寸下，会出现更小或更大程度的光损。在实践 中只有第三种情况能够得以满足，其是为了满足使在本发明的非晶玻璃体内的纳米晶闪 烁。
[0048] 注意，在含有多个阳离子的玻璃体系中，可能出现不同微晶的结晶体。它们可在玻 璃的热处理时同时或依次被结晶化。当Li密度较高时，可在Al 2O3-Li2O-SiO2玻璃体系中结 晶化多种晶体化合物。A1 2 0 3 - L i 2 0 - S i 0 2玻璃体系中的最低温度结晶化合物为锂辉石 LiAlSi2O6t3该玻璃体系中锂辉石微晶的结晶化使得玻璃陶瓷的透射比变差，使得难以从探 测器材料萃取光。为避免它的结晶化，透锂长石LiAlSi 2O6纳米颗粒在制备过程中被混合在 玻璃中。部分透锂长石纳米颗粒被溶解，而其中一些仍然留在冷却的玻璃中。当玻璃在温度 T下退火时，它们成为与锂辉石相抵触的结晶化中心，该温度T高于玻璃的玻璃化温度1^，但 低于锂辉石的突崩结晶化温度T。。在这种热处理条件下，抑制了锂辉石微晶的形成，锂辉石 微晶的程度保持接近种晶的程度。这个过程使得在玻璃内产生了有序周期性结构的片段， 其具有纳米级尺寸(小于lOOOrim)。图5示意性图解说明了这个过程，还描述了本发明的纳米 结构中子探测器材料的示意性结构。
[0049] 图5示出了具有纳米结构的中子探测器材料30,其对于光闪烁和探测是透明的。纳 米结构中子探测器材料30包括中子靶原子35,例如，负责中子吸收的(Li-6)、负责闪烁光发 射的激活体原子50(Ce、Pr或Eu)以及所有其他原子60,诸如Al、Si、0等，其被包括在探测器 材料30中，但不直接负责初级能量吸收或闪烁光发射。
[0050] 在图5所示的本发明的探测器材料中，能量转换过程以以下方式进行。当入射辐射 的热中子撞击中子靶原子35以及发生核反应时，发生初级能量吸收。反应产物40(根据图3 在具有路径的Li-6中子靶原子情况下的α和氚核粒子)被发射并在探测器材料30中运行，沿 其路径产生"热"电子。在最后阶段，"热"电子的能量在其与组成探测器材料30的原子的相 互作用下在探测器材料中耗散。在当激活体原子50在这些相互作用过程中激发的情况下， 然后闪烁光光子被发射并在光学透明探测器材料30中传播到用于探测和测量光子的光电 探测器。
[0051] 每单位热中子初级吸收能量的闪烁光光子的数量是能量转换效率的量度，一般称 为探测器材料的转换效率，或者探测器材料的光产率。较大转换效率(光产率）的探测器材 料一一较大数量的光子将到达光电探测器，从而产生具有提高的能量分辨率和提高的信噪 比的较大电脉冲。
[0052] 当与现有技术的探测器相比，本文公开的纳米结构中子探测器材料30具有提高的 转换效率。提高的转换效率是由于探测器材料30中存在具有晶体周期性结构的闪烁纳米微 晶45。在其体积一些部分的自发性重结晶的过程中（为了简化，闪烁纳米微晶45的边界被示 出为具有球形形状），纳米微晶45形成于探测器材料30的探测器玻璃体中。在纳米微晶45 内，纳米微晶45的原子形成晶格的规则结构，然而纳米微晶45周围的原子仍随意地分布，从 而形成传统的玻璃无定形(不规则)结构。应当注意的是，纳米微晶45内的这些原子包括中 子靶原子35和激活体原子50。在无定形结构中，由于传递至激活体原子50的能量不充分以 及大部分的热中子初级吸收能量损失而不能有效地加热材料，不能闪烁，故仅有一小部分 的"热"电子能量损失被转换成闪烁发射。反过来，当反应产物在纳米微晶45的晶体周期性 结构内传播从而产生"热"电子时，在其与组成晶格的原子相互作用下"热"电子的全部能量 损失可以经由能量传递的激子机制有效地(比在无定形结构中更加有效几倍至100倍)传递 到激活体原子50。因此，i)将激活体原子50置于纳米微晶内增加了能量由于激子机制从 "热"电子传递到激活体原子的效率，以及ii)将靶原子35置于纳米微晶45内增加了纳米微 晶45内产生的"热"电子的数量，由于探测器材料中的靶原子35的浓度是相对低的，通常不 高于IOat. %，故其尤其重要。
[0053]还应当注意，依据重结晶过程，探测器30的玻璃体的总体积多达约80%可以被转 换成纳米微晶45,其具有规则的周期性结构，而不损失探测器材料30的光学透明性。这也意 味着，多达约80%的中子靶原子35和激活体原子50位于纳米微晶45内。应当注意，闪烁纳米 微晶45可以彼此接触，而不损失透明性。纳米微晶45具有约100纳米的直径或尺寸大小。在 这些尺寸下，即使纳米微晶45彼此接触，纳米微晶45中仍没有晶相分离，且不同相的折射率 也没有变化。对于具有从几百nm到1微米的尺寸的纳米微晶，发生相分离(和折射率指数的 变化）。因此，IOOnm是纳米微晶45的最佳尺寸的一个实例，因为它们大到足以包含激子，而 仍确保晶相稳定性。
[0054]与非晶玻璃中的这些离子相比，纳米晶体结构中有序设置的钸Ce3+离子已经改善 了发光性能。图6和图7示出了Ce掺杂Al2O3-Li2O-SiO 2体系从非晶玻璃转化为纳米晶体结构 的发光性能的变化。退火（即热处理过程)前的玻璃的亮度如图6所示，其含有两条具有最大 值接近390nm和410nm的波段。第一波段专用于Al 2O3-Li2O-SiO2体系中非晶玻璃的Ce3+发光 中心。第二波段是由于Ce 3+局限于一些因为熔体冷却的有限时间及玻璃的温度梯度而出现 在非晶玻璃中的纳米微晶中。图7示出了同一样品在大气条件下、520°C的温度下退火10小 时期间的亮度。观察到410nm波段的强烈显性化，其表明了许多纳米微晶中Ce 3+中心的亮度 显性化。此外，观察到激发波段的收缩，其表明了激发波段的非均匀展宽的减少，与本文所 公开的纳米微晶相比，这对于非晶玻璃体系来说是典型的。纳米微晶中Ce 3+离子的主要局部 化改善了因子S(等式1)，从而增加了闪烁光产率。在图6和图7中，左边具有最大值接近 360nm的曲线代表的是发光激发光谱，右边具有最大值接近400-430nm的曲线代表的是通过 激发波长365nm(上曲线)和激发波长340nm(下曲线)进行测量的发光光谱。
[0055]应注意的是，在探测器材料中带电粒子与激活体（即闪烁材料)相互作用的过程中 所产生的"热"载体的弛豫局限于从带电粒子的轨迹延伸大约IOOnm的区域中，带电粒子形 成于中子探测过程的第一阶段。该弛豫过程的局部化使得有机会通过在探测器材料的玻璃 基体中产生纳米微晶来改善玻璃闪烁体的性能。在这种情况下，对于那些沿着带电粒子轨 迹形成的"热"电子而言，弛豫及光发射在纳米微晶中发生，并由局限在纳米微晶中的Ce 3+离 子的性质限定。因此，闪烁过程中发射的光的光谱的改善匹配以及玻璃自身的光吸收光谱 能够在到达光电探测器的路线上最小化对所发射的光的自吸收。此外，围绕纳米微晶的玻 璃基体的折射率与纳米微晶折射率的精确匹配避免了探测器材料的光学透射比退化，以改 善光电探测器的光探测。
[0056]可以理解的是，在探测器材料中使用纳米微晶与常规的由微米级B2O3和ZnS = Ag微 粒通过机械混合制成复合中子敏感闪烁体有很大的不同。在机械混合的情况下，富含IOB的 氧化硼作为中子吸收体，ZnS = Ag微粒将Li+及在中子吸收反应中发射的α粒子(He+)种类转 变成可见光。B2O3和ZnS: Ag微粒的尺寸被选择为小于这些材料中的α粒子的平均自由径，大 约为5um(微米）。因此，由于材料颗粒边界上的光散射，B 2O3-ZnS = Ag复合闪烁体具有非常低 的透射比。所以，该常规复合闪烁体仅仅能够以薄膜层的形式进行使用，该薄膜层沉积在光 电倍增管的光学窗的表面上。纳米微晶中的闪烁材料形成于探测器材料的玻璃中，若纳米 微晶的尺寸至少为在闪烁的过程中发射的光的波长的四分之一(对于Ce 3+激活闪烁体而言， 约为400nm)，则闪烁材料不受此问题的影响。另外，若纳米微晶的尺寸为约IOOnm，而非Ιμπι， 由于闪烁材料的性能参数更好，在中子探测材料的玻璃基体的内部，闪烁材料的分布会更 加均匀。将纳米微晶用于中子相互作用材料和闪烁材料的另一好处是能够在探测材料的玻 璃基体中将纳