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随着核探测技术研究不断深入及其应用范围不断扩展,对核探测器的设计提出了新的要求。有些环境温度多变,存在强电场和磁场,而光电转换器件易受环境温度、电场、磁场的影响。传统的闪烁探测器是将闪烁体和光电转换器件封装在一起,这种结构的探测器在许多场合的应用受到限制,利用闪烁光纤可以将光电转换装置放置在辐射环境之外,有助于探测器稳定地工作。因此研究光纤伽玛辐射探测技术十分有意义。
本文研制了用于伽玛辐射探测的闪烁光纤。利用高分子自聚合制备了对三联苯(PTP)和1,4-双[2-(5-苯基)恶唑基]苯(POPOP)掺杂的塑料闪烁光纤;用溶胶-凝胶法制备了碘化铯(CsI)和碘化钠(NaI)掺杂的二氧化硅凝胶闪烁光纤;用核壳结构CdSe/ZnS量子点填充特种毛细管制备了液芯闪烁光纤。将闪烁光纤作为能量转换器,通过普通光纤与光电倍增管耦合,用计算机读取光电倍增管的脉冲信号并计数,构建了伽玛辐射探测系统。
本课题探索了闪烁光纤的制备工艺。使用铯-137放射源辐照闪烁光纤产生荧光并获得光子计数。回归分析表明,所制备闪烁光纤的光子计数与辐射剂量间存在良好线性关系。获得了闪烁光纤的荧光发光光谱。实验结果表明所制备的闪烁光纤能够对伽玛辐射进行探测。研究发现,提高掺杂浓度、光纤直径、使用反射层可以提高掺杂PTP/POPOP的塑料闪烁光纤的探测能力。提高掺杂浓度并优化制备工艺、优化掺杂剂可提高CsI/NaI掺杂的二氧化硅凝胶闪烁光纤的探测能力。量子点填充的液芯闪烁光纤的性能有较大的改善空间。
以光子计数为指标,分析比较了几种闪烁光纤的性能趋势。研究发现,CsI/NaI掺杂的二氧化硅凝胶闪烁光纤略优于CdSe/ZnS量子点填充液芯闪烁光纤,两者均优于PTP/POPOP掺杂的塑料闪烁光纤。CsI/NaI掺杂的二氧化硅凝胶闪烁光纤和量子点液芯闪烁光纤对伽玛射线的探测性能与商用塑料闪烁光纤BCF-20相当。辐射剂量较小时,掺杂CsI闪烁光纤和填充CdSe/ZnS量子点的闪烁光纤性能较好;辐射剂量增大时,掺杂NaI闪烁光纤和商用塑料闪烁光纤计数值提高较快,对结果进行了初步分析。