有机掺杂铅锡氟磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法

摘要

本发明公开了一种有机掺杂铅锡氟磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法，其组成及组成的摩尔比为：52.2SnF2·10.5SnO·5.1PbF2·32.1NH4H2PO4·0.089芪420 ·0.066p－TP，制备方法如下：将SnF2、SnO、PbF2、NH4H2PO4原料混合并研磨均匀后，加入到坩埚中放在炉中熔化处理，当无大量白烟冒出时加入芪420，并加盖水平摇匀，加入p－TP并摇匀，将坩埚置于真空干燥箱中保温后取出坩埚。将熔体模具中，模具冷却至室温即获得透明的亚纳秒级超快p－TP和芪420双掺PTFP闪烁玻璃。本发明所采用的一步熔融法具有操作简单、方便、降低成本、提高闪烁玻璃透射率等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种闪烁玻璃及其制备方法，尤其涉及一种有机掺杂铅锡氟磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法。

背景技术

随着高能物理、核物理和核技术应用的快速发展，常用无机闪烁晶体将难以满足超高计数率测量中的需要，为此近年来各国正在积极开展新型超快闪烁体的研究。结合有机闪烁体的超快衰减时间、高光输出和无机闪烁玻璃的高密度、良好抗辐照损伤的优点，以获得新型超快闪烁玻璃，这是目前闪烁材料制备领域的一个研究热点。例如，1994年美国Lawrence Livermore国家实验室的C.Smith等人在Mat.Res.Soc.Proc.，1994，Vol.348，P209上发表的文章是以低熔点的铅-锡-氟磷酸盐(PTFP)为基质，掺杂芪、POPOP、芪420等有机激活剂，使用敞口玻璃碳坩埚，通过一步熔融法制备出有机—机复合闪烁玻璃。这些玻璃具有极快的发光衰减速度(小于1ns)，但发光较弱。国内西北工业大学赵宏生等人在Nucl.Instr.and Meth.A，2000，Vol.448，P550和西北工业大学学报，2000，Vol.18，No.2，P225上发表的文章是使用敞口陶瓷坩埚，通过两步熔融法也相继研制出一些有机激活剂(如p-TP、p-QP和POPOP等)掺杂的PTFP有机—无机复合玻璃。但其衰减时间约5ns，表现出微弱发光特性。

迄今为止，国内还没有关于衰减时间在亚纳秒级的有机掺杂超快闪烁玻璃制备的报道。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种有机掺杂铅锡氟磷酸盐闪烁玻璃；

本发明的另一个目的在于提供这种闪烁玻璃的制备方法。

本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：

为了获得衰减时间在亚纳秒级的超快闪烁材料，本发明采用对三联苯(p-TP)和芪420双掺制备PTFP(铅锡氟磷酸盐)超快闪烁玻璃。所制备出的玻璃衰减时间达到0.48ns，在发光衰减时间上优于目前最快的常用无机闪烁体——BaF₂晶体(其发光快、成份衰减时间为0.6ns)。且该种玻璃的密度高(大于4g/cm³)，化学稳定性好。

选用分析纯的p-TP和芪420为掺杂剂，分析纯的SnF₂、SnO、PbF₂、NH₄H₂PO₄为制备PTFP基质玻璃的原料，各种成份的摩尔比为：52.2SnF₂·10.5SnO·5.1PbF₂·32.1NH₄H₂PO₄·0.089芪420·0.066p-TP，采用加盖一步熔融法制备出亚纳秒级的超快闪烁玻璃。

制备方法如下：按上述给定摩尔比的SnF₂、SnO、PbF₂、NH₄H₂PO₄原料混合并研磨均匀。先将镀膜高纯石墨坩埚在300～350℃的温度下预热10～15分钟，再让坩埚自然冷却到室温之后。将经过干燥处理的研磨料加入到坩埚中，坩埚置于400℃的炉中熔化处理0.5～1小时。从炉中取出坩埚，打开坩埚盖，当无大量白烟冒出时加入芪420，并加盖水平摇匀，然后将坩埚置于245℃的干燥箱中恒温处理5～20分钟。再次从炉中取出坩埚，加入p-TP并摇匀，将坩埚置于245℃的真空干燥箱中，保温3～5分钟后取出坩埚。将熔体注入60℃保温的铜模具中，待熔体凝固后送入60℃烘箱中保温10分钟，将模具冷却至室温，获得透明的亚纳秒级超快p-TP和芪420双掺PTFP闪烁玻璃。

采用本发明所制备出的玻璃，在γ射线激发下相对光输出约为塑料闪烁体ST401的0.9％；在发光衰减速率方面，此种玻璃的衰减时间为达到0.48ns，优于目前最快的常用无机闪烁体

BaF₂晶体(其发光快成份衰减时间为0.6ns)。同时该种玻璃还具有熔融温度低、密度高(大于4g/cm³)，以及良好的光学性能和化学稳定性等一系列优点。因此这种p-TP和芪420双掺PTFP玻璃特别适用于高能物理、核物理和核技术等领域的大辐照剂量、超高计数率中的测量。

在制备工艺方面，采用加盖镀膜高纯石墨坩埚，通过一步熔融法制备出亚纳秒级超快p-TP和芪420双掺PTFP闪烁玻璃。所采用的一步熔融法具有操作简单、方便的优点。闪烁玻璃熔制过程中进行真空保温，提高了玻璃在紫外—可见区的透射率。使用加盖坩埚，便于减少玻璃熔制过程中的组份挥发，还可以将NH₄H₂PO₄加热分解产生的氨作为玻璃熔制过程中的还原性保护气体，以减少熔制过程中因氧化生成的黑色SnO和黄色PbO，达到提高闪烁玻璃透射率的目的。所采用的镀膜高纯石墨坩埚，有利于增加石墨坩埚的致密性，避免坩埚壁上的石墨脱落而引入的杂质；由于PTFP玻璃中的氟和磷对坩埚的腐蚀作用极强，相对于玻璃碳坩埚来说，石墨坩埚更便宜，因而可以降低玻璃的制备成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例进进一步说明本文明是如何实现的：

实施例

所用原料为分析纯的SnF₂、SnO、PbF₂、NH₄H₂PO₄、芪420和p-TP，按摩尔比52.2SnF₂·10.5SnO·5.1PbF₂·32.1NH₄H₂PO₄称取各组元，使其总重量约为15克。

将原料混合并研磨均匀。先将镀膜高纯石墨坩埚在300℃的温度下预热10分钟左右，再让坩埚自然冷却到室温之后。将经过干燥处理的研磨料加入到坩埚中，坩埚置于400℃的炉中熔化处理45分钟。从炉中取出坩埚，打开坩埚盖，当无大量白烟冒出时加入0.5毫克的芪420，并加盖水平摇匀，然后将坩埚置于245℃的干燥箱中恒温处理10分钟。再次从炉中取出坩埚，加入24毫克的p-TP并摇匀，将坩埚置于245℃的真空干燥箱中，保温3分钟后取出坩埚。将熔体注入60℃保温的铜模具中，待熔体凝固后送入60℃烘箱中保温10分钟，将模具冷却至室温，得到透明的亚纳秒级超快p-TP和芪420双掺PTFP闪烁玻璃。