覆层内的含氢有机物发生核反应，发射反冲质子。反冲质子激发掺杂在含氢有机物内的荧光粉使之发光，产生初级光子。初级光子在覆层内经过多次散射后进入芯层的移波(荧光)光纤，被芯层中的荧光物质吸收并发出次级光子，次级光子中的一部分满足全反射可以传输到端面；其中初级光子即初次产生的光子，是指反冲质子激发荧光物质内的原子，跃迁后释放的光子；初级光子被芯层吸收，要求覆层荧光粉的发射光谱范围，要和芯层的荧光物质的吸收光谱波长范围部分重叠；次级光子是指初级光子被移波光纤芯层的荧光物质吸收后荧光物质发射的光子。最外层的反射膜既可以使更多的光子进入芯层的移波(荧光)光纤；同时又保证所有的光子都在闪烁——移波光纤里面，提高了闪烁——移波光纤的分辨率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)由于屏的厚度可大幅度增加，快中子探测效率可以比普通ZnS屏提高十倍以上；

2)外层的反射膜既可增强转换屏发光强度，同时又有效提高了转换屏的分辨率；

3)生成工艺成熟，可以实现商业化量产。

附图说明

图1快中子探测用闪烁——移波光纤结构示意图；

图2利用快中子探测用闪烁——移波光纤做成的快中子转换屏俯视图；

图3利用快中子探测用闪烁——移波光纤做成的快中子转换屏主视图；

1-芯层：移波(荧光)光纤；2-覆层：高含氢有机物；3-覆层：荧光粉；

4-外层：反射膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述。

图1为快中子探测用闪烁——移波光纤，芯层1为移波(荧光)光纤，覆层为掺杂荧光粉3的高含氢有机物质2，最外层为反射膜4。根据分辨率的需求，芯层1的移波(荧光)光纤的直径为闪烁——移波光纤总直径的1/4～3/4，一般选0.25～1mm；覆层中高含氢有机物2和荧光粉3质量比范围为1∶1～9∶1，或者说荧光粉的质量掺入比为10％～50％，一般选1∶1；所镀外层反射膜4可以是铝膜。

快中子探测用闪烁——移波光纤的直径决定快中子转换屏的分辨率。根据实际需求，将图1中的快中子探测用闪烁——移波光纤截成一定的长度拼接成屏，长度即代表最终快中子转换屏的厚度。根据需要探测的物体厚度，长度取值范围为：5mm～50mm。在图2所示实施例中，假如我们要求分辨率为1mm，那么采用的快中子探测用闪烁——移波光纤的直径为1mm，图中我们采用5*8＝40根快中子探测用闪烁——移波光纤做成了快中子转换屏，屏的大小为5mm*8mm。根据实际需要，选取不同直径，不同排列方式可以制作适应不同要求的快中子转换屏。

图3为图2中制作的快中子转换屏的主视图。

使用快中子转换屏时，快中子从闪烁——移波光纤一端正入射，另一侧便可采用光学耦合系统记录发光强度。为了提高光强，可以在入射端面加上一层反射膜，即在排列好的转换屏端面覆盖或粘合一层铝膜即可。

Claims

1.一种闪烁-移波光纤，其特征在于由内向外依次包括芯层、覆层和反射膜，其中芯层为移波光纤，覆层为掺杂荧光粉的含氢有机物质，芯层的移波光纤能够吸收覆层荧光粉发出的光，并发射次级光子。

2.如权利要求1所述的光纤，其特征在于所述覆层中含氢有机物与荧光粉的质量比的取值范围为：1∶1～9∶1。

3.如权利要求2所述的光纤，其特征在于所述覆层中含氢有机物与荧光粉的质量比为1∶1。

4.如权利要求1或2或3所述的光纤，其特征在于所述覆层为掺杂荧光粉的高含氢有机物质。

5.如权利要求4所述的光纤，其特征在于所述反射膜为铝膜。

6.如权利要求4所述的光纤，其特征在于所述芯层的直径为光纤总直径的1/4～3/4。

7.一种快中子转换屏，其特征在于包括若干段如权利要求1～6任一所述的光纤，若干段长度相等的所述光纤排列后的光纤端面构成屏面。

8.如权利要求7所述的转换屏，其特征在于所述光纤的长度取值范围为：5mm～50mm。

9.如权利要求7或8所述的转换屏，其特征在于若干段所述光纤通过粘合方式排列在一起。

10.如权利要求7或8所述的转换屏，其特征在于其中一所述屏面上覆盖或粘合一层反射膜。

11.如权利要求10所述的转换屏，其特征在于所述反射膜为铝膜。