專利名稱：一種評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測方法
一種評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測方法
所屬領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測方法，屬于高能物理 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無機閃爍晶體因能夠有效地把高能輻射轉(zhuǎn)換為光能而被用作高能粒子探測 材料。近年來，隨著核物理和高能物理的迅速發(fā)展，對高性能無機閃爍晶體材 料的需求非常迫切，需要量愈來愈大。尤其當(dāng)前國際上多個高能物理對撞機工
程的陸續(xù)興建；核醫(yī)學(xué)醫(yī)療設(shè)備的大規(guī)模興起，如正電子發(fā)射成像技術(shù)(PET) 等在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。采用新型快速閃爍晶體代替?zhèn)鹘y(tǒng)閃爍晶體將會大大提高 探測效率和分辨率，因而研制高性能閃爍晶體材料是一項具有重大現(xiàn)實意義的 研究工作。
近年來對鎢酸鉛晶體材料(PbW04， PW0)進行了大量的開發(fā)研究工作。 鎢酸鉛晶體本身具有密度大(8.28g/cm3)、輻射長度小(0.89cm)、發(fā)光衰減 時間短(90X的發(fā)光衰減時間小于20ns)和價格低廉等特點，是一種極具應(yīng)用 潛力的閃爍晶體材料。經(jīng)過多年研究該晶體的光輸出及抗輻照能力已大為提高， 歐洲核子研究中心(CERN)建造的大型強子對撞機(LHC)晶體電磁量能器 (ECAL)已使用80000余根大尺寸鎢酸鉛閃爍晶體。
由于LHC是一個高流強的質(zhì)子一質(zhì)子對撞機，工作在LHC上的探測元件必 然要經(jīng)受大劑量的輻照。而PWO晶體經(jīng)高劑量高能粒子長時間輻照后，其內(nèi) 部會形成色心造成吸收，將會減少閃爍發(fā)光，從而影響量能器的能量響應(yīng)特性 和工作性能。因而ECAL對PWO晶體的抗輻照性能也提出了很高的要求。由于 PWO晶體的藍發(fā)光位于420nm附近，要提高鎢酸鉛晶體的光產(chǎn)額就必須使得 晶體在這一發(fā)射波長范圍內(nèi)具有高的透過率，因而通常要根據(jù)光吸收系數(shù)公式w 二丄in(^L)(其中To和T分別是輻照前后晶體的透過率，d是晶體的長度)，計 算^W(f ^體在420nm波長處的輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)，作為衡量晶體的抗輻照性 能強弱的指標。為了檢測鎢酸鉛晶體的抗輻照性能， 一般需要對每一根晶體做某一劑量率
的Y射線輻照測試。此輻照測試要求在20-30 Gy/h劑量率、1000-1500Gy總 輻照劑量下，其Uexp (Y420)值應(yīng)該不大于1.60 nr1。該測試通常需要在專業(yè)的輻 照環(huán)境中進行，且檢測過程復(fù)雜耗時，成本極高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于一種評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測方法，以紫外線
為輻照源。首先通過下述方案對Y射線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)Uexp (Y42Q)與紫外線輻 照誘導(dǎo)吸收系數(shù)U (UV42Q)之間的關(guān)系式進行推導(dǎo)。
將鎢酸鉛晶體送往上海輻照中心進行Y射線輻照，輻照源為Co，輻照計
量率20-30 Gy/h，輻照時間40 — 70h，總輻照劑量1000-1500Gy。輻照后測 試縱向透過光譜，根據(jù)光吸收系數(shù)公式計算每根晶體的Y射線輻照誘導(dǎo)吸收系
數(shù)Pexp (Y420)。
經(jīng)退火處理后，將鴨酸鉛晶體縱向垂直于紫外燈管方向進行紫外輻照，晶
體端面距離燈管5 20cm。輻照源為主波長200 500nm，功率范圍100 — 500 W的直管型紫外線高壓汞燈，輻照時間10-72h。輻照后測試縱向透過光譜，
根據(jù)光吸收系數(shù)公式計算每根晶體的紫外線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)^ (UV420)。
發(fā)明使用的鎢酸鉛晶體六面拋光，目視透明，無宏觀缺陷，尺寸為 3 0*2 20*30 m m3 。將鴇酸鉛晶體的P exp (Y，)與對應(yīng)的ti (uv42Q)作圖(如圖1所示)，
由圖1擬合得到兩者之間的線性關(guān)系式為Ucal(Y420)二A + BU (UV420),式中
A=—1. 13±0.21， B二8. 52±0.73。
本發(fā)明提出的評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測方法包括下述步驟
(1) 將晶體縱向垂直于紫外燈管方向進行紫外線輻照，晶體端面距離燈管
5 20cm。輻照源為主波長200 500nm，功率范圍100 —500 W的直管型紫 外線高壓汞燈，輻照時間10-72h。輻照后測試縱向透過光譜，根據(jù)光吸收系數(shù)
公式計算晶體的紫外線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)"(UV420)。
(2) 根據(jù)關(guān)系式Ucal(Y420):A + Bil(UV420)，式中A =—1. 13 ±Q 21 ，
B = 8. 52± 0. 73 ?？捎嬎愕玫絬 cal(Y420)值的大致范圍。


圖1為P W 0晶體樣品Y射線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)U (Y420)對紫外線輻照誘導(dǎo) 吸收系數(shù)"(UV42Q)的關(guān)系圖，橫坐標為U(UV42。)，縱坐標為yexp(Y訓(xùn))。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明，但非僅限于實施例。 實施例1
將Y射線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)^ exp(Y42。)為1. 65 m-1 (輻照劑量率23. 9Gy/h， 輻照時間47. 5h)的1 #晶體縱向垂直于紫外燈管方向放置在樣品盒中，燈管距 離晶體端面約10cm，經(jīng)主波長365nm，功率300 W的直管形紫外線高壓汞燈 輻照約22h后，測試其縱向透過光譜，根據(jù)光吸收系數(shù)公式計算1#晶體的 420n m波長處的紫外線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)u (群42())為0. 30 m-i,分別代入式
Ucal(Y420) =—1. 34 + 7 . 79U (UV420)禾口 U cal (Y420) =—0. 92+9. 25" (UV420) ， f導(dǎo)至U U cal(Y420)
大致范圍1.00—1.86 m-、
實施例2
將Y射線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)iiexp(Y42Q)為1. 49 m-1 (輻照劑量率24. 5Gy/h， 輻照時間42. 5h)的2 #晶體經(jīng)紫外線輻照后(輻照條件同實施例1)，測試其縱向 透過光譜，根據(jù)光吸收系數(shù)公式計算2弁晶體的420nm波長處的紫外線輻照誘
導(dǎo)吸收系數(shù)y (UV42Q)為0. 26 m-、分別代入式Ucal(Y42Q) =-1. 34 + 7. 79U (UV420)和
iW(Y42o)=-0.92 + 9.25"uv420)，得到Ucai(Y42o)大致范圍0.68—1, 48 m-!。 實施例3
將Y射線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)u，(Y42o)為1. 10 m-1 (輻照劑量率25. 2Gy/h， 輻照時間45h)的3#晶體經(jīng)紫外線輻照后(輻照條件同實施例1)，測試其縱向透 過光譜，根據(jù)光吸收系數(shù)公式計算3#晶體的420nm波長處的紫外線輻照誘導(dǎo) 吸收系數(shù)u (uv柳)為0. 22 m-、分別代入式Pcai(Y42Q) =-1. 34 + 7. 79ii (群420)和
Wcal(Y420)=—0.92+9.25" (UV42Q)，得到lical(Y420)大致范圍0.37—1. 11 m-、
實施例4
將Y射線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)^xp(Y42o)為0. 68 m-1 (輻照劑量率25. 1Gy/h， 輻照時間44. 5h)的4#晶體經(jīng)紫外線輻照后(輻照條件同實施例1)，測試其縱 向透過光譜，根據(jù)光吸收系數(shù)公式計算4井晶體的420nm波長處的紫外線輻照
誘導(dǎo)吸收系數(shù)U(UV42Q)為0.23 m-1。分別代入式y(tǒng)cal(Y42Q)二-1.34 + 7. 79u(uv420)禾口Pcal(Y420)二—0.92+9. 2511 (UV420)，得到"cal(Y420)大致范圍0.45—1.20 111-、
實施例5
將Y射線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)Uexp(Y42。)為2. 52 m-1 (輻照劑量率25Gy/h，輻 照時間58h)的5#晶體經(jīng)紫外線輻照后(輻照條件同實施例1)，測試其縱向透過 光譜，根據(jù)光吸收系數(shù)公式計算5#晶體的420nm波長處的紫外線輻照誘導(dǎo)吸
收系數(shù)U(UV42Q)為0.38 m-1。分別代入式"cal(Y42Q)二-l. 34+7. 79U (UV420)和
Ucai(Y42o)=-0.92 + 9.25u(uv420)，得到Ucai(Y咖)大致范圍1.62 —2. 59 m-權(quán)利要求
1、一種評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測方法，包括下述步驟(1)將晶體縱向垂直于紫外燈管方向放置在輻照裝置中進行紫外線輻照，輻照后測試縱向透過光譜，根據(jù)光吸收系數(shù)公式計算晶體的紫外線輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)μ(uv420)；(2)根據(jù)關(guān)系式μca1(γ420)＝A+Bμ(uv420)，式中A＝-1.13±0.21，B＝8.52±0.73，可計算得到μca1(γ420)值。
2、 按權(quán)利要求1所述的一種評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測方法，其 特征在于輻照源為主波長200 500nrn，功率范圍100 — 500W的直管型紫外線高 壓汞燈，輻照時間10-72h。
3、 按權(quán)利要求1所述的一種評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測方法，其 特征在于所述的輻照時間10-72h。
4、 按權(quán)利要求1或2或3所述的一種評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測 方法，其特征在于晶體端面距離輻照燈管5 20cm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種評估鎢酸鉛晶體的抗輻照性能的檢測方法，本發(fā)明利用PWO晶體在特定γ射線輻照劑量下與紫外線輻照下的輻照誘導(dǎo)吸收系數(shù)之間的線性關(guān)系，通過紫外線輻照晶體結(jié)果直接估算該晶體在γ射線輻照后的輻照誘導(dǎo)系數(shù)，從而對PWO晶體的抗γ射線輻照性能進行快速評估。本發(fā)明提供的方法采用簡便、安全的紫外線輻照來模擬γ射線輻照效果，大大簡化了PWO晶體抗輻照性能的檢測過程。
文檔編號G01N17/00GK101424615SQ20081020391
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者巍 熊, 暉 袁, 良 陳 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所