[0027]在此示出用于具有能量En = 0.0 25eV的热中子的反应截面σ的值。
[0028]第二阶段基于闪烁过程，该闪烁过程基于与闪烁材料21相互作用的带电粒子而发 生。运动穿过闪烁材料，带电粒子经历了因电离所致的能力损失。当激子(即，电子_空穴对） 在闪烁的发光中心激发时，部分损失的能量被转换成所发射的可见光。所发射的可见光在 诸如光电倍增管(PMT)的光电探测器23的光学窗22处收集，其将所发射的可见光信号转换 成电压/电流的脉冲。具有中子相互作用材料20和闪烁材料21的组合的材料可以被称为中 子探测器材料30。
[0029]闪烁的产率取决于有助于闪烁的不同过程的产率。闪烁的光产率Y被定义为基于 每单位由介质中的电离辐射产生的能量，由闪烁器发射的光量子的量。其由反映物理过程 的正规方程定义，该物理过程涉及闪烁产生。
[0031]这里，
部分具有介质的转换性质的特征，其中，β ^Eg是在具有宽度SEg的禁 区的介质中形成一对热能化电子-空穴对所需的平均能量，Ep是由所产生粒子与介质的相 互作用产生的吸收能量。参数S定义为能量由热能化转移到发光中心的激发态的效率，Q是 中心内发光的量子产率。
[0032] 氚核-粒子3H(2.75MeV)和α-粒子4He(2.05MeV)，其产生于与6Li同位素相互作用， 由于电离在介质中丧失其能量。如果介质的密度非常高，那么粒子的路径长度很短，诸如在 几微米的水平。这使得介质的小区域中电离的高密度导致闪烁的小输出。因此，含锂的介质 必须包含尽可能大量的轻原子以提供尽可能长的粒子路径。图3示出3H和4He核子的平均路 径长度与介质的原子数目的相关性。为了通过产生带电粒子提供介质的最大面积的激发， 该介质应当含有除锂外的其他轻原子，诸如选自元素周期表中的第二和第三周期。这些要 求与闪烁介质探测γ (光子)-量子的要求是相反的。轻元素可以形成多种结晶和无定形化 合物，其在υν和可见光范围内可以是透明的。
[0033] 结晶化合物，单结晶和多结晶更适合构建高光产率闪烁材料。结晶介质中的闪烁 过程有几个阶段，提供了热电子的弛豫和当（多个)带电粒子与闪烁材料21相互作用时形成 空穴激发态。由于其能量的电离损失，"热"载体沿带电粒子的轨迹产生。术语"热"涉及具有 其能量增加的电子或空穴。图4中示出了表明当闪烁材料掺杂(或被激活)有Ce(称为闪烁原 子)时，这种"热"载体的弛豫的方案。在第一阶段(倍增阶段）中，发生非弹性电子散射和电 子及空穴倍增（即，使用远高于闪烁材料带隙Eg值的能量产生的"热"电子和空穴）。在热化 阶段中，发生"热"电子和空穴的热化。在局部化阶段中，随着电子-空穴对(即激子)的形成， 发生在Ce 3+离子处的电子和空穴局部化。第二和第三阶段由因子S的值表示。在最后阶段中， 发生紫外线(UV)或可见光子的发射。这是一个中心内的过程，由因子Q表示。在某些特定的 条件下，该因子在室温下对于许多化合物可以达到一。
[0034] 应当指出的是掺杂有Ce3+并呈现闪烁性质的锂单结晶化合物的量受限于其性质。 有一些结合了 2-6族元素并掺杂有Ce3+的单结晶化合物将呈现闪烁性质，但是它们并不适合 于在中子探测器9中操作。
[0035] 甚至更有限的量的单结晶化合物，其在可见光范围内是透明且从轻原子形成。在 大气条件下最轻的透明的和稳定的是由锂和硼原子形成的无机单结晶化合物，诸如四硼酸 锂(Li 2B4O7)和氟化锂(LiF)。然而，这些化合物不允许掺杂有三价Ce3+且不发生闪烁。
[0036] 有多种由在近紫外线和可见光范围内为透明的轻元素组成的玻璃材料。它们中的 大多数可基于Si或B产生。含Li玻璃可用B和/或Si或这两种元素的混合物获得。 lt3B同位素由 于如下反应也能有效地捕获热化中子：
[0037] n+10B^7Li (1.0MeV)+4He(1.8MeV) ；BR = 7 % 〇tot = 3840b
[0038] -^7Li(0.83MeV)+4He(1.47MeV)+y (0.48MeV)；BR = 93%
[0039]在每次相互作用中，含6Li介质的情况下比含硼介质中的能量沉积多约3倍，因此， 前者的闪烁信号比后者相应地大三倍。硼原子核将主要捕获中子，这使得在含6Li和lt3B原子 核的闪烁体中探测器响应较小。由于这个原因，含Li和Si原子的玻璃是优选的。为了形成含 有Li +和Si4+离子的电荷补偿玻璃，该玻璃还必须含有三价离子。B3+后，接下来是Al 3+离子。 以氧化物形式或其它化学物质结合的Li+，Si4+和A13+，诸如碳酸盐、硝酸盐，并且被熔化形成 各种不同的玻璃。这些玻璃可以含有周期表的2和3周期的其他元素。 6Li在介质中的最高浓 度需要有效捕获中子。通过用6Li同位素富集Li和使用含最高浓度的锂离子的玻璃体系，从 而实现。
[0040]玻璃闪烁材料的原子结构性质与晶体闪烁材料的性质不同。由于玻璃原子结构中 缺少长程有序性，玻璃为非晶材料，因此限制了快速有效将激子能量传输至辐射中心的能 力。此外，闪烁激活体离子在玻璃原子结构中的局部化点没有很好定义。由于它们局部化在 略有不同的化学环境（由玻璃基质原子形成的几种最靠近的配位壳可能具有稍有不同的原 子结构），因此Ce 3+离子点结构分散出现在玻璃中。这使得Ce3+离子的5d态能量分裂，Ce3+离 子取决于局部化点对结晶场非常敏感，因此，相比于由单晶闪烁材料中的Ce掺杂物形成的 5d带，在玻璃闪烁体的电子结构中形成了更宽的、更分散的5d辐射带。由于这一事实以及更 可能在Ce3+附近存在结构缺陷，其可能捕捉热化载流子和激子并导致其在玻璃情况下的非 辐射复合，因此就解释了为什么玻璃闪烁材料的光产率(LY)的典型值远远低于单晶闪烁体 的LY的典型值。
[0041 ]存在一族材料，其被称为玻璃陶瓷，且具有位于单晶和玻璃之间的中间位置。玻璃 陶瓷为通过玻璃的热力或其他处理制得的含玻璃的微晶。通常，微晶具有大于或等于1000 纳米(nm)或一微米的直径或尺寸。
[0042] 通常，玻璃陶瓷可通过几种方法获得。方法之一为基于玻璃内部的微晶的合成。在 这种情况下，玻璃是采用由玻璃原材料制成，该玻璃原材料具有类似于期望微晶的化学组 成的化学组成。熔融之后，玻璃被暴露到接近结晶温度的温度下并维持一段较长时间。这个 步骤的主要目的是形成期望微晶的种子。在这之后，玻璃被暴露于渐增的温度。这个步骤的 主要目的是促进玻璃基体内部的微晶的生长。
[0043] 通常，微晶在其形成于玻璃中时就能够捕获Ce3+激活离子，形成闪烁物质。这需要： Ce3+在前体玻璃中的高密度(从原子(at.) %的几十分之一至若干at. % )，以及钸在三价态 时在微晶中处于稳定的结晶可用性。
[0044] 当微晶中的折射率彼此不同且不同于非晶玻璃体的折射率时，当微晶达到数百纳 米的尺寸时，由于微晶中的晶相分离，它们使得玻璃陶瓷变得半透明或者甚至不透明。因 此，微晶的尺寸应谨慎地控制、保持在纳米级，且尺寸或直径小于l〇〇〇nm。在一个或多个实 施例中，该尺寸或直径约为IOOnm或者甚至更低（但为使激子机理保持有效，应不小于 50nm)。在一个或多个实施例中，每个纳米微晶的尺寸或直径在50nm至150nm的范围内，这实 现了有效的机理和适当的光学透明度。
[0045]根据瑞利散射理论，穿过单位长度的复合材料的光的量遵循以下公式：
[0047] 其中，I为穿过纳米颗粒填充的玻璃的光的强度，Io为入射强度，r为纳米颗粒的半 径，λ为波长，nnano为纳米颗粒的折射率，n gl为玻璃体的折射率。r/λ比率描述了散射，方括 号中的部分描述了位于玻璃中的纳米物体与玻璃之间的界面处的反射。根据方程[2]，光仅 在三种情况下无损穿过复合材料：i)r = 0, ii、），λ= 〇〇，以及iii)nnan〇 = ngi。第一和第二种 情况并不能在实践中得到充分满足。如果纳米颗粒和玻璃体的折射率不同，那么在所有实 际波长和纳米颗粒尺寸甚至在小于波长的尺