[发明专利]一种应用于高分辨中子成像探测器的GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏及其制备方法

说明书

一种应用于高分辨中子成像探测器的GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏及其制备方法。该GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏包括：基底、反射层薄膜以及厚度为微米级别的GOS:Tb透明陶瓷。本申请通过将GOS:Tb透明陶瓷封装在镀有反射层薄膜的刚性基底上，制得所述GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏。该GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏具有厚度薄、透明度高、形成闪烁体光斑小的特点，将其应用在中子成像探测器时，能在保证高分辨的前提下有效提高光产额，进而提高中子成像的空间分辨率。

技术领域

本发明涉及中子探测器领域，具体涉及一种应用于高分辨中子成像探测器的GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏及其制备方法。

背景技术

中子成像是一种新型的无损检测技术，其具有可探测H、He等轻元素、能穿透重金属板探测内部信息以及可分辨同位素等优点。同X射线成像类似，中子成像同样需要闪烁材料将中子信号转换为光信号。常用的中子成像闪烁材料主要为含有高中子吸收截面或高光输出的核素，如⁶Li、¹⁰B、¹¹³Cd、¹⁵⁵Gd和¹⁵⁷Gd。传统的中子成像用闪烁体是⁶LiF/ZnS:Ag闪烁体，但是其内产生的光斑尺寸限制了探测器的空间分辨率，影响最终的成像质量。

相比于此，Gd₂O₂S:Tb(GOS:Tb)材料具有明显的优势，如其具有较大的中子吸收截面(¹⁵⁷Gd的热中子吸收截面为255,000barn)；Gd₂O₂S:Tb闪烁体的本征转换率高(～20％)，具有优异的光输出性能；Tb³⁺在545nm(绿光)左右的特征发射峰与探测器匹配性良好等，这使得GOS:Tb材料的空间分辨率高，可以作为新一代闪烁体替代材料，但其光产额较低，比⁶LiF/ZnS:Ag闪烁体低两个量级。当前GOS闪烁屏(又称闪烁体)的应用形式仍然停留在粉体闪烁屏，粉体结构加重了光产额低的劣势。

如2015年瑞士国家实验室保罗谢勒研究所(PSI)在Si基质上涂敷GOS:Tb粉体层(厚约3.8μm)，实现了7.6μm的分辨率。PSI制作工艺是将GOS:Tb晶体粉体和粘结剂混合，并涂抹粘合在铝基底上，采用这种工艺所制备出的闪烁体厚度可以达到微米级别，但由于该制作工艺是直接用GOS:Tb颗粒粉刷制作GOS:Tb粉体闪烁屏，该闪烁屏的微观结构还是颗粒状的，因此闪烁屏自身是不透明的。中子激发的闪烁光在向外传播时，会受到闪烁体颗粒边界、气泡和缺陷的散射和吸收，使光斑尺寸变大(如图2左图所示)、使光产额更低，导致GOS:Tb闪烁体的优势无法完全发挥出来。

因此，现有技术还有待发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于高分辨中子成像探测器的GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏及其制备方法，用以解决现有技术中粉体闪烁屏光产额低且闪烁光斑大的问题。

根据第一方面，本申请提供一种应用于高分辨中子成像探测器的GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏，其由下至上依次包括：基底、反射层薄膜以及GOS:Tb透明陶瓷；所述GOS:Tb透明陶瓷的厚度为微米级别。需要说明的是，本申请中所述GOS:Tb透明陶瓷由铽离子(Tb³⁺)掺杂的GOS:Tb粉体(即掺铽硫氧化钆粉体)制备而成。铽离子的掺杂可以是以铽的化合物形式加入至硫氧化钆(简称GOS)中，而硫氧化钆可以是通过钆的化合物以及硫的化合物进行制备。

本申请所述GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏主要应用在中子成像探测器(简称探测器)中，尤其是应用在高分辨中子成像探测器中。这里的“高分辨”是指微米级别的分辨率。微米级高分辨的中子成像探测器要求GOS:Tb透明陶瓷(闪烁体的主体结构)的厚度也在微米级别。与GOS:Tb粉体闪烁屏相比，本申请所述GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏可以有效确保发光辐射的高透过率，在转换高能辐射时可以获得较高的光产额，同时能有效减小GOS:Tb透明陶瓷闪烁屏上形成的光斑尺寸，以实现超高的空间分辨。