專利名稱：高抗輻照氟化鋇BaF的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是晶體生長領(lǐng)域，特別是涉及制備高抗輻照氟化鋇閃爍晶體的新技術(shù)。
氟化鋇晶體是近幾年來開發(fā)的一種新型閃爍晶體，它受粒自激發(fā)后產(chǎn)生波長峰值各為225nm和310nm快慢兩種成份(俗稱快分量和慢分量)的熒光、氟化鋇晶體快分量的熒光衰減時間極短(0.6ns)，且它還具有密度高、抗輻照能力強等優(yōu)點，因而在在核醫(yī)學(xué)、高能物理等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值和前景。例如，用它可做成采用飛行時間技術(shù)的正電子發(fā)射型斷層照相機(PET);在新一代的高輻照劑量的超導(dǎo)質(zhì)子對撞機(SSC)的電磁量能器中也可望大量采用氟化鋇閃爍晶體。
現(xiàn)有的在真空引下生長的BaF2晶體的技術(shù)已有幾十年的歷史，這種技術(shù)的原理是為了避免OH-和氧化氣氛的影響，采用高其空間的生長爐(生長時或充惰性氣體及HF)，在這種爐內(nèi)用石墨作發(fā)熱體(或用高頻加熱)，用石墨坩鍋引下生長BaF2晶體，為了排除熔體中的氧化物，往往在原料中加入3%的PbF2等。這種技術(shù)的缺點是1.由于加入了PbF2，若Pb在生長中排除不盡，會使晶體在205nm波長處出現(xiàn)尖銳的吸收峰，以致對BaF2晶體225nm處的快分量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。2.晶體的應(yīng)力大，不退火無法進行切割加工。3.由于一定要在高真空(
)或高密封(充氣)狀態(tài)下生長BaF2晶體，所以設(shè)備龐大。4.一般使用尖底石墨坩鍋，但仍容易生長出多晶BaF2。
本發(fā)明的目的在于提供一種在大氣氣氛下制備高質(zhì)量、高抗輻照能力的BaF2閃爍晶體的全套新技術(shù)。無需采用復(fù)雜昂貴的高真空設(shè)備及生長爐子，用較簡便的方法就可大批量地制備出尺寸大、質(zhì)量好的BaF2閃爍晶體。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容包括原料制備、鉑坩鍋、爐子結(jié)構(gòu)與生長條件三部分。
1.原料制備用高純鋇鹽和氫氟酸制備純度為99.99%的BaF2原料。原料中氧化鋇的含量降低到10-6量級。使用前，將制備好的原料裝入聚四氟乙烯的容器內(nèi)，然后在普通烘箱內(nèi)脫除水份。
采用振動加料的方法將制備好的原料裝入特制的氟塑料容器內(nèi)，該容器形狀與生長用坩鍋相當(dāng)，使壓出的原料錠易于裝入坩鍋中，然后用塞子塞緊，外套三層可收縮塑料套管，每層都應(yīng)密封，最后放入靜水壓機內(nèi)加壓。壓力為2.2噸/cm2，體積壓縮比為60-70%。將這樣制備好的原料錠放入裝有硅膠和五氧化二磷的干燥器內(nèi)備用。
2.鉑坩鍋將制備的料錠裝入鉑坩鍋，再放進真空干燥箱進行加熱，并將保護氣氛劑灌入坩鍋，然后把坩鍋封焊，鉑坩鍋的高度與形狀隨所需的晶體尺寸而定，壁厚為0.1-0.3mm。
3.爐子結(jié)構(gòu)與生長條件采用一般氧化氣氛下引下法生長晶體用的爐子，主發(fā)熱體為硅鉬棒，靠近爐子底部設(shè)置輔助加熱器，晶體生長過程中用鉑-銠熱電偶監(jiān)測爐內(nèi)溫度。
爐內(nèi)生長區(qū)的溫度梯度為20-30℃，在高出熔點約50℃的溫度下進行熔料及生長晶體，晶體生長速率為0.8-1.6mm/小時。
本發(fā)明的效果如下首次成功地在氧化氣氛下用鉑坩鍋生長出高質(zhì)量的BaF2閃爍晶體，與現(xiàn)有的在真空中引下生長方法的不同點在于只需將通常生長氧化物晶體的Bridgman法生長爐和鉑坩鍋稍加改變就可生長高質(zhì)量、大尺寸的BaF2閃爍晶體。開創(chuàng)了在非真空爐內(nèi)生長BaF2閃爍晶體的新途徑。使大批量生長電磁量能器用大尺寸(長25cm)、高抗輻照BaF2晶體成為可能。由于無需摻入類似PaF2之類的金屬氟化物，所以不會產(chǎn)生由于摻雜離子引起的雜質(zhì)吸收峰或抗輻照能力減退。使用本發(fā)明技術(shù)長出的BaF2晶體，225nm處的透光率達到80%，經(jīng)每小時104Rad，積累劑量為106Rad的Co源輻照后，快分量的透光率變化在5%以內(nèi)，慢分量(310nm)透光率降低約20%，見圖1。
本發(fā)明適用于高能物理用的電磁量能器和核醫(yī)學(xué)用的PET探測器等的BaF閃爍晶體的制備。本發(fā)明也可擴大應(yīng)用到其它氟化物，如SrF2、CaF2、LaF3等晶體的制備。


圖1為BaF晶體輻照前后的透光率曲線。
橫座標(biāo)波長。
縱座標(biāo)透光率。
輻照劑量106Rad.
下面介紹本發(fā)明的實施情況實施例一(1).采用高純BaCO3和氫氟酸制得的超純原料，使用前經(jīng)140℃、12小時脫除水份。
(2).靜水壓機的壓強為2.2噸/cm2。
(3).使用平底鉑坩鍋，坩鍋壁厚約0.20mm。
(4).惰性氣體氬取代空氣，需封在坩堝內(nèi)。
(5).采用4根直型硅化鉬主發(fā)熱棒，爐膛每邊設(shè)置2根，用電熱絲做成輔助加熱器。
(6).硅化鉬棒主發(fā)熱體采用JWT-702溫度控制儀進行控制，輔助加熱器采用變壓器進行控制。
(7).晶體生長速率為1.6mm/小時，開始結(jié)晶后，每2-6小時約升高爐溫1℃。
實施例二在實施例一中的(3)以5cm長的晶體做籽晶生長晶體，(4)以BF3取代空氣密封在坩鍋內(nèi)，(5)以硅碳棒作輔助加熱器的發(fā)熱元件，(7)以1.6mm/小時速率生長晶體，余者與實施例一相同。
實施例三在實施例一中的(3)無籽晶體，坩鍋內(nèi)全部裝入原料，(4)以HF氣體取代空氣密封在坩鍋內(nèi)，(7)以1.6mm/小時生長速率生長，約5cm晶體后，改用0.8mm/小時生長速率生長。余者與實施例一相同。
實施例四在實施例一中的(3)改用底部為尖錐狀(約90°)的鉑坩鍋，(4)以CF4取代空氣密封在坩鍋內(nèi)，余者與實施例一相同。
權(quán)利要求
1.一種高抗輻照氟化鋇(BaF2)閃爍晶體的生長技術(shù)，其特征在于1.采用非真空坩鍋下降法；2.采用以下技術(shù)；(1).原料制備A.用高純鋇鹽和氫氟酸制備高純BaF2原料，雜質(zhì)含量達10-6級；B.在140℃下脫水；C.制備料錠在氟塑料密封模具中，用靜水壓壓制成錠；(2).鉑坩鍋制作與生長爐準(zhǔn)備A.鉑金坩鍋壁厚0.1--0.3mm；B.氧氣氛下降法生長爐，用硅鉬棒為發(fā)熱元件；C.爐底有輔助加熱器；(3).晶體生長A.裝料料錠裝入鉑坩鍋后，充入惰性氣體或含氟氣體，焊封坩鍋，B.生長條件熔料高出熔點約50℃；溫度梯度20--30℃；生長速率0.8--1.6mm/小時；降溫速率20--30℃/小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的BaF2生長技術(shù)，其特征在于所述的惰性氣體是Ar，含氟氣體是CF4、BF3、HF。
全文摘要
本發(fā)明給出在氧化氣氛爐中生長高抗輻照氟化鋇閃爍晶體的新技術(shù)。本發(fā)明的核心是防止和消除在氧化氣氛下可能出現(xiàn)的氧化污染和水解。主要技術(shù)有制備氧離子高度凈化的高純BaF
文檔編號C30B15/00GK1055208SQ90102828
公開日1991年10月9日 申請日期1990年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月31日
發(fā)明者沈定中, 殷之文, 蘇偉堂, 潘志雷 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所