[发明专利]一种闪烁晶体阵列抗辐照加固结构及抗辐照加固方法

说明书

本发明公开了一种闪烁晶体阵列抗辐照加固结构，在闪烁晶体阵列外表面包覆有中子吸收层，中子吸收层将闪烁晶体阵列除出光面的其余面包覆，在中子吸收层外表面包覆有中子慢化层，中子慢化层将中子吸收层外表面包覆；并公开了闪烁晶体阵列抗辐照加固方法，该方法从闪烁晶体阵列中子的屏蔽、闪烁晶体阵列中晶条抗X/γ辐照加固、闪烁晶体阵列中反射层材料抗X/γ辐照加固三方面对闪烁晶体阵列进行抗辐照加固，可实现抗X/γ累计辐射剂量≥10⁴Gy，抗中子辐照通量≥10⁶/cm²，辐照剂量范围内光输出、能量分辨率、衰减时间、透过率降低值＜5%。

技术领域

本发明涉及核辐射探测中闪烁晶体技术领域，具体涉及一种闪烁晶体阵列抗辐照加固结构及抗辐照加固方法。

背景技术

闪烁晶体阵列是核辐射成像探测器的核心部件之一，是由多个独立的晶体按照一定的方式排列组合成一个二维像素，具有射线位置分辨能力，能够接收入射的X、γ等射线，发射出闪烁光。闪烁晶体阵列目前已经广泛应用于核医疗、天体物理、高能物理、核安全、核反恐、国防军事等领域，用于对X/γ射线进行成像。但是有的应用环境极其复杂和严酷，比较常见的是伽马射线和中子的混合场辐射场，X/γ强辐射会导致闪烁晶体阵列内部结构被破坏，影响发光效率和光输出，同时中子会与闪烁晶体阵列产生活化、核反应、位移反应等，会导致闪烁晶体阵列内部结构被破坏并产生放射性本底，进而影响核辐射成像探测器的信噪比，最终影响辐射成像探测系统的功能。

现有的闪烁晶体阵列抗辐照加固的方法报道很少，当闪烁晶体阵列被辐照后性能降低，主要采用替换新的闪烁晶体阵列来保证辐射成像探测系统的性能，存在成本高且替换复杂的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明目的之一是：提供一种具有良好抗X/γ辐照抗性的闪烁晶体阵列的抗辐照加固结构，以便增加闪烁晶体阵列的质量和使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种闪烁晶体阵列抗辐照加固结构，在闪烁晶体阵列外表面包覆有中子吸收层，所述中子吸收层将闪烁晶体阵列除出光面的其余面包覆，在中子吸收层外表面包覆有中子慢化层，所述中子慢化层将中子吸收层外表面包覆。

进一步，根据不断的优化，所述中子吸收层材料为硼（¹⁰B）、锂（⁶Li）中的任意一种；所述中子吸收层厚度为5mm-10mm；经验证上述材料均具有很大的中子吸收截面，同时对X/γ射线基本不吸收。

进一步，所述中子慢化层材料为石蜡、水、石墨、聚乙烯、聚乙烯醇-聚乙烯中的任意一种；所述中子慢化层厚度为10mm-20mm；经验证上述材料对中子慢化能力很强，同时对X/γ射线基本不吸收。

进一步，所述闪烁晶体阵列由若干呈矩阵状布置的晶条以及将每根所述晶条除出光面的其余面包覆的反射层构成，所有晶条对应的反射层一体成型；所述出光面为所述晶条的顶部面或底部面。

更优的，所述晶条为GAGG闪烁晶体；所述晶条表面粗糙度≤10nm；所述晶条之间反射层的厚度为0.05mm-0.5mm。

作为一种优选，所述晶条之间反射层的厚度为0.1mm-0.3mm。

进一步，通过选择不同的高反射率材料和粘合剂的组合，选择最佳反射层材料。

所述反射层由氧化镁、硫酸钡、二氧化钛、ESR膜、Teflon中任意一种和环氧树脂胶组成；所述反射层中各原料纯度为99.9%以上、粒径为50nm-200nm、反射效率大于80%。

更优的，所述反射层由二氧化钛粉末和环氧树脂胶混合而成；所述二氧化钛粉末和环氧树脂胶质量比为1：0.6-1：0.8。

本发明目的之二是：提供一种闪烁晶体阵列的抗辐照加固方法；该方法将一般闪烁晶体进行优化加固，具有更强的抗X/γ辐照以及更好的中子吸收。