低余晖液体闪烁体的制备与光学性能研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wjhjordanaaaaaa
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利用一种快闪烁探测器和时间飞行技术(TOF)检测激光聚变产生的中子信号可以为ICF中微型球状靶丸发生的聚变反应提供宝贵的诊断信息。然而,探测聚变反应实验产生的中子信号是很困难的,因为强X射线产生在中子之前。拍瓦激光产生中子脉冲信号和高强度的X射线,即使利用门控光电倍增管可以抑制辐射探测,但是高强度的X射线仍然容易淹没相对较弱的中子信号。因此,具有快衰退时间的低余晖液体闪烁体对中子诊断技术起着举足轻重的作用。在中子成像系统中,由于液体闪烁体封装在毛细管阵列中,当平行于毛细管轴的入射中子穿过液体闪烁体介质时,中子主要与封装于毛细管中的液体闪烁体的H核发生弹性碰撞,由于C核的质量远远大于中子,发生弹性碰撞相对于H核小很多。产生的反冲质子在运动过程中损失能量用于激发闪烁体溶剂分子。闪烁体光的空间分布主要由弹性质子的横向跨越幅度来决定的。根据动量定理、能量守恒,反冲D的射程大约为相同能量的反冲H射程的一半。因此,氘代液体闪烁体可以大大提高中子图像分辨率。液体闪烁体包括溶剂和闪烁体,其中溶剂占整个液体闪烁体的99%(质量比)以上,起着溶液的载体和能量转移作用。因此,溶剂的物理化学性质对液体闪烁体的性能有决定性影响。一种好的溶剂应当具有较好的光学透明性、高闪点、高折射率、长期稳定性和环境友好性。对二甲苯PX具有化学性能稳定、衰退长度长、闪点高等优点;PXE(phenyl-o-xylylethan)具有闪点高、低毒环保、化学性能稳定的性能;DIN(di-isopropylnaphthalene)以较好的离域性受到广大学者的关注。根据文献调研,拟选用PX、PXE和DIN作为液体闪烁体的候选溶剂,分别选用PPO (2,5-Diphenyloxazoze)和bis-MSB (p-bis(o-methylatyryl)-benzene)作为第一闪烁体和第二闪烁体。利用紫外分光光度计测试PX、PXE和DIN三种溶剂的吸光度,PX是三者中衰减长度最长的溶剂。利用荧光光度计测试不同浓度PPO溶解在PX、PXE和DIN的荧光光谱,测试结果表明PPO溶解在PX中的发射光谱与bis-MSB吸收光谱重叠范围大的溶剂。测试相同浓度溶解在PX、PXE和DIN三种溶剂中的荧光衰退时间曲线,以PX为溶剂的液体闪烁体具有快衰退时间常数和权重。结合衰减长度、荧光发射光谱以及荧光衰退时间曲线三个参数,PX是应用于中子诊断技术的最佳液体闪烁体溶剂。以PX为溶剂,制备成不同浓度的PPO液体闪烁体,测试其光产额,寻找出最佳浓度的PPO为3.5g/L;以3.5g/L PPO和不同浓度的第二闪烁体作为液体闪烁体的溶质,测试光产额找出最佳浓度的bis-MSB为30mg/L。最后,以氘代PX作为液体闪烁体溶剂,配制成3.5g/L PPO和30mg/L bis-MSB的氘代液体闪烁体,并测试其氘代率、吸光度、荧光发射光谱以及荧光衰退时间曲线。测试结果表明氘替代氢并没有影响液体闪烁体的光学性能。
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