一种塑料闪烁体及其制备方法及β粒子探测器与流程

本发明涉及一种塑料闪烁体，具体涉及将现有塑料闪烁体进行镀膜并连接硅光电倍增管形成结构上防戳破，功能上具有更高荧光光输出比例的塑料闪烁体，本发明还涉及该塑料闪烁体的制备方法及使用该塑料闪烁体的β粒子探测器。

背景技术：

β粒子的测量应用在放射性表面污染、pm2.5、厚度、惰性气体、³h和¹⁴c核实施气态流出物、环境及饮用水等的测量。测量β粒子的探测器有多种：半导体探测器，gm计数管，流气式及闭气式正比计数器，流气及闭气式电离室，有机或无机闪烁探测器。其中有机闪烁探测器因为环境适应性强，不潮解，方便被加工成各种形状等因素被广泛使用。

使用塑料闪烁体测量β粒子时，首先是β粒子打到塑料闪烁体内，β粒子的能量被塑料闪烁体吸收，部分转换成荧光光子，这些荧光光子被光敏器件光电转换后经电路放大变成电脉冲信号，这样β粒子的信息就被转成电信号可以被后续的器件记录和处理了。单位时间单位面积里测到的粒子数的多少可以反映出多种信息，比如表面污染、pm2.5的浓度、被测物体的厚度、惰性气体的活度浓度、³h和¹⁴c的活度浓度、饮用水中β放射性是否低于国标要求等。

用塑料闪烁体测量β粒子，要给塑料闪烁体一个光密封的环境来避免非闪烁体发光产生的干扰；要有合理的光传输的方式把荧光光子最大限度的传输到光敏器件；光敏器件的吸收光谱要和β粒子能量沉积到塑料闪烁体上时产生的荧光光子的光谱尽可能多的匹配，以便能最大程度的把荧光光子的数量信息反映成光敏器件的电荷数量信息，进而反映出β粒子沉积到塑料闪烁体的能量信息；β粒子的能谱是连续谱，而且能量低的粒子数量大于能量高的粒子数量，这就要求对光敏器件信号放大的电路是低噪声的，同时要求探测器的遮光器件要足够薄可以尽量减少β粒子在遮光器件上的能量损失；塑料闪烁体的荧光持续时间只有2～3ns左右，这要求光敏器件的电路有足够的带宽和高的压摆率。

现有的测量β粒子的塑料闪烁体探测器的光的密封，采用镀铝聚酯薄膜来遮光，用金属或塑料的支架来托住聚酯膜，镀铝聚酯膜外再加上蜂窝状的保护网。这种方式镀铝聚酯膜加托架和保护网的遮光方式会使本该进入探测器的β粒子被托架和蜂窝状保护网吸收，降低探测器的β探测效率。而且，为了降低镀铝聚酯膜对β粒子的吸收，一般镀铝聚酯膜的厚度都在2μm到4μm之间，很容易被戳破。

现有的测量β粒子的塑料闪烁体探测器的荧光都是在塑料闪烁体的测量面的对面输出，即不是从塑料闪烁体的侧面输出，光敏器件在荧光输出面的对面收集荧光。因为塑料闪烁体的折射率一般到大于1.4，而空气的折射率为1.0，故只有小于20％的在闪烁体内产生的荧光光子会从闪烁体的出光面出来，而大量的荧光光子会通过全反射方式从闪烁体的侧面输出。而且出射到密封腔体的光也只有一小部分被光敏器件接受。这样的出光方式严重的降低了β探测效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提出一种塑料闪烁体，包括：具有直平行六面体形貌的塑料闪烁体本体；

所述薄塑料闪烁体本体的两个对立面的外表面设有金属膜；

所述薄塑料闪烁体本体的其余四个面中，至少一个面的表面电连接硅光电倍增管等半导体光敏器件。

进一步地，所述硅光电倍增管固定在所述薄塑料闪烁体本体的面上。

进一步地，所述硅光电倍增管等半导体光敏器件焊接在电路板上。

进一步地，所述电路板电连接有连接器和/或放大电路。

进一步地，所述连接器和/或放大电路固定在所述电路板上。

进一步地，所述金属膜的厚度为100～200nm。

进一步地，所述金属膜的材质为铝、钛中的至少一种。

进一步地，所述直平行六面体形状的塑料闪烁体本体设有至少两种尺寸的面，所述塑料闪烁体本体六面中面积最大的两个对立面设有所述金属膜。

一种上述的塑料闪烁体的制备方法，包括：

步骤一，选取所述塑料闪烁体本体(3)，选取长10～170mm、宽10～170mm和高0.3～5mm的直平行六面体形貌的塑料闪烁体作为所述塑料闪烁体本体(3)，对所述塑料闪烁体本体(3)的表面进行去水分、去油、去污渍、抛光处理；

步骤二，镀金属膜，对除了侧面外的两个对立面进行镀膜，侧面四个面粘上聚酰亚胺薄膜或铝膜进行遮蔽，所述金属膜厚度在100～200nm时，停止镀膜；

步骤三，组合，把粘在所述塑料闪烁体本体(3)上的作为遮蔽用的聚酰亚胺薄膜或铝膜取下，清洗粘结处，把至少一个硅光电倍增管(2)焊接到电路板(1)上，再把带电路板(1)的硅光电倍增管(2)粘结到在未镀膜的面上。

所述步骤二中镀金属膜的方法包括真空蒸镀和离子溅射中的一种。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有如上述的塑料闪烁体。

与现有技术相比，本发明的优点：

(1)使用镀铝层替代镀铝聚酯膜，提高了可靠性，减少了固定镀铝膜的骨架、托架及保护用的蜂窝网。

(2)荧光光子直接在闪烁体里进行反射和全反射从侧面光输出，极大的提高了荧光光子的收集效率。

(3)完整的探测器的厚度可以压缩到小于10mm，面积可以自由拼接，解决以往因探测器面积小而不能实现大面积测量的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是实施例一中塑料闪烁体的示意图，主要是为示意各构件的连接关系和各构件的形貌。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，使本发明技术方案更易于理解和掌握。

本发明中，塑料闪烁体的长、宽和高中，长和宽的长度均不低于高的长度。

【实施例一】

如图一所示，一种塑料闪烁体，包括：长20mm、宽10mm和高1mm的直平行六面体形状的塑料闪烁体本体3；

所述塑料闪烁体本体3六面中，在10mm×20mm的一组对立面设有金属膜。

所述薄塑料闪烁体本体3的其余四个面中，一个10mm×1mm的面上粘硅光电倍增管2，该面作为塑料闪烁体的出光面，所述硅光电倍增管2数量为一个，大小为1mm×1mm×1mm。

所述硅光电倍增管2固定在所述出光面上。

所述硅光电倍增管焊在电路板1上。

所述电路板1电连接有连接器和放大电路。

所述连接器和所述放大电路固定在所述电路板1上。

所述金属膜的厚度为100nm。

所述金属膜的材质为铝。

一种制备上述的塑料闪烁体的制备方法，包括：

步骤一，选取所述塑料闪烁体本体3，选取长20mm、宽10mm和高1mm的直平行六面体形貌的塑料闪烁体作为所述塑料闪烁体本体3，对所述塑料闪烁体本体3的表面先后进行去水分、去油、去污渍、抛光处理；

步骤二，真空蒸镀镀膜，暴露10mm×20mm的一组对立面进行镀膜，其余四个面粘上聚酰亚胺薄膜进行遮蔽，所述金属膜厚度在100nm时，停止镀膜；

步骤三，组合，把粘粘在所述塑料闪烁体本体3上的作为遮蔽用的聚酰亚胺薄膜取下，清洗粘结处，把一个1mm×1mm×1mm的硅光电倍增管2用光学胶粘在清洗处，所述硅光电倍增管2上焊接有所述电路板1。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

【实施例二】

一种塑料闪烁体，包括：长90mm、宽90mm和高3mm的直平行六面体形貌的塑料闪烁体本体；

所述塑料闪烁体本体六面中，在90mm×90mm的一组对立面设有金属膜。

所述薄塑料闪烁体本体的其余四个面中，一面的表面粘接硅光电倍增管，所述硅光电倍增2数量为1个，大小为3mm×3mm×1mm。

所述硅光电倍增管固定在与粘接的所述薄塑料闪烁体本体的面上。

所述硅光电倍增管焊在电路板上。

所述电路板电连接有连接器。

所述连接器固定在所述电路板上。

所述金属膜的厚度为150nm。

所述金属膜的材质为钛。

一种制备上述的塑料闪烁体的制备方法，包括：

步骤一，选取所述塑料闪烁体本体，选取长90mm、宽90mm和高3mm的直平行六面体形貌的塑料闪烁体作为所述塑料闪烁体本体，对所述塑料闪烁体本体的表面先后进去水分、去油、去污渍、抛光处理；

步骤二，离子溅射镀膜，暴露90mm×90mm的一组对立面进行镀膜，其余四个面粘上预先采用铝箔进行遮蔽，所述金属膜厚度在150nm时，停止镀膜；

步骤三，组合，把粘在所述塑料闪烁体本体上的作为遮蔽用的聚酰亚胺薄膜或铝箔取下，清洗粘结处，把一个3mm×3mm×1mm的硅光电倍增管焊接到电路板上，然后再把带电路板的所述硅光电倍增管粘结到所述塑料闪烁体本体未镀膜的面上。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

【实施例三】

一种塑料闪烁体，包括：长150mm、宽130mm和高5mm的直平行六面体形貌的塑料闪烁体本体；

所述塑料闪烁体本体六面中，在长150mm和宽130mm的一组对立面设有金属膜。

所述薄塑料闪烁体本体的其余四个面中，一面的表面电连接硅光电倍增管，所述硅光电倍增管数量为一个，大小为3mm×3mm×1mm。

所述硅光电倍增管焊在电路板上。

所述电路板电连接有放大电路。

所述放大电路固定在所述电路板上。

所述金属膜的厚度为200nm。

所述金属膜的材质为铝。

一种制备上述的塑料闪烁体的制备方法，包括：

步骤一，选取所述塑料闪烁体本体，选取长150mm、宽130mm和高5mm的直平行六面体形貌的塑料闪烁体作为所述塑料闪烁体本体，对所述塑料闪烁体本体的表面先后去水分、去油、去污渍、抛光处理；

步骤二，离子溅射镀膜，暴露150mm×130mm的一组对立面进行镀膜，其余四个面粘上预先采用聚酰亚胺薄膜或铝箔进行遮蔽，所述金属膜厚度在200nm时，停止镀膜；

步骤三，组合，把粘在所述塑料闪烁体本体上的作为遮蔽用的聚酰亚胺薄膜或铝箔取下，清洗粘结处，把一个3mm×3mm×1mm的硅光电倍增管用光学胶粘上所述塑料闪烁体本体未镀膜的面上。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

【实施例四】

由两个实施例一的产物并列拼接成了镀膜面积为20mm×20mm的塑料闪烁体。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

【实施例五】

与实施例一不同之处：所述硅光电倍增管的数量为8个。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

【实施例六】

与实施例一不同之处：所述硅光电倍增管的数量为5个。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

【实施例七】

由四个实施例五的产物拼接成了镀膜面积为40mm×20mm的塑料闪烁体。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

【实施例八】

与实施例一不同之处：所述塑料闪烁体本体的长100mm、宽10mm和高2mm。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

【实施例九】

与实施例一不同之处：所述塑料闪烁体本体的长170mm、宽170mm和高5mm。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

【实施例十】

与实施例一不同之处：所述塑料闪烁体本体的长10mm、宽10mm和高5mm。

一种β粒子探测器，所述β粒子探测器中设有上述的塑料闪烁体。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。