一种用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃及其制备方法

本发明涉及辐射探测材料，特别涉及一种用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃及其制备方法。

背景技术：

0、技术背景

1、随着高能物理、核能科学、无损探伤以及放射性医学诊疗等技术领域的不断发展，高能射线已经广泛应用于我们的生产生活当中。高能射线具有极大的危险性且无法直接被肉眼观察到，因此如何对其进行探测便成了一个至关重要的问题。

2、想要探测高能射线就必须通过特定的材料将其转换成其他可被观测到的信号，目前对高能射线探测的手段主要有两种：直接转换法和间接转换法。直接转换法的核心材料为一个光电半导体，通过其吸收高能射线并直接转换成电信号，再将电信号采集放大转换成计算机输出信号；间接转换法的核心材料有闪烁材料和辐射储存发光材料两大类。闪烁材料能够在高能辐射下产生可见发光，将高能射线光子转换成低能可见光子，然后通过光电探探测器间接探测高能射线。辐射储存发光材料有辐射光致发光材料(rpl材料)、热释光材料(tsl材料)和光释光(osl材料)材料三类，实际应用的主要为辐射光致发光材料，这类材料在辐射诱导下内部会产生新的能级结构，并下特定波长的光激发下产生光致发光，通过发光的光强和辐射剂量的线性关系来计算辐射剂量。

3、目前已经报道的各类辐射探测材料都有其自身的局限性，直接型探测器的核心半导体材料灵敏度较低，目前仍停留在小范围应用阶段；闪烁材料存在闪烁效率低以及光散射等问题；辐射光致发光材料存在积聚效应引起的rpl信号不稳定等问题。考虑到不同领域对辐射探测材料的要求各不相同，不断开发更多性能优异的辐射探测材料一直是一个研究热点。

4、在已知专利案cn114180836b中，马西奔等人提出了一种可用于辐射探测的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃，但该材料能够探测的辐射剂量范围为50gy-250gy，探测范围较为有限，且掺杂例子选用的为银离子，实际应用的成本较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃及其制备方法，通过辐照后材料长余辉的初始光强与辐射剂量的线性关系来进行辐射剂量探测。该玻璃具有物理化学性质稳定、生产成本低廉和辐射探测灵敏度高、探测范围广的特点。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特点在于，包括：

4、由cuo引入铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃，在还原气氛下制得亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃；

5、对所述亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃采用200gy-2000gy的x射线进行辐照，使辐照后的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃能够在紫外灯照射下产生蓝色长余辉，且该余辉的初始光强与辐射剂量呈线性关系。

6、进一步，所述线性关系是指长余辉初始光强随着辐射剂量的增加而增加，且二者的比例近似为固定值。

7、进一步，所述亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的组分及摩尔百分比为50～75mol％的sio2,8～13mol％的na2o,6～10mol％的cao,0～2mol％的al2o3，5～30mol％的b2o3；掺杂的发光离子为浓度0.01～0.1mol％的cuo。

8、进一步，所述的sio2由sio2引入，cao由caco3引入，na2o由na2co3引入，al2o3由al(oh)3引入，b2o3由h3bo3引入，掺杂铜离子由cuo引入，称量好的各原料在研钵中研磨，混合均匀形成混合料。

9、进一步，所述还原气氛为添加nh4no3、添加(nh4)2so4、添加nh4cl、添加尿素、添加al粉、添加si粉、添加c粉、采用石墨坩埚、采用co气氛或者采用ar+h2气氛。

10、进一步，在所述还原气氛下的制造方法是指在1200-1550℃的还原气氛下保温0.5-3h。

11、进一步，所述紫外灯的波长为200-400nm。

12、进一步，所述x射线的剂量为500gy-1250 gy。

13、另一方面，本发明还提供一种利用上述亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法制备而成的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃。

14、以及，提供一种技上述亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃在辐射探测中的应用。

15、本发明的技术效果：

16、1)通过添加cuo来引入铜离子，并通过还原方法控制玻璃熔制气氛，使玻璃中得铜离子以cu+的形式存在。

17、2)通过采用不同剂量的x射线辐照试验样品，用200-400nm的紫外光激发辐照后的玻璃样品，会产生明亮的长余辉。不同剂量的x射线辐照后玻璃的余辉性能各不相同，经过荧光光谱仪测试，余辉的初始光强与辐射剂量呈现出明显的线性关系。

18、3)相比于已报道的辐射光致发光材料，如一种银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃及其制备方法和应用(cn114180836b)，本发明制备的用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃能够探测的最大辐射剂量范围从200gy拓展至2000gy，且本发明材料长余辉初始光强和辐照剂量的线性程度更高，这意味着本发明材料对辐射探测的准确度更高。

技术特征：

1.一种用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述线性关系是指长余辉初始光强随着辐射剂量的增加而增加，且二者的比例近似为固定值。

3.根据权利要求1所述的用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的组分及摩尔百分比为50～75mol％的sio2,8～13mol％的na2o,6～10mol％的cao,0～2mol％的al2o3，5～30mol％的b2o3；掺杂的发光离子为浓度0.01～0.1mol％的cuo。

4.根据权利要求3所述的用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述的sio2由sio2引入，cao由caco3引入，na2o由na2co3引入，al2o3由al(oh)3引入，b2o3由h3bo3引入，掺杂铜离子由cuo引入，称量好的各原料在研钵中研磨，混合均匀形成混合料。

5.根据权利要求1所述的用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述还原气氛为添加nh4no3、添加(nh4)2so4、添加nh4cl、添加尿素、添加al粉、添加si粉、添加c粉、采用石墨坩埚、采用co气氛或者采用ar+h2气氛。

6.根据权利要求1或5所述的用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，在所述还原气氛下的制造方法是指在1200-1550℃的还原气氛下保温0.5-3h。

7.根据权利要求1所述的用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述紫外灯的波长为200-400nm。

8.根据权利要求1所述的用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述x射线的剂量为500gy-1250 gy。

9.利用权利要求1-8任一所述的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃的制备方法制备而成的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃。

10.一种权利要求9所述的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃在辐射探测中的应用。

技术总结
一种用于辐射探测的亚铜离子掺杂硼硅酸盐玻璃及其制备方法。该方法采用还原熔制法制备Cu<supgt;+</supgt;离子掺杂的硼硅酸盐玻璃，所得玻璃样品经过一定剂量的X射线辐照后，在紫外光激发下会产生明亮的长余辉，且余辉的初始光强与X射线剂量呈现出明显的线性关系。本发明的玻璃在还原气氛下制备，各组分质量百分比为：50～75mol％的SiO<subgt;2</subgt;,8～13mol％的Na<subgt;2</subgt;O,6～10mol％的CaO,0～2mol％的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，5～30mol％的B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;；掺杂的发光离子为浓度0.01～0.1mol％的CuO。本发明首次利用X射线诱导玻璃产生特定缺陷结构，来实现玻璃的长余辉发光，且余辉的初始光强与X射线剂量呈现出明显的线性关系，并提出以此为基础来进行辐射剂量探测。

技术研发人员：王盼挺,陈丹平
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15