一種新結構閃爍晶體射線探測頭的製作方法

2023-10-31 13:16:02 2

一種新結構閃爍晶體射線探測頭的製作方法
【專利摘要】一種新結構閃爍晶體射線探測頭，包括由平面石英玻璃、底座構成的封裝外殼和安裝在封裝外殼中的閃爍晶體，閃爍晶體加工成六面拋光的六方體，並在射線入射面和四個側面鍍制疏水全反射膜，減少螢光從非出光面的洩漏的同時防止微量水氣對晶體的侵蝕，石英玻璃一面與晶體通過光膠鍵合或高折射矽凝膠粘結粘結在一起，減少螢光穿越石英玻璃時由於不同界面折射率差異導致的光損耗，石英玻璃另一面鍍制增透膜提高螢光透光率；探測頭表面粘結稜鏡增亮膜（BEF）將發散光聚攏在70°範圍內出射，增加130%正視的亮度。採用本實用新型的射線探測頭可以防止閃爍晶體潮解失效的同時大幅度提高探測頭的整體螢光輸出效率，封裝工藝簡單，適合規模化生產。
【專利說明】一種新結構閃爍晶體射線探測頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及射線探測器領域，特別涉及一種新結構閃爍晶體射線探測頭。
【背景技術】
[0002]閃爍晶體可以做成探測器，閃爍晶體探測器在高能物理、核物理、影像核醫學診斷(XCT、PET)、地質勘探、天文空間物理學以及安全稽查等領域中有著巨大的應用前景。隨著核科學技術以及其它相關技術的飛速發展，其應用領域在不斷的拓寬。不同應用領域對無機閃爍體也提出了更多更高的要求。傳統的NaI (Tl) ,BGO等閃爍晶體探測器已經無法滿足新的應用領域的特殊要求。
[0003]摻鈰溴化鑭(LaBrf:Ce)自1999年被發現後，由於其優異的閃爍性能掀起了研究研究的熱潮。摻鈰溴化鑭光輸出可達78000Ph/MeV，其衰減時間快達30ns，其密度為5.1g/cm3，對高能射線的吸收能力明顯強於Na1: Tl晶體，且其環境汙染的風險遠遠小於Na1: Tl，因此LaBr3: Ce晶體目前已成為光輸出高、衰減快閃爍晶體的代表，該晶體有望全面取代NaIiTl晶體，從而在醫療儀器、安全檢查和油井探測等領域得到廣泛使用。但LaBr3:Ce晶體生長困難，組份嚴重揮發，且非常容易和氧、水反應；且晶體非常容易開裂。因此LaBr3:Ce晶體的產率很低，大尺寸晶體生長尤為困難，價格也極其昂貴，並且摻鈰滷化鑭晶體具有極易潮解的物化特性，如果探頭不具有較好的密封性極易導致器件失效，同時傳統的射線探測器探頭由於封裝結構設計原因導致整體螢光輸出效率偏低。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是克服現有技術的缺點，提供一種新結構的摻鈰滷化鑭閃爍晶體射線探測頭，該方法可以在同等條件下大幅度提高探測頭的整體螢光輸出效率。
[0005]本發明通過以下技術手段實現:
[0006]一種新結構閃爍晶體射線探測頭，包括由平面石英玻璃、底座構成的封裝外殼和安裝在封裝外殼中的閃爍晶體，將所述閃爍晶體射線入射面、螢光發射面和側面拋光，並在射線入射面和側面鍍制寬譜全反射膜，所述寬譜全反射膜的透光波段為360nm?600nm，所述寬譜全反射膜具有疏水性，可以隔絕外界水汽，所述閃爍晶體也可以加工成圓柱體或圓錐體，所述平面石英玻璃一面與晶體通過光膠鍵合或高折射密封膠粘結在一起，另一面鍍制與發射螢光相同波段的增透膜，所述平面石英玻璃與底座通過密封膠緊密粘結，所述石英玻璃表面粘結有稜鏡增亮膜(BEF)，其表面為數十微米左右高度的微三稜鏡結構，所述稜鏡增亮膜可以將原先大視角的發散光，聚攏在70°範圍內出射。
[0007]採用本發明的一種新結構閃爍晶體射線探測頭，可以防止閃爍晶體潮解失效的同時大幅度提高探測頭的整體螢光輸出效率，封裝工藝簡單，適合規模化生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖為本發明的一種新結構閃爍晶體射線探測頭的結構示意圖。其中101為增亮膜，102為石英玻璃，103為底座，104為晶體
【具體實施方式】
[0009]實施例一:
[0010]以摻鈰溴化鑭晶體為例:
[0011](I)晶體加工
[0012]首選是切割工序。利用內圓切割機，將摻鈰溴化鑭晶體毛坯切割成為一塊六方體器件，尺寸為25mmX 25mmX 30mm。在切割過程中始終保持切割油覆蓋在晶體毛坯上，避免切割過程中，空氣裡頭的水分對晶體的腐蝕。切割油是由水含量小於IOppm的矽油構成。
[0013]然後是拋光工序。利用變頻調速二軸手拋機對晶體進行六面拋光。採用浙青材料作為拋光碟，米用超細氧化鋪作為拋光粉，米用水含量小於IOppm娃油為拋光試劑。利用大功率去溼機，在拋光過程中始終保持室內的溼度小於20%，避免拋光過程中，空氣裡頭的水分對晶體的腐蝕。
[0014]最後是鍍膜工序。在射線入射面和四個側面鍍制全反射膜，形成一個導光通道，最大限度的減少螢光從非出光面的洩漏，同時晶體六面鍍制的膜層可以有效隔絕通過鋁殼與石英玻璃粘結層洩漏到探測使中的微量水氣對晶體的侵蝕。採用設備為具有冷凝泵系統和行星轉動裝置的美國VEECO鍍膜機，採用離子束濺射蒸發材料，採取石英晶體膜厚控制儀STC — 200控制蒸發速率和膜厚。使用酒精和乙醚的混合液在要鍍制晶體表面擦拭，要求沒有點子，劃痕，無擦痕，表面擦拭後質量S/D做到20/10。膜層的膜系設計為「晶體/Al2O3/Al/Al203/Si02/空氣」，各個膜層的厚度分別是30nm/80nm/60nm/50nm，最終反射膜的反射率R>95%i (360nm ?600nm)。
[0015](2)晶體封裝
[0016]首選是製備探測頭外殼，加工出尺寸為30mmX30mmX Imm的石英片，雙面拋光,在石英片一面鍍製備360nm?420nm波段的增透膜，膜層的膜系設計為「玻璃/MgF2/Si02/空氣」，各個膜層的厚度分別是30nm/50nm，透光率>98%@ (360nm?450nm)。加工出鋁製的底座，底座如圖所示，為一開口的六方殼，外部尺寸為30mmX30mmX31.5mm，側面壁厚為2mm，底部壁厚為1_，鋁殼內外各個面進行拉亮處理，同時將鋁殼靠近石英窗口片的部位磨砂，便於石英片與鋁殼的粘結緊密。
[0017]其次是晶體與石英片窗口片的粘結。將石英窗口片未鍍膜的一面與晶體通過光膠鍵合或高折射矽凝膠粘結在一起，把晶體在粘結石英窗口片的中央位置，確保晶體的4個邊緣距離對應的石英片邊緣大於2mm。
[0018]最後是石英片窗口片與鋁殼的粘結。在晶體的四個側面和底部纏繞白色聚四氟乙烯帶，作為晶體與鋁殼之間的緩衝。將晶體裝入鋁殼中，然後採用紫外固化膠將石英片窗口片與招殼的粘結在一起，然後在紫外燈下照射2h,保證I父水的固化完全。
[0019](3)晶體探測頭輸出發散螢光的聚攏。
[0020]於石英玻璃表面粘結稜鏡增亮膜(BEF)，利用其表面為數十微米左右高度的微三稜鏡結構，是將原先大視角的發散光，聚攏在70°範圍內出射，增加越130%正視的亮度。
【權利要求】
1.一種新結構閃爍晶體射線探測頭，包括由平面石英玻璃、底座構成的封裝外殼和安裝在封裝外殼中的閃爍晶體，其特徵在於:所述閃爍晶體將射線入射面、螢光出射面和側面拋光，並在射線入射面和側面鍍制寬譜全反射膜。
2.根據權利要求1所述的新結構閃爍晶體射線探測頭，其特徵在於:所述寬譜全反射膜的透光波段為360nm?600nm。
3.根據權利要求1所述的新結構閃爍晶體射線探測頭，其特徵在於:所述寬譜全反射膜具有疏水性，可以隔絕外界水汽。
4.根據權利要求1所述的新結構閃爍晶體射線探測頭，其特徵在於:所述閃爍晶體可以加工成六方體、圓柱體或圓錐體，所述底座開槽形狀與晶體相同。
5.根據權利要求1所述的新結構閃爍晶體射線探測頭，特徵在於:所述平面石英玻璃一面與晶體通過光膠鍵合或高折射密封膠粘結在一起，另一面鍍制與發射螢光相同波段的增透膜。
6.根據權利要求1所述的新結構閃爍晶體射線探測頭，其特徵在於:所述平面石英玻璃與底座通過密封膠緊密粘結。
7.根據權利要求1所述的新結構閃爍晶體射線探測頭，特徵在於:所述石英玻璃表面粘結有稜鏡增亮膜(BEF)，其表面為數十微米左右高度的微三稜鏡結構。
【文檔編號】G01T7/00GK203705648SQ201420037866
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】吳少凡 申請人:中國科學院福建物質結構研究所