玻璃组合物，中子敏感微通道板及其制备方法和应用与流程

本发明涉及中子成像，尤其涉及一种玻璃组合物，中子敏感微通道板及其制备方法和应用。

背景技术：

1、中子束穿过物体时会发生衰减，当中子入射到物质后，与物质中的原子核相互作用，导致透射后的中子强度及其分布发生变化，因此，可以利用中子成像技术呈现出物质的微观结构信息。中子敏感微通道板因其具有高的探测效率和位置分辨以及优异的时间分辨能力，成为中子成像谱仪探测器的优先选择。

2、现有技术中，中子敏感微通道板通常是通过在材料中掺b和gd来提升对中子的探测效率。但是，b和gd在材料中的掺杂量范围受限制。b和gd在材料中的掺杂量较小时，其对于中子探测效率的改善较小，难以满足科技发展的需求；而b和gd在材料中的掺杂量较大时具有以下缺陷：实验表明，gd的较多添加可能导致成像的重影，造成对空间分辨率的影响，增加了噪声，降低了中子成像探测的质量；而b的较多添加可能，例如，一旦b元素掺杂量超过20mole％，则由于含硼玻璃的结构稳定性和化学稳定性较差，导致其无法用于制备微通道板。

3、基于以上背景，现有技术的中子敏感微通道板的n/γ甄别率及探测效率较低。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于，提供一种玻璃组合物，中子敏感微通道板及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何使微通道板具备中子敏感的特性，且，具有高探测效率(中子探测效率≥40％)和高n/γ甄别率(n/γ≥400)，从而更加适于实用。

2、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种玻璃组合物，以氧化物质量百分含量计，其包括：

3、

4、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

5、优选的，前述的玻璃组合物，其玻璃化转变温度tg≥480℃，软化温度tf≥520℃；在20～300℃的热膨胀系数为(75～85)×10-7/℃；在500～1100℃无析晶及分相；于60℃在1m的盐酸溶液中酸溶速率为(0.15～0.35)mg/(cm2×min)。

6、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种中子敏感微通道板的制备方法，其包括以下步骤：

7、s1根据前述的玻璃组合物配料，得到第一混合物；将所述第一混合物熔制澄清，成型，得到皮玻璃管；所述皮玻璃管的外径≤10mm；按芯玻璃的配方配制第二混合物；将所述第二混合物熔制澄清，成型，得到芯玻璃棒；所述芯玻璃棒的直径≤9mm；

8、s2将所述皮玻璃管与所述芯玻璃棒嵌套得到单丝；将单丝排列为玻璃棒管束后拉制为复丝；复丝排列后熔压为板段；对所述板段进行酸液腐蚀，氢还原，镀电极，得到中子敏感微通道板。

9、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

10、优选的，前述的制备方法，其中所述第一混合物硼元素的原料为同位素硼酸，天然丰度为19.9％。

11、优选的，前述的制备方法，其中以氧化物质量百分含量计，所述芯玻璃包括：

12、

13、所述芯玻璃的玻璃化转变温度tg≥620℃，软化温度tf≥650℃；在20～300℃的热膨胀系数为(88～98)×10-7/℃；在500～1100℃无析晶及分相；于60℃在1m的盐酸溶液中酸溶速率为(45～55)mg/(cm2×min)。

14、优选的，前述的制备方法，其中所述拉制的温度为750～760℃；所述玻璃棒管束的下料速度为0.004～0.005m/min。

15、优选的，前述的制备方法，其中所述酸液腐蚀是将所述板段置于30～40℃的0.9～1.1m的盐酸溶液中去除所述芯玻璃。

16、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种中子敏感微通道板，其材质为前述的玻璃组合物；其中子探测效率≥40％，n/γ甄别率≥400。

17、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

18、优选的，前述的中子敏感微通道板，其是由前述的制备方法制备的。

19、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种根据前述的中子敏感微通道板在中子成像领域的应用。

20、借由上述技术方案，本发明提出的一种玻璃组合物，中子敏感微通道板及其制备方法和应用至少具有下列优点：

21、现有的中子敏感微通道板中子探测效率较低以及n/γ甄别率较低，其主要是因为玻璃析晶及分相问题导致的皮玻璃10b掺杂含量不高。本发明提出的玻璃组合物，中子敏感微通道板及其制备方法和应用，其通过优化设计作为皮玻璃管的玻璃组合物配方，通过提高同位素10b的含量至30～35％，并通过优化调整其他组分的比例，使其具有良好的结构稳定性和化学稳定性，从而使其能够成功用于作为中子敏感的微通道板的皮玻璃管使用；进一步的，本发明通过提高芯玻璃棒组合物中bao的含量，制得了一种与上述皮玻璃管玻璃组合物性能匹配的高酸溶速率的芯玻璃棒组合物；进一步的，本发明通过优化设计中子敏感微通道板的单丝、复丝拉制工艺，通过采用较细的皮玻璃管及相匹配的芯玻璃棒进行嵌套，并将嵌套后的芯皮玻璃棒管组合捆扎在一起形成玻璃棒管束后再进行拉制，该纤维丝拉制工艺能够较好地克服常规高掺杂硼的皮玻璃进行单丝、复丝拉制过程中易于出现分相现象的问题；进一步的，本发明通过对板段的酸液腐蚀工艺进行优化设计，采用了低浓度、低温快速酸腐蚀工艺来完成对微通道板的通孔操作，解决了高硼同位素掺杂的皮玻璃制备的微通道板可能存在的酸腐蚀工艺过程中发生骨架被破坏的问题；由上所述可见，本发明通过优化设计皮玻璃管的配方较好地改善了微通道板的中子敏感性；进一步通过芯玻璃棒的配方进行性能匹配，以及纤维丝的拉制工艺和酸液腐蚀工艺，使得由本发明技术方案制备的中子敏感微通道板性能极大改善，其中子探测效率≥40％，以及n/γ甄别率≥400。

22、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

技术特征：

1.一种玻璃组合物，其特征在于，以氧化物质量百分含量计，其包括：

2.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，其玻璃化转变温度tg≥480℃，软化温度tf≥520℃；在20～300℃的热膨胀系数为(75～85)×10-7/℃；在500～1100℃无析晶及分相；于60℃在1m的盐酸溶液中酸溶速率为(0.15～0.35)mg/(cm2×min)。

3.一种中子敏感微通道板的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合物硼元素的原料为同位素硼酸，天然丰度为19.9％。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，以氧化物质量百分含量计，所述芯玻璃包括：

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述拉制的温度为750～760℃；所述玻璃棒管束的下料速度为0.004～0.005m/min。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述酸液腐蚀是将所述板段置于30～40℃的0.9～1.1m的盐酸溶液中去除所述芯玻璃。

8.一种中子敏感微通道板，其特征在于，其材质为权利要求1或2所述的玻璃组合物；其中子探测效率≥40％，n/γ甄别率≥400。

9.根据权利要求8所述的中子敏感微通道板，其特征在于，其是由权利要求3至7任一项所述的制备方法制备的。

10.一种根据权利要求8或9所述的中子敏感微通道板在中子成像领域的应用。

技术总结
本发明提供一种玻璃组合物，中子敏感微通道板及其制备方法和应用。以氧化物质量百分含量计，该玻璃组合物包括23～27％SiO2；30～35％10B2O3；1～3％Al2O3；25～35％PbO；5～10％Bi2O3；2～8％Na2O；1～3％K2O；1～3％BaO；0～4％TiO2。本发明所要解决的技术问题是如何使微通道板具备中子敏感的特性，且具有高探测效率(中子探测效率≥40％)和高n/γ甄别率(n/γ≥400)，从而更加适于实用。

技术研发人员：李帅奇,马婧,秦文静,刘畅,薄铁柱,蔡华,廉姣,谢仕永
受保护的技术使用者：中国建筑材料科学研究总院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8