一种复合结构光子晶体闪烁体的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种复合结构光子晶体闪烁体，由底部闪烁体(101)，布置于底部闪烁体(101)上的光子晶体层(102)和布置于光子晶体层(102)上的顶部闪烁体(103)构成，底部闪烁体(101)为BGO闪烁晶体或CsI:Tl闪烁晶体，顶部闪烁体(103)为塑料闪烁体。与现有技术相比，本发明通过光子晶体调控两种不同波长的闪烁体发光，实现两种闪烁体发光在空间角度上的分离，从而可以采用两套光电探测器分别采集来自伽马射线和中子的闪烁光，从而提升探测系统的甄别测量能力。
【专利说明】
一种复合结构光子晶体闪烁体
技术领域
[0001]本发明属于核辐射探测领域，尤其是涉及一种复合结构光子晶体闪烁体，通过光子晶体对两种不同发射波长的闪烁体的发光方向性的不同调控，实现两种闪烁体发光沿着不同的方向发射，在核辐射粒子甄别应用发挥作用。
【背景技术】
[0002]闪烁探测系统在核医学成像、核物理实验、高能物理实验、武器物理研究、天文物理和宇宙射线探测等领域具有重要的应用，是探测高能射线和粒子的重要方法。该系统中的核心功能材料是闪烁体，闪烁体的作用是吸收核辐射的能量并将其转换成可见光或近紫外光。闪烁体的性能强烈影响探测系统的探测能力。
[0003]在实际辐射测量应用中，经常遇到待测粒子由多种辐射粒子构成的复杂场，探测不同种类辐射粒子的方法属于粒子甄别测量，由于不同种类的辐射粒子往往都能引起闪烁发光，因此粒子甄别测量是辐射探测中的难点问题。例如很多情况下，放射性核素产生的辐射即包含伽马射线也包含了中子，有效的实现伽马/中子的甄别测量是研究核反应过程的必要条件。传统伽马/中子甄别测量可以利用两种闪烁体在不同粒子激发下衰减时间的不同来实现，但两种闪烁体发光在空间上的叠加导致了探测器布局上的困难，采集到的信号面临相互干扰的严重问题，因此难以提高粒子甄别测量的效率和精度。
[0004]中国专利CN105068106A公开了一种闪烁体光子晶体结构及其利记博彩app，用于解决现有闪烁体光输出效率低的技术问题。技术方案是闪烁体光子晶体结构包括闪烁体和光子晶体两部分，光子晶体由一系列成六角型或四边型周期性排列光子晶体微结构构成。光子晶体利记博彩app包括阳模板制作、阴模板制作、聚合物涂覆及固化、脱模处理等步骤。但是该专利中公开的光子晶体闪烁体只具有一种闪烁体成分，在伽马射线和中子激发下均会产生发光，所产生的发光具有相同的波长，在空间上不可区分，因此不能实现伽马/中子甄别测量。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高伽马/中子甄别测量的效率和精度的复合结构光子晶体闪烁体，通过光子晶体调控两种不同波长的闪烁体发光，实现两种闪烁体发光在空间角度上的分离，从而可以采用两套光电探测器分别采集来自伽马射线和中子的闪烁光，从而提升探测系统的甄别测量能力。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]—种复合结构光子晶体闪烁体，由底部闪烁体，布置于底部闪烁体上的光子晶体层和布置于光子晶体层上的顶部闪烁体构成，
[0008]所述的底部闪烁体为BGO闪烁晶体(发射波长峰值560nm)或Cs1:T1闪烁晶体(发射波长峰值500nm)，厚度为0.5-5mm。该层闪烁体负责伽马射线的吸收和探测，由于伽马射线有较强的穿透能力，必须采取毫米量级的厚度，并采用较高密度的无机晶体作为闪烁体。
[0009]所述的顶部闪烁体为塑料闪烁体，采用旋涂的方法制备。
[00?0]所述的底部闪烁体的厚度为0.5-5mm。
[0011]所述的顶部闪烁体由掺杂发光剂和移波剂的塑料基质构成，所述的发光剂、移波剂、塑料基质的重量比为a:a:100-2a，其中a的范围是1-3。
[0012]优选地，发光剂为对联三苯(C18H14)或PBD(C20Hi4N2O)，移波剂为POPOP(C20Hi4N2O2)或BBO(C24H18NO),塑料基质为聚甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯。
[0013]顶部闪烁体发光波长峰值为380-420nm，该层闪烁体负责中子的吸收和探测，由于塑料闪烁体中包含大量氢元素，与中子产生核反冲的截面大，易于阻止中子并吸收其能量，实现中子的有效探测。厚度为0.5-3μπι。该厚度可以有效吸收中子，但对于伽马射线的吸收几乎可以忽略。
[0014]光子晶体层控制底部闪烁体和顶部闪烁体沿不同方向发射，具体来说，光子晶体层控制底部闪烁体的方向沿着表面的法线方向，控制顶部闪烁体沿与法线呈40-60°夹角的方向。
[0015]光子晶体调控闪烁体发光的过程是波长依赖的，因此选择了两种发光波长具有显著差异的闪烁体，才有可能使得不同的发射波长的光沿着不同的方向发射，实现空间上的分离，有利于探测器的接收。
[0016]光子晶体层为三角孔状周期阵列结构，其孔状部位被顶部闪烁体填充。三角结构具有更高的对称性，制备完顶部闪烁体后其孔状部位被塑料闪烁体填充，光子晶体的高度为200-300nm，其值为半个闪烁光波长附近，具有显著的调控效果。
[0017]与现有技术相比，本发明为了实现有效的伽马/中子甄别测量，在结构设计中采用两种闪烁体，它们将分别响应伽马射线和中子，并产生相应的发光。这两种闪烁体产生的发光波长不同，在光子晶体的作用下，将向不同的空间角度上发射，实现两种发光的分离，在相应的角度上分别接收发光信号，即可实现伽马射线和中子的甄别测量，具有以下优点:
[0018](I)有两种不同的闪烁体分别吸收并探测伽马射线和中子，提高伽马/中子甄别测量的效率和精度；
[0019](2)通过光子晶体调控两种不同波长的闪烁体发光，两种闪烁体的光沿着不同的方向发射，可以在不同的方向上布置相应的探测器，实现伽马射线和中子的甄别测量。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的结构示意图的剖面图；
[0021 ]图2为实施例1的roTD模拟的样品色散关系；
[0022]图3为实施例1的X射线激发下样品的发射与角度依赖关系。
[0023 ]图中，11-底部闪烁体，102-光子晶体层，103-顶部闪烁体。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0025]实施例1
[0026]一种复合结构光子晶体闪烁体，其结构如图1所示，由底部闪烁体101，布置于底部闪烁体上的光子晶体层102和布置于光子晶体层102上的顶部闪烁体103构成。
[0027]本实施例中，底部闪烁体采用厚度为0.5mm的BGO闪烁体，发射波长峰值560nm，其折射率为2.15。顶部闪烁体为掺杂发光剂对联三苯(C18Hm)和移波剂POPOP的聚甲基苯乙烯，其重量比为I:1:98,厚度为0.5微米，其发光波长峰值为410nm，其折射率为1.58。光子晶体成分为固化的光刻胶PMMA，折射率1.49，结构为三角对称周期结构，周期为360nm，孔状直径为200nm，高度200nm。采用纳米压印技术制备，光刻胶结构固化后再共形沉积一层厚度为40nm的T12，其折射率为2.9，目的是为了增加折射率衬度，另外T12层非常致密，可以防止制备塑料闪烁体时有机溶剂与光刻胶结构发生化学反应破坏光子晶体的结构。该例的结构参数是经过H)TD模拟后得到的值，其色散关系如图2所示。我们可以看到，BGO发射光谱对应了法线方向的发射，即色散关系中的0°，而塑料闪烁体的发射光谱对应了与法线方向成50°的发射。
[0028]具体制备过程如下:采用面积为20mmX20mm，厚度为0.5mm的单晶BGO闪烁体，双面抛光。采用纳米压印技术在其表面制备光刻胶结构。首先利用商业购买的满足设计要求的硬膜板制备软模板，在光子晶体硬模板表面浇一层聚二甲基硅氧烷，等待聚二甲基硅氧烷自然展开并逐步固化后，将聚二甲基硅氧烷层与硬模板分开，得到具有硅光子晶体相对应的反式结构软模板。光子晶体结构的压制，在闪烁体表面旋涂一层光刻胶，将软模板有光子晶体结构的一面覆盖于光刻胶上并施加压力，采用紫外线将光刻胶固化。脱模，将软模板取下，粘附在闪烁体表面的光刻胶即完整地保持了设计的光子晶体结构。随后采用原子层沉积系统制备40nm厚的T12层，该层共形沉积于制备好的固化的光刻胶结构表面。塑料闪烁体的旋涂制备。将商业购买的成分为聚甲基苯乙烯中掺杂发光剂对联三苯(C18H14)和移波剂POPOP的塑料闪烁体溶解于甲苯中，并加入适当的胶黏剂，配置成胶体状物质，将该物质滴于制备好的结构表面，利用旋涂机按照2000r/min的速度旋涂2分钟，即可获得一定厚度的塑料闪烁膜，为了让有机溶剂尽快地挥发，将制备好的样品在红外灯下约90°C的温度下烘烤5分钟，即可获得厚度为0.5微米的塑料闪烁体层。由于塑料闪烁体的制备采用胶体旋涂的方法，其胶体具有一定的流动性，因此可以填充进光子晶体结构的孔洞之中。最终获得设计的结构性样品。
[0029]图3显示的是在X射线激发下，样品发射谱与角度的关系。结果表明BGO闪烁体的发光主要集中在法线方向附近，而塑料闪烁体发光在50°附近有显著的方向性，测试结果达到了设计要求。
[0030]实施例2
[0031]本实施例中的公开的复合结构光子晶体闪烁体，其结构与实施例1相同，底部闪烁体采用厚度为5mm的CsI = Tl闪烁体，发射波长峰值500nm，其折射率为1.82。顶部闪烁体采用掺杂发光剂对联三苯PBD和移波剂BBO的聚甲基苯乙烯，其重量比为3:3:94,厚度为3微米，其发光波长峰值为420nm，其折射率为1.58。光子晶体成分SiN，折射率1.49，结构为三角对称周期结构，周期为400nm，孔状直径为180nm，高度200nm。采用传统电子束刻蚀方法制备光子晶体结构。Cs1:T1发射光谱对应了法线方向的发射，即色散关系中的0°，而塑料闪烁体的发射光谱对应了与法线方向成60°的发射。
[0032]具体制备过程如下:采用面积为5_X5mm，厚度为5mm的单晶Cs1:T1闪烁体，双面抛光。采用纳米压印技术在其表面制备光刻胶结构。采用电子束刻蚀的方法制备相应光子晶体结构。将商业购买的成分为聚甲基苯乙烯中掺杂发光剂对联三苯PBD和移波剂BBO的塑料闪烁体溶解于甲苯中，并加入适当的胶黏剂，配置成胶体状物质，将该物质滴于制备好的结构表面，利用旋涂机按照4000r/min的速度旋涂2分钟，即可获得一定厚度的塑料闪烁膜，为了让有机溶剂尽快地挥发，将制备好的样品在红外灯下约90°C的温度下烘烤5分钟，即可获得厚度为3微米的塑料闪烁体层。
【主权项】
1.一种复合结构光子晶体闪烁体，其特征在于，由底部闪烁体(101)，布置于底部闪烁体(101)上的光子晶体层(102)和布置于光子晶体层(102)上的顶部闪烁体(103)构成， 所述的底部闪烁体(101)为BGO闪烁晶体或Cs1:T1闪烁晶体， 所述的顶部闪烁体(103)为塑料闪烁体。2.根据权利要求1所述的一种复合结构光子晶体闪烁体，其特征在于，所述的底部闪烁体(101)的厚度为0.5-5_。3.根据权利要求1所述的一种复合结构光子晶体闪烁体，其特征在于，所述的顶部闪烁体(13)由掺杂发光剂和移波剂的塑料基质构成，所述的发光剂、移波剂、塑料基质的重量比为a:a:100_2a，其中a的范围是1-3。4.根据权利要求3所述的一种复合结构光子晶体闪烁体，其特征在于， 所述的发光剂为对联三苯(Ci8Hw)或PBD (C20Hi4N2O)， 所述的移波剂为POPOP ( C2qHwN2O2 )或BBO ( GmH18NO)， 所述的塑料基质为聚甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯。5.根据权利要求1所述的一种复合结构光子晶体闪烁体，其特征在于，所述的光子晶体层(102)控制底部闪烁体(101)和顶部闪烁体(103)沿不同方向发射。6.根据权利要求5所述的一种复合结构光子晶体闪烁体，其特征在于，所述的光子晶体层(102)控制底部闪烁体(101)的方向沿着表面的法线方向。7.根据权利要求5所述的一种复合结构光子晶体闪烁体，其特征在于，所述的光子晶体层(102)控制顶部闪烁体(103)沿与法线呈40-60°夹角的方向。8.根据权利要求5-7中任一项所述的一种复合结构光子晶体闪烁体，其特征在于，所述的光子晶体层(102)为三角孔状周期阵列结构，其孔状部位被顶部闪烁体(103)填充。9.根据权利要求8所述的一种复合结构光子晶体闪烁体，其特征在于，所述的光子晶体层(102)的高度为半个闪烁光波长。
【文档编号】G01T1/20GK106094003SQ201610338660
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】刘波, 程传伟, 顾牡, 陈鸿, 刘金良, 陈亮, 欧阳晓平
【申请人】同济大学