專利名稱：鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體及其坩堝下降法制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體領(lǐng)域，具體涉及一種鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體及其坩堝下降 法制備方法。
背景技術(shù)：
中子是一種幾乎不帶電的基本粒子，它具有穿透力強(qiáng)、能識(shí)別輕元素特別是氫 和鋰等元素、分辨近鄰元素、實(shí)現(xiàn)同位素替換、探測(cè)原子磁矩、測(cè)定材料內(nèi)部的動(dòng)力學(xué) 特性等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)中子進(jìn)行有效而準(zhǔn)確地探測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原子反應(yīng)堆鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng) 過(guò)程的監(jiān)控與研究、是軍事上對(duì)敵我雙方核彈頭存在的位置和數(shù)量進(jìn)行檢查和探測(cè)的必 要手段、是實(shí)現(xiàn)對(duì)炸藥與毒品等低密度隱蔽物的有效檢測(cè)從而進(jìn)行反恐、打擊走私與販 毒斗爭(zhēng)的重要武器，此外，中子作為探針在材料學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科中，可以提供有關(guān)材 料結(jié)構(gòu)和動(dòng)力基礎(chǔ)的微觀信息。中子源是中子技術(shù)綜合應(yīng)用和研究的大型技術(shù)平臺(tái)，為了建立下一代中子源， 要求開發(fā)出新一代具有高效率，位置敏感的中子探測(cè)器。而中子探測(cè)用材料需要具備衰 減時(shí)間短、高光輸出和高能量分辨率、高α/β比率、折射率小、高抗輻照硬度等綜合 性能。為了區(qū)分探測(cè)器中Y射線背景信號(hào)，獲得最佳的辨別效果，要求材料具有低的 Y射線敏感性(元素的原子序數(shù)要小)、高的中子響應(yīng)截面σ。表l.Li6Gd(BO3)3:Ce與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)中子探測(cè)材料閃爍性能的對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體，所述閃爍晶體的基質(zhì)晶體為硼酸釓釔鋰晶體、 硼酸釓鋰晶體或硼酸釔鋰晶體，且所述鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的化學(xué)式為L(zhǎng)i6Gdl x yYxCey(BO3)3,其中χ的取值范圍為O 0.9999，y的取值范圍為0.0001 0.1，且滿足 x+ySl。
2.如權(quán)利要求1中所述鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體，其特征在于，所述χ的取值范圍 為0.005 0.995，y的取值范圍為0.001 0.05。
3.權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的制備方法，包括 如下步驟1)晶體生長(zhǎng)原料的配取按比例稱量各種原料后混合均勻成為配合料；2)多晶原料的合成將配合料壓成料塊后在中性氣氛中預(yù)燒結(jié)制得 Li6Gd1^yYxCey (BO3) 3 多晶原料；3)晶體制備將多晶原料和籽晶放入坩堝內(nèi)并密閉坩堝，然后將坩堝置于晶體爐 中，在高于Li6GdmYxCey (BO3) 3熔點(diǎn)40 120°C的溫度范圍內(nèi)熔融坩堝內(nèi)原料和籽晶頂 部，通過(guò)坩堝下降法生長(zhǎng)晶體。
4.如權(quán)利要求3中所述的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的制備方法，其特征在于，所述 步驟1)中的原料包括含B元素原料、含Gd元素原料、含Y元素原料，含Ce元素原 料和含Li元素原料。
5.如權(quán)利要求4中所述的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的制備方法，其特征在于，所述 含B元素原料選自H3BO3或B2O3 ；含Gd元素原料為Gd2O3 ；含Y元素原料為Y2O3 ；含 Ce元素原料選自CeO2、Ce (NO3) 3或CeF3 ；含Li元素原料選自Li2CO3^ LiOH或Li2O。
6.如權(quán)利要求3中所述的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的制備方法，其特征在于， 所述步驟3)中的晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)界面的溫度為10-60°C/cm，坩堝下降速度為 0.02-4mm/h。
7.如權(quán)利要求3中所述的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的制備方法，其特征在于，所述 步驟2)中的預(yù)燒結(jié)的溫度為610-710°C，預(yù)燒結(jié)的時(shí)間為大于lh。
8.如權(quán)利要求3中所述的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的制備方法，其特征在于，所 述步驟3)中，還需要對(duì)下降法生長(zhǎng)獲得的晶體進(jìn)行退火后處理，且所述退火后處理的具 體步驟為將晶體置于溫度均勻分布的晶體爐中，在中性氣氛的保護(hù)下，升溫至600 800°C,并在該溫度范圍內(nèi)進(jìn)行保溫，保溫后降至室溫。
9.如權(quán)利要求8中所述的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的制備方法，其特征在于，所述 升溫速率為40 80°C /h,降溫速率為20 40°C /h。
10.如權(quán)利要求3中所述的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的制備方法，其特征在于，所 述步驟3)中的坩堝的材質(zhì)為鉬、銥、釕或銠中的一種，坩堝為一層或多層，每層厚度為 0.05 0.30mm。
11.權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體在中子探測(cè)領(lǐng) 域的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及晶體領(lǐng)域，具體涉及一種鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體及其坩堝下降法制備方法。本發(fā)明的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的化學(xué)式為L(zhǎng)i6Gd1-x-yYxCey(BO3)3，其中x的取值范圍為0～0.9999，y的取值范圍為0.0001～0.1。本發(fā)明的鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體通過(guò)以電負(fù)性及離子半徑相近，而原子序數(shù)相對(duì)更小的元素Y來(lái)部分置換Gd元素，優(yōu)化了硼酸釓鋰晶體對(duì)于中子的探測(cè)性能，并降低了晶體制備的原料成本。本發(fā)明的下降法制備具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，能耗低，生長(zhǎng)效率高、成本低可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C30B29/22GK102021651SQ20091019556
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者丁棟舟, 任國(guó)浩, 張衛(wèi)東, 楊帆, 潘尚可, 陳曉峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所