專利名稱：一種閃爍—移波光纖及快中子轉換屏的制作方法
技術領域：
本發明屬于快中子成像領域，具體涉及一種基于移波(熒光)光纖和反射膜的快中子成像用高性能快中子探測用閃爍一移波光纖和基于閃爍一移波光纖制作的快中子轉換屏。
背景技術：
中子成像是一種新型的無損探測技術。由于中子不帶電，對物質具有很強的穿透性，可以用來測量大體積、高密度下的物體或材料的內部特征和信息。同時中子同某些輕元素如H、Li、Be有很大的反應截面，可以彌補普通探測方法在這些輕元素上不易探測的空白。目前中子成像已經廣泛應用于航天、軍工、核工業、建筑、考古學、醫學和生物學等領域。快中子轉換屏是快中子成像的重要部件。目前應用較廣的快中子轉換屏是基于有機材料和ZnS熒光粉的閃爍屏，它的發光效率較高，而且對γ射線靈敏度較低，是一種較優良的快中子閃爍屏。但由于無機閃爍體本身不透明，導致普通ZnS屏的有效厚度較薄，探測效率較低。在閃爍屏中加入移波(國內稱為熒光下同)光纖可大幅度提高閃爍屏的有效厚度，但厚度增加的同時引起了分辨率的降低。另一方面快中子閃爍屏無標準尺寸，不適于采用專門設備進行量產，不借助專門設備很難在閃爍屏中均勻分布移波光纖，而設計專門設備將大幅度提高成本，在目前沒有合適的工藝進行制作。
發明內容
為了克服快中子轉換屏探測效率、分辨率兼容和生產工藝的問題，本發明提出一種基于移波(熒光)光纖和反射膜的中子成像、高性能快中子探測用閃爍-移波光纖，可以提高快中子探測效率和分辨率。同時本發明提供的工藝方法可以實現工業化量產，滿足不同需求的中子照相用。本發明的技術方案為一種閃爍-移波光纖，其特征在于由內向外依次包括芯層、覆層和反射膜，其中芯層為移波光纖，覆層為摻雜熒光粉的含氫有機物質，芯層的移波光纖能夠吸收覆層熒光粉發出的光，并發射次級光子。進一步的，所述覆層中含氫有機物與熒光粉的質量比的取值范圍為1 1 9 1。進一步的，所述覆層中含氫有機物與熒光粉的質量比為1 1。進一步的，所述覆層為摻雜熒光粉的高含氫有機物質。進一步的，所述反射膜為鋁膜。進一步的，所述芯層的直徑為光纖總直徑的1/4 3/4。一種快中子轉換屏，其特征在于包括若干段如權利要求1 6任一所述的光纖，若干段長度相等的所述光纖排列后的光纖端面構成屏面。進一步的，所述光纖的長度取值范圍為5mm 50mm。
進一步的，若干段所述光纖通過粘合方式排列在一起。進一步的，其中一所述屏面上覆蓋或粘合一層反射膜。進一步的，所述反射膜為鋁膜。本發明的快中子探測用閃爍——移波光纖(以下簡稱閃爍——移波光纖)，包括三層，從內到外分別為移波(熒光)光纖、摻雜熒光粉的高含氫有機物質、反射膜。閃爍——移波光纖在提高快中子轉換屏性能的同時，可以實現量產。加工方法與普通覆層光纖相似，芯層為移波(熒光)光纖，覆層為摻雜熒光粉的高含氫有機物質，最外層為反射膜。 應用時可根據不同的需要，將閃爍——移波光纖截成合適長度并排列成屏即可。本發明的具體物理機制快中子從閃爍——移波光纖端面入射，與覆層內的含氫有機物發生核反應，發射反沖質子。反沖質子激發摻雜在含氫有機物內的熒光粉使之發光， 產生初級光子。初級光子在覆層內經過多次散射后進入芯層的移波(熒光)光纖，被芯層中的熒光物質吸收并發出次級光子，次級光子中的一部分滿足全反射可以傳輸到端面；其中初級光子即初次產生的光子，是指反沖質子激發熒光物質內的原子，躍遷后釋放的光子； 初級光子被芯層吸收，要求覆層熒光粉的發射光譜范圍，要和芯層的熒光物質的吸收光譜波長范圍部分重疊；次級光子是指初級光子被移波光纖芯層的熒光物質吸收后熒光物質發射的光子。最外層的反射膜既可以使更多的光子進入芯層的移波(熒光)光纖；同時又保證所有的光子都在閃爍——移波光纖里面，提高了閃爍——移波光纖的分辨率。與現有技術相比，本發明的有益效果是1)由于屏的厚度可大幅度增加，快中子探測效率可以比普通ZnS屏提高十倍以上；2)外層的反射膜既可增強轉換屏發光強度，同時又有效提高了轉換屏的分辨率；3)生成工藝成熟，可以實現商業化量產。
圖1快中子探測用閃爍——移波光纖結構示意圖；圖2利用快中子探測用閃爍——移波光纖做成的快中子轉換屏俯視圖；圖3利用快中子探測用閃爍——移波光纖做成的快中子轉換屏主視圖；1-芯層移波(熒光)光纖；2-覆層高含氫有機物；3-覆層焚光粉；4-外層反射膜。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進一步詳細描述。圖1為快中子探測用閃爍——移波光纖，芯層1為移波(熒光)光纖，覆層為摻雜熒光粉3的高含氫有機物質2，最外層為反射膜4。根據分辨率的需求，芯層1的移波(熒光)光纖的直徑為閃爍——移波光纖總直徑的1/4 3/4，一般選0. 25 Imm ；覆層中高含氫有機物2和熒光粉3質量比范圍為1 1 9 1，或者說熒光粉的質量摻入比為10% 50%，一般選1 1 ；所鍍外層反射膜4可以是鋁膜。快中子探測用閃爍——移波光纖的直徑決定快中子轉換屏的分辨率。根據實際需求，將圖1中的快中子探測用閃爍——移波光纖截成一定的長度拼接成屏，長度即代表最終快中子轉換屏的厚度。根據需要探測的物體厚度，長度取值范圍為5mm 50mm。在圖2所示實施例中，假如我們要求分辨率為1mm，那么采用的快中子探測用閃爍——移波光纖的直徑為1mm，圖中我們采用5*8 = 40根快中子探測用閃爍——移波光纖做成了快中子轉換屏， 屏的大小為5mm*8mm。根據實際需要，選取不同直徑，不同排列方式可以制作適應不同要求的快中子轉換屏。圖3為圖2中制作的快中子轉換屏的主視圖。使用快中子轉換屏時，快中子從閃爍——移波光纖一端正入射，另一側便可采用光學耦合系統記錄發光強度。為了提高光強，可以在入射端面加上一層反射膜，即在排列好的轉換屏端面覆蓋或粘合一層鋁膜即可。
權利要求
1.一種閃爍-移波光纖，其特征在于由內向外依次包括芯層、覆層和反射膜，其中芯層為移波光纖，覆層為摻雜熒光粉的含氫有機物質，芯層的移波光纖能夠吸收覆層熒光粉發出的光，并發射次級光子。
2.如權利要求1所述的光纖，其特征在于所述覆層中含氫有機物與熒光粉的質量比的取值范圍為1 1 9 1。
3.如權利要求2所述的光纖，其特征在于所述覆層中含氫有機物與熒光粉的質量比為 1 I0
4.如權利要求1或2或3所述的光纖，其特征在于所述覆層為摻雜熒光粉的高含氫有機物質。
5.如權利要求4所述的光纖，其特征在于所述反射膜為鋁膜。
6.如權利要求4所述的光纖，其特征在于所述芯層的直徑為光纖總直徑的1/4 3/4。
7.一種快中子轉換屏，其特征在于包括若干段如權利要求1 6任一所述的光纖，若干段長度相等的所述光纖排列后的光纖端面構成屏面。
8.如權利要求7所述的轉換屏，其特征在于所述光纖的長度取值范圍為5mm 50mm。
9.如權利要求7或8所述的轉換屏，其特征在于若干段所述光纖通過粘合方式排列在一起。
10.如權利要求7或8所述的轉換屏，其特征在于其中一所述屏面上覆蓋或粘合一層反射膜。
11.如權利要求10所述的轉換屏，其特征在于所述反射膜為鋁膜。
全文摘要
本發明公開了一種閃爍-移波光纖及快中子轉換屏，屬于快中子成像領域。本發明的光纖由內向外依次包括芯層、覆層和反射膜，其中芯層為移波光纖，覆層為摻雜熒光粉的含氫有機物質，芯層的移波光纖能夠吸收覆層熒光粉發出的光，并發射次級光子。本發明的快中子轉換屏通過將若干段長度相等的光纖排列后的光纖端面構成屏面。與現有技術相比，本發明的轉換屏厚度可大幅度增加，快中子探測效率可以比普通ZnS屏提高十倍以上；外層的反射膜既可增強轉換屏發光強度，同時又有效提高了轉換屏的分辨率，且生成工藝成熟，可以實現商業化量產。
文檔編號G02B6/02GK102183812SQ20111004221
公開日2011年9月14日 申請日期2011年2月21日 優先權日2011年2月21日
發明者劉樹全, 唐國有, 鄒宇斌 申請人:北京大學