[发明专利]一种铈掺杂稀土硼酸盐闪烁晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体领域，具体涉及一种铈掺杂硼酸盐闪烁晶体及其提拉法制备方法。

背景技术

本发明具体涉及无机闪烁晶体及中子探测领域。无机闪烁晶体发光可以分为本征发光和非本征发光。其中，非本征发光机理为入射的辐射直接被激活剂所吸收，或由基质晶格先吸收，再经过载流子迁移或能量传递将能量从基质晶格传递给激活剂。并最终产生一个被激发的，带电子的激活原子，然后这些电子退激发后跃迁回基态并发出光子。本发明铈掺杂硼酸盐闪烁晶体Li₆Lu_(1-x)Y_x(BO₃)₃属于非本征发光，Li₆Lu_(1-x)Y_x(BO₃)₃晶体本身不发光，铈作为激活剂。

中子具有很强的穿透力，可作为非损伤性探头，也可用来研究材料的性能；中子具有磁矩，可用来研究微观磁结构、磁波动，开发磁性材料；中子具有自旋,也可用于研究相干和不相干散射；热中子的能量与固体中的基本激励能量相似，可用于研究凝聚态物理；中子波长与原子间距相似，可用来研究结构灵敏度、10^-13到10^-14厘米的结构信息、晶体结构和原子间距；中子还对轻的原子核敏感，可用同位素替代和利用对比变量区分复杂分子结构。因此，中子在凝聚态物理、化学、材料科学、生物工程、核医学、核化学等基础和前沿领域的建设，在安全检测和工业无损检测，在基础研究、核能源开发以及与社会经济发展、人民生活健康息息相关的许多领域都起着至关重要的应用，并已经产生了巨大的经济与社会效益。

中子探测闪烁体主要利用中子与探测材料中的某些同位素反应释放出α粒子或γ射线进而激发闪烁体发光，进而探测中子。因此，中子探测闪烁材料必须具备两个基本条件：1)含有上述同位素的一种或几种，从而吸收热中子并把其能量转变为其它形式的电离辐射能；2)能够把辐射能转化为光。

Li₆Gd(BO₃)₃：Ce晶体是当前国际中子探测领域研究热点和前沿，具有良好的综合性能。然而Gd元素中的两种天然同位素¹⁵⁵Gd(自然丰度15％)和¹⁵⁷Gd(自然丰度16％)易与中子反应产生的γ射线和X射线在现有技术条件下无法与中子辐射背景中的γ射线和X射线分开，因此实际探测中子效率并不高。以Lu取代Gd,Ce:Li₆Lu(BO₃)₃晶体虽具有良好的闪烁性能,但该晶体由于含有原子序数很高的Lu³⁺离子,导致晶体的有效原子序数较高,使其对伽马射线敏感而对中子的敏感度较低,进而影响其n-γ甄别能力。

发明内容

本发明旨在进一步提高现有中子探测闪烁晶体的性能，本发明提供了一种铈掺杂稀土硼酸盐闪烁晶体及其制备方法。

本发明提供了一种铈掺杂稀土硼酸盐闪烁晶体，所述铈掺杂稀土硼酸盐闪烁晶体的组成化学式为Li₆Lu_(1-x-y)Y_xCe_y(BO₃)₃，其中，0＜x≤0.9999，y的取值范围为0.0001≤y≤0.1，且满足x+y<1。

较佳地，x的取值范围为0＜x≤0.4。

本发明提供了一种上述铈掺杂稀土硼酸盐闪烁晶体的制备方法，所述方法包括：

1)按所述铈掺杂稀土硼酸盐闪烁晶体的组成化学式，称量H₃BO₃或者B₂O₃、Lu₂O₃、Y₂O₃、Ce源、Li₂CO₃或者Li₂O混合后，压制成块状料，在600-750℃、中性或还原气氛下预烧结得到Li₆Lu_(1-x-y)Y_xCe_y(BO₃)₃多晶原料，其中，Ce源包括CeO₂、Ce(NO₃)₃和/或Ce；