专利名称：一种快中子荧光屏及制备方法
技术领域：
本发明属于快中子探测器领域，具体涉及一种新型的快中子荧光屏和其制备方法。利用快中子与荧光屏内的氢核反应产生的反冲质子激发荧光粉发光，以实现中子空间分布向可见光空间分布的转化的过程。主要应用于高通量、高伽马本底、高分辨率快中子照相领域。
背景技术：
中子照相技术具有其他无损探测技术无可替代的特点和优点，能够获得很多其它传统技术不能得到的重要信息。射线检测是从X射线开始的，与X射线无损检测相比较，X射线穿透物体时，受到核外电子作用而被衰减，因此其质量衰减系数，与材料原子序数有确定的函数关系。与X射线不同，中子不带电，能轻易的穿透电子层，与原子核发生核反应，因此其质量衰减系数与入射的中子能量和物质的原子核截面有关，和原子序数关系复杂。由于上述机理的区别，使中子照相具有下列X射线所没有的功能:中子能够:a)穿透重元素物质，对大部分重元素，如铁、铅、铀等，质量吸收系数小；b)对某些轻元素，如水、碳氢化合物、硼等质量吸收系数反而特别大；c)区分同位素；d)能对强辐射物质成高质量的图像等。特别是在能够穿透许多金属、重金属检测内部有机物质状况上具有非常大的优势。中子转换屏是中子照相装置关键部件。其性能直接影响最终成像质量。在快中子照相领域，转换屏有塑料闪烁体、闪烁体光纤阵列等几种。塑料闪烁体探测效率较高，但其自身厚度带来的像差会影响成像结果；闪烁体光纤阵列探测效率很高，但其光纤本身产生的本底也会影响成像质量，且闪烁体光纤阵列造价高昂。另外，以上两种转换屏均对伽马射线灵敏。在低准直比高伽马本底照相条件下，以上两种快中子转换屏均无法提供令人满意的照相效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种快中子荧光屏，本发明提供一种快中子荧光屏的制备方法。本发明的快中子荧光屏，其特点是:所述荧光屏的原料按重量百分比组成如下:聚丙烯 14% 16%
乙烯-醋酸乙烯共聚物4% 6 %
增韧剂4% 6%
硫化锌荧光粉70% 75 %
偶联剂1% 2%
本发明的快中子荧光屏的制备方法，依次包括如下步骤:
a)使用偶联剂对荧光粉进行表面改性
将称量好的硫化锌和偶联剂加入到高速旋转混合机中， 进行高速混合反应，当反应温度达到70°C 80°C时，停止混合；
b)复合材料的制备
将粘合剂、上述表面处理好的硫化锌以及抗氧剂混合均匀后，在双螺杆挤出机中共混造粒，供干后备用；
c)热压成型
设定平板硫化机板上温度为175°C，待温度稳定后，将装有复合材料的模具放入平板硫化机的硫化板之间；塑化2(T30min后加压，压力为lOMpa，放气3飞次，热压时间为4 IOmin ；
d)冷压成型:将热模具放到平板硫化机上进行冷压，压力为lOMpa，直至模具完全冷却，然后取出模具；修除毛边，清理表面瑕疵，制得所需快中子荧光屏。在上述多种材料组合物中，聚丙烯是荧光屏的基材，兼顾粘合剂的左右，同时也是和快中子发生核反应产生反冲质子的材料；乙烯-醋酸乙烯共聚物的作用是将增强聚丙烯的流动性，使其能更好的于粉料混合均匀；增韧剂的作用是增强产品的韧性，防止产品在使用和保存过程中碎裂；硫化锌荧光粉的的作用是将带电离子沉积的能量转换为可见光；偶联剂的作用是对荧光粉表面改性，使粉料和粘合剂混合的更均匀。这些组分的组合及其各组分的上述百分比范围，是通过大量试验确定的，上述组合及其百分比范围使本发明快中子荧光屏具有上述抗伽玛射线干扰、高分辨率的优良平衡。本发明提供了一种具有低成本、低伽马噪声干扰、高分辨率等优点的快中子荧光转换屏，能够克服现有快中子转换屏在低准直比高伽马本底条件下成像质量差的缺点，本发明能够解决现有快中子照 相转换屏存在的问题，本发明的快中子荧光屏具有低伽玛噪声干扰，分辨率较高等特点。
图1快中子荧光屏的发光光谱图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。本发明的快中子荧光屏其最优选厚度为2mnT3mm。快中子荧光屏的主要作用是将不可直接探测的快中子空间分布转化为可探测的可见光空间分布。荧光屏内的发光材料硫化锌产生的荧光一方面按距离平方成反比的规律减弱，另一方面又要受到屏材料本身的吸收而衰减。增加屏厚虽可增大快中子探测效率但荧光屏入射面产生的荧光会被自吸收，故快中子荧光屏的厚度选择应在探测效率和光透过率之间达到平衡，经大量理论计算和实验确定快中子荧光屏的厚度为2mnT3mm。快中子荧光屏的厚度为2 3mm，故采用热压为其加工工艺，具体制备步骤如下:
a)使用偶联剂对荧光粉进行表面改性。将称量好的硫化锌和偶联剂加入到高速旋转混合机中，高速混合使其内部温度达到70 V左右，然后停止混合。b)复合材料的制备。将粘合剂、上述表面处理好的硫化锌以及抗氧剂混合均匀后，在双螺杆挤出机中共混造粒，烘干后备用。c)热压成型:设定平板硫化机板上温度为175°C，待温度稳定，将装有一定量复合材料的模具放入板间，塑化30min后加压,压力为IOMpa,放气3次,热压时间为4min。d)冷压成型:将热模具放入到平板硫化机上进行冷压，压力为lOMpa，直至模具完全冷却，然后取出模具。修除产品毛边，清理表面瑕疵，制得2mnT3mm厚的快中子荧光屏。其中单位面积灰度代表荧光屏的发光效率，此数值越高，发光效率越高。实施例1
将9g荆门石化生产的聚丙烯粒料、3g美国美孚生产的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，3g美国杜邦生产的增韧剂POE和经表面处理好的45g牌号p22-b的硫化锌荧光粉混合均匀，然后加入到转矩流变仪中，转子速度为50rpm，温度为195°C，混合5min中后取料。设定平板硫化机板上温度为190°C，待温度稳定，将装有一定量复合材料的模具放入板间，塑化15min后加压,压力为IOMpa,热压时间为4min。将热模具放入到平板硫化机上进行冷压,压力为lOMpa，直至模具完全冷却，然后取出模具。随后通过快中子照相实验测试荧光屏发光性能，在表I中列出了测试结果。实施例2
将9g荆门石化生产的聚丙烯粒料、3g美国美孚生产的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，3g美国杜邦生产的增韧剂POE和经表面处理好的45g牌号p31的硫化锌荧光粉混合均匀，然后加入到转矩流变仪中，转子速度为50rpm，温度为195°C，混合5min中后取料。设定平板硫化机板上温度为190°C，待温度稳定，将装有一定量复合材料的模具放入板间，塑化15min后加压,压力为IOMpa,热压时间为4min。将热模具放入到平板硫化机上进行冷压,压力为lOMpa，直至模具完全冷却，然后取出模具。随后通过快中子照相实验测试荧光屏发光性能，在表I中列出了测试结果。实施例3
将9g荆门石化生产的聚丙烯粒料、3g美国美孚生产的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，3g美国杜邦生产的增韧剂POE和经表面处理好的45g牌号p22-g的硫化锌荧光粉混合均匀，然后加入到转矩流变仪中，转子速度为50rpm，温度为195°C，混合5min中后取料。设定平板硫化机板上温度为190°C，待温度稳定，将装有一定量复合材料的模具放入板间，塑化15min后加压,压力为IOMpa,热压时间为4min。将热模具放入到平板硫化机上进行冷压,压力为lOMpa，直至模具完全冷却，然后取出模具。随后通过快中子照相实验测试荧光屏发光性能，在表I中列出了测试结果。实施例4
将9g荆门石化生产的聚丙烯粒料、3g美国美孚生产的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，3g美国杜邦生产的增韧剂POE和经表面处理好的45g牌号Y26的硫化锌荧光粉混合均匀，然后加入到转矩流变仪中，转子速度为50rpm，温度为195°C，混合5min中后取料。设定平板硫化机板上温度为190°C，待温度稳定，将装有一定量复合材料的模具放入板间，塑化15min后加压,压力为IOMpa,热压时间为4min。将热模具放入到平板硫化机上进行冷压,压力为lOMpa，直至模具完全冷却， 然后取出模具。随后通过快中子照相实验测试荧光屏发光性能，在表I中列出了测试结果。实施例5
将9g荆门石化生产的聚丙烯粒料、3g美国美孚生产的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，3g美国杜邦生产的增韧剂POE和经表面处理好的45g牌号P4的硫化锌荧光粉混合均匀，然后加入到转矩流变仪中，转子速度为50rpm,温度为195°C,混合5min中后取料。设定平板硫化机板上温度为190°C，待温度稳定，将装有一定量复合材料的模具放入板间，塑化15min后加压，压力为lOMpa，热压时间为4min。将热模具放入到平板硫化机上进行冷压，压力为lOMpa，直至模具完全冷却，然后取出模具。随后通过快中子照相实验测试荧光屏发光性能，在表I中列出了测试结果。实施例6
将18荆门石化生产的聚丙烯粒料、6g美国美孚生产的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，6g美国杜邦生产的增韧剂POE和经表面处理好的30g牌号P22-b的硫化锌荧光粉混合均匀，然后加入到转矩流变仪中，转子速度为50rpm，温度为195°C，混合5min中后取料。设定平板硫化机板上温度为190°C，待温度稳定，将装有一定量复合材料的模具放入板间，塑化15min后加压,压力为IOMpa,热压时间为4min。将热模具放入到平板硫化机上进行冷压,压力为lOMpa，直至模具完全冷却，然后取出模具。随后通过快中子照相实验测试荧光屏发光性能，在表I中列出了测试结果。实施例7
将27g荆门石化生产的聚丙烯粒料、9g美国美孚生产的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，9g美国杜邦生产的增韧剂POE和经表面处理好的15g牌号P22-b的硫化锌荧光粉混合均匀，然后加入到转矩流变仪中，转子速度为50rpm，温度为195°C，混合5min中后取料。设定平板硫化机板上温度为190°C，待温度稳定，将装有一定量复合材料的模具放入板间，塑化15min后加压,压力为IOMpa,热压时间为4min。将热模具放入到平板硫化机上进行冷压,压力为lOMpa，直至模具完全冷却，然后取出模具。随后通过快中子照相实验测试荧光屏发光性能，在表I中列出了测试结果。 表I中实施例和对比例的发光效率对比，本发明的混合物明显优于对比例的混合物。表I 实施例和对比例参数及其发光效率对比
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权利要求
1.一种快中子荧光屏，其特征在于所述荧光屏的原料按重量百分比组成如下 聚丙烯14% 16% 乙烯-醋酸乙烯共聚物4% 6 %增韧剂4% 6% 硫化锌荧光粉70% 75 % 偶联剂1% 2%。
2.—种权利要求I所述的 快中子荧光屏的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤 a)使用偶联剂对荧光粉进行表面改性 将称量好的硫化锌和偶联剂加入到高速旋转混合机中，进行高速混合反应，当反应温度达到70°C 80°C时，停止混合； b)复合材料的制备 将粘合剂、上述表面处理好的硫化锌以及抗氧剂混合均匀后，在双螺杆挤出机中共混造粒，供干后备用； c)热压成型 设定平板硫化机板上温度为175°C，待温度稳定后，将装有复合材料的模具放入平板硫化机的硫化板之间；塑化2(T30min后加压，压力为lOMpa，放气3飞次，热压时间为.4 1Omin ； d)冷压成型将热模具放到平板硫化机上进行冷压，压力为lOMpa，直至模具完全冷却，然后取出模具；修除毛边，清理表面瑕疵，制得所需快中子荧光屏。
全文摘要
本发明提供了一种快中子荧光屏及其制备方法，本发明的快中子荧光屏原料按重量百分比组成为聚丙烯14%～16％；乙烯-醋酸乙烯共聚物4%～6％；增韧剂4%～6％；硫化锌荧光粉70%～75％；偶联剂1%～2%。本发明提供了一种具有低成本、低伽马噪声干扰、高分辨率等优点的快中子荧光转换屏，能够克服现有快中子转换屏在低准直比高伽马本底条件下成像质量差的缺点，本发明的快中子荧光屏具有低伽玛噪声干扰，分辨率较高等特点。
文档编号C08L23/08GK103113670SQ20131003410
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者唐彬, 吴洋, 霍合勇, 蔡绪福, 刘斌, 唐科, 尹伟, 孙勇, 曹超 申请人:中国工程物理研究院核物理与化学研究所