專利名稱：高密度、耐輻照的快速閃爍無機(jī)玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高密度、耐輻照的閃爍無機(jī)材料，適用于高能物理探測器，也可用作正電子發(fā)射X線斷層照相機(jī)，醫(yī)學(xué)模擬方面的閃爍材料。
在高能物理實(shí)驗(yàn)和正電子發(fā)射X線斷層照相機(jī)等方面，對高密度、耐輻照的快速閃爍材料總是有著特別的興趣。許多目前和下一代粒子物理實(shí)驗(yàn)需要應(yīng)用在高輻射環(huán)境中的探測器。目前，這種探測器的設(shè)計者正求助于閃爍材料去滿足物理實(shí)驗(yàn)要求。這些要求包括(1)材料應(yīng)具有高的密度值，密度愈大，材料對射線的截止本領(lǐng)愈大，輻射長度X。和莫來爾(Moliere)半徑愈小。小的莫來爾半徑可以減少兩個相鄰光訊號之間的重疊或污染，便于“辯認(rèn)”。小的輻射長度可使探測器做成小體積，從而降低成本。(2)能耐輻照大部分無機(jī)材料(包括無機(jī)晶體和玻璃)在x、r、α和β等射線的輻照下，將引起色澤和透明度的下降，使發(fā)出的熒光不能透過或被材料本身吸收，甚至造成材料結(jié)構(gòu)缺陷。(3)短的熒光衰退時間電子從高能級向低能級退激時，將發(fā)出光訊號，為了避免光訊號之間的污染，要求進(jìn)行快速探測，快速探測要求快速閃爍，即短的衰退時間。(4)在可見或近紫外區(qū)激發(fā)根據(jù)波長與能量的關(guān)系，發(fā)射波長總是大于激發(fā)波長，因此，在可見或近紫外區(qū)激發(fā)就能保證熒光發(fā)射波長在300nm以上，使光訊號與光電二極管相匹配。(5)低的成本新一代加速器要求探測器閃爍材料成本≤2美元/cm3。
無機(jī)閃爍材料主要是晶體，早期使用的晶體閃爍材料是NaI(TL)，其密度為3.67g/cm3，熒光衰退時間為230ns。近幾年開發(fā)并被認(rèn)為可用于高能物理實(shí)驗(yàn)的較有希望的晶體有CeF3、YAP(ce)、GSO(ce)、ThF4和PbF2等。這些晶體的性能不能完全滿足高能物理實(shí)驗(yàn)的要求，各項性能列于表1，而且晶體制備工藝復(fù)雜，成本高。
玻璃作為閃爍材料較早的有由Li+激活Ce3+的硅酸鹽玻璃，但這種玻璃密度值低(～2.5g/cm3)，熒光衰退時間慢(～100μs)。氟化物玻璃是近幾年受到重視的一類閃爍材料，密度值5.95～6.75g/cm3，在105rad C600射線輻照下透過率降低8.9%，制備須在還原氣氛下進(jìn)行，難于控制。
本發(fā)明目的旨在提供一種具有高密度值，熒光發(fā)射波長在可見區(qū)范圍內(nèi)，熒光衰退時間短，能抵抗高能射線輻照，成本低，制備方法簡單的快速閃爍無機(jī)玻璃。
本發(fā)明是以PbO，Bi2O3為主要成份，加入玻璃形成體氧化物組成，各成份含量(重量%)為PbO 17～80%，Bi2O320～75%，余量為玻璃形成體氧化物;本發(fā)明或者是由PbO與玻璃形成體氧化物組成，其中PbO含量(重量%)為70～95%，余量為玻璃形成體氧化物;本發(fā)明或者由Bi2O3與玻璃形成體氧化物組成，其中Bi2O3含量(重量%)為70～95%，余量為玻璃形成體氧化物。
由于以含Pb2+，Bi3+離子氧化物構(gòu)成玻璃的主要成份，賦于了玻璃材料的高密度，使得本發(fā)明的材料防射線能力增強(qiáng)，具有抗輻照性，而且Pb2+，Bi3+離子又是發(fā)光物質(zhì)，這些離子能級中電子受到激發(fā)而躍遷(6S→6P)，當(dāng)退激時一部分能量以熒光發(fā)出，由于玻璃體系中結(jié)構(gòu)效應(yīng)，使得6S與6P軌道能級差很小，所以熒光衰退時間短，此外，Pb2+，Bi3+離子積聚作用雖強(qiáng)，但在玻璃組成中加入了玻璃形成體氧化物，可降低析晶傾向。
上述的PbO可以由分析純一氧化鉛，也可以由分析純四氧化三鉛或分析純硝酸鉛引入，Bi2O3由分析純氧化鉍引入，玻璃形成體氧化物可以是B2O3或SiO2或P2O5或GeO2中的任一種或幾種合用。構(gòu)成本發(fā)明各成份含量舉例如下本發(fā)明如以PbO，Bi2O3為主要成份，以B2O3為玻璃形成體氧化物組成，其各成份含量(重量%)為PbO17～80%Bi2O320～75%B2O31.5～15%本發(fā)明如以PbO，Bi2O3為主要成份，以B2O3，SiO2為玻璃形成體氧化物組成，其各成份含量(重量%)為
PbO17～80%Bi2O320～75%B2O31.5～15%SiO21.0～5.0%優(yōu)選含量(重量%)為PbO50%～70%Bi2O325～60%B2O33～8%SiO21～3%高密度、耐輻照的快速閃爍無機(jī)玻璃的制備方法是根據(jù)上述組成范圍，精確計算各氧化物相應(yīng)原料含量，將稱量的各種原料置于瑪瑙研缽中研磨3～5分鐘，過120目篩，全部原料通過120目篩網(wǎng)后，進(jìn)行人工混合制得均勻的配合料。將制得的配合料置于預(yù)熱到800℃的剛玉坩堝或石英坩堝或鉑金坩堝內(nèi)后，隨即升溫到810℃～840℃，保溫10～30分鐘，爐內(nèi)氣氛為氧化氣氛。將熔制好的玻璃液澆注到預(yù)熱溫度為200℃的鐵模或石墨模中成型，將成型后的玻璃置于加熱到320℃的馬弗爐內(nèi)退火，在該溫度下保溫30分鐘后，讓玻璃隨爐自然冷卻到室溫。
本發(fā)明具體實(shí)施例
制備方法同上述。工藝條件熔制溫度820℃，保溫20分鐘，氧化氣氛，其各項性能見表2。
本發(fā)明的高密度、耐輻照的快速閃爍無機(jī)玻璃其密度值可達(dá)7.5～8.1g/cm3，用C600作輻照源，在106rad輻照劑量輻照下，玻璃的透過率降低百分?jǐn)?shù)為零，即輻照前后的透過率不變化，熒光衰退時間小于50ns，熒光發(fā)射峰波長為395～650nm，成本低。
權(quán)利要求
1.一種高密度、耐輻照的快速閃爍無機(jī)玻璃，其特征在于由PbO，Bi2O3和玻璃形成體氧化物組成，各成份含量(重量%)為PbO 17～80%Bi2O320～75%余量為玻璃形成體氧化物。
2.按權(quán)利要求1所述的快速閃爍無機(jī)玻璃，其特征在于玻璃形成體氧化物是B2O3，其含量(重量%)為1.5～15%。
3.按權(quán)利要求1所述的快速閃爍無機(jī)玻璃，其特征在于玻璃形成體氧化物是B2O3與SiO2，含量(重量%)分別為B2O31.5～15%，SiO21.0～5.0%。
4.按權(quán)利要求1所述的快速閃爍無機(jī)玻璃，其特征在于玻璃形成體氧化物是B2O3，SiO2各成份含量(重量%)為PbO 50～70% Bi2O325～60%B2O33～8% SiO21～3%
5.按權(quán)利要求1所述的快速閃爍無機(jī)玻璃，其特征在于所說的PbO由分析純一氧化鉛或分析純四氧化三鉛或分析純硝酸鉛引入，Bi2O3，由分析純氧化鉍引入，玻璃形成體氧化物是B2O3或SiO2或P2O5或GeO2中的任一種或幾種合用。
6.一種高密度、耐輻照的快速閃爍無機(jī)玻璃，其特征在于由PbO與玻璃形成體氧化物組成，其中PbO含量(重量%)為70～95%，余量為玻璃形成體氧化物。
7.按權(quán)利要求6所述的快速閃爍無機(jī)玻璃，其特征在于所說的PbO由分析純一氧化鉛或分析純四氧化三鉛或分析純硝酸鉛引入，玻璃形成體氧化物是B2O3或SiO2或P2O5或GeO2中的任一種或幾種合用。
8.一種高密度、耐輻照的快速閃爍無機(jī)玻璃，其特征在于由Bi2O3與玻璃形成體氧化物組成，其中Bi2O3含量(重量%)為70～95%，余量為玻璃形成氧化物。
9.按權(quán)利要求8所述的快速閃爍無機(jī)玻璃，其特征在于Bi2O3由分析純氧化鉍引入，玻璃形成體氧化物是B2O3或SiO2或P2O5或GeO2中的任一種或幾種合用。
全文摘要
“高密度、耐輻照的快速閃爍無機(jī)玻璃”是一種快速閃爍材料，它是以含Pb
文檔編號C03C4/12GK1087066SQ9210291
公開日1994年5月25日 申請日期1992年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月17日
發(fā)明者丁子上, 盧安賢, 唐膺 申請人:浙江大學(xué)