本實用新型涉及高能粒子或射線的輻照探測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種閃爍探測器。
背景技術(shù)：
閃爍晶體材料是一種吸收高能粒子后發(fā)出可見光的功能材料，被廣泛的應(yīng)用于影像核醫(yī)學(xué)(PET)、核物理及高能物理、工業(yè)CT、油井勘探、安全稽查、核空間物理、核測量學(xué)等重要領(lǐng)域，特別是日本福島核泄漏事故以來，核探測領(lǐng)域?qū)﹂W爍晶體的需求急劇增加。另據(jù)有關(guān)報道全球僅醫(yī)用閃爍體年需求量就將達(dá)175t。與普通的塑料、液體、液晶以及熒光粉等閃爍材料相比，無機閃爍晶體具有密度高、體積小、物化性能和閃爍性能優(yōu)良等顯著特點，從而使它在所有實用的閃爍材料中占據(jù)了重要的地位。
自20世紀(jì)80年代初期，我國先后開發(fā)出了多種閃爍晶體，如：Bi4Ge3O12(BGO)，BaF2，CeF3，CsI:Tl以及PbWO4(PWO)等，在國際核探器界特別是高能物理實驗領(lǐng)域享有盛譽。這些閃爍晶體被廣泛的應(yīng)用于PET掃描系統(tǒng)、ISPA相機、SEM顯示等。伴隨著高能物理，核科學(xué)探測器件向小型化、緊湊化、精密化方向發(fā)展，對閃爍晶體性能提出了愈發(fā)苛刻的要求：高密度(≥5g/cm3)、超快衰減(＜1ns)、高光輸出(≥6000光子/MeV)、高輻照強度(106rad)、低成本等。晶體如BaF2快分量的衰減時間最短，具有優(yōu)良的時間分辨能力，但其密度較低，衰減長度較大，發(fā)光波長太短而難于用普通的光電器件讀出。對于NaI：Tl和CsI：TI來說，其光產(chǎn)額大有利于能量分辨能力的提高，但衰減時間長、響應(yīng)慢，且抗輻射能力差，只能適用于低輻射場臺。BGO的衰減長度最短，具有良好的輻射阻斷能力，但較高的折射率對它的光輸出能力會產(chǎn)生不利影響。為了尋求更巨大和潛在的應(yīng)用，研究學(xué)者希望找到一種“理想的”閃爍晶體，其具有NaI(Tl+)和CsI(Tl+)級別的光產(chǎn)額、BGO的強截止能量、BaF2的超快衰減速度，鎢酸鹽的低成本等優(yōu)勢。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型所要解決的是現(xiàn)有閃爍晶體無法同時滿足高密度、超快衰減和高光輸出的要求的問題，提供一種閃爍探測器。
為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種閃爍探測器，由金屬腔體、金屬過濾層、ZnO:Sc單晶片、耐溫玻璃窗口、光纖面板、UVT導(dǎo)光管、光電倍增管和分壓器組成；金屬腔體為自探測的前端向后端貫通的中空腔體，金屬過濾層、ZnO:Sc單晶片、耐溫玻璃窗口、光纖面板、UVT導(dǎo)光管、電倍增管和分壓器緊固在金屬腔體內(nèi)，并在金屬腔體內(nèi)自探測的前端向后端依次排列；金屬過濾層外接地線；光電倍增管的陰極連接UVT導(dǎo)光管，陽極與分壓器相連。
上述方案中，金屬腔體分為探測前端腔體和光電轉(zhuǎn)換腔體2個部分；其中金屬過濾層、ZnO:Sc單晶片、耐溫玻璃窗口、光纖面板和UVT導(dǎo)光管置于探測前端腔體內(nèi)；光電倍增管和分壓器置于光電轉(zhuǎn)換腔體內(nèi)。
上述方案中，探測前端腔體為鋁合金材料；光電轉(zhuǎn)換腔體為為銅合金。
上述方案中，金屬過濾層為鍍于ZnO:Sc單晶片的前表面及厚度邊緣表面的金屬層。
上述方案中，金屬過濾層為金、鋁、鋅或錫。
上述方案中，ZnO:Sc單晶片為圓形晶片。
上述方案中，耐溫玻璃窗口為圓形玻璃片。
上述方案中，耐溫玻璃窗口為派熱克斯玻璃、硼鋁玻璃、高硼硅玻璃或耐溫石英玻璃。
上述方案中，耐溫玻璃窗口的橫截面尺寸等于或大于ZnO:Sc單晶片的通光口徑。
上述方案中，UVT導(dǎo)光管呈錐形。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下特點：
1、以ZnO:Sc單晶(密度＞5.61g/cm3，衰減時間≤1ns，光輸出≥15000ph/MeV)作為閃爍體的超快閃爍探測器件，達(dá)到了適應(yīng)未來大加速器(能量高達(dá)10TeV以上)以及第三代高能物理、核物理同步輻射探測器的高密度、超快衰減、高光輸出要求，填補國內(nèi)低溫閃爍領(lǐng)域用晶體材料特別是高質(zhì)量鉬摻雜氧化鋅閃爍晶體的空白；
2、使用摻鈧氧化鋅單晶作為閃爍體，并對其表面進行離子濺射鍍膜，達(dá)到了減少輻射探測中非探測粒子如氘核，氚核，二次電子影響的效果，使探測性能大大提升。
3、使用光纖面板與UVT光導(dǎo)管組合傳導(dǎo)光子系統(tǒng)，使光子傳導(dǎo)效率提升，光子位移更精確，大大提高了α粒子輻射探測精度與超快探測的可靠性。
4、整體構(gòu)造簡單，探測效果明顯，能夠適用于高能質(zhì)子、高能α粒子、x射線、硬x射線、γ射線的輻照探測。
附圖說明
圖1為一種閃爍探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號：1、金屬腔體；2、金屬過濾層；3、ZnO:Sc單晶片；4、耐溫玻璃窗口；5、光纖面板；6、UVT導(dǎo)光管；7、光電倍增管；8、分壓器。
具體實施方式
一種閃爍探測器，如圖1所示，主要由金屬腔體1、金屬過濾層2、ZnO:Sc單晶片3、耐溫玻璃窗口4、光纖面板5、UVT導(dǎo)光管6、光電倍增管7和分壓器8組成。
金屬腔體1用于保護承載探測系統(tǒng)，并隔離電離輻射。金屬腔體1分為探測前端腔體和光電轉(zhuǎn)換腔體兩部分。探測前端腔體為鋁合金材料，內(nèi)部做鈍化處理。金屬過濾層2、ZnO:Sc單晶片3、耐溫玻璃窗口4、光纖面板5和UVT導(dǎo)光管6自探測的前端向后端依次疊置于探測前端腔體內(nèi)。光電轉(zhuǎn)換腔體為銅合金，內(nèi)部做電鍍硬鉻處理。光電倍增管7和分壓器8自探測的前端向后端依次疊置于光電轉(zhuǎn)換腔體內(nèi)。
金屬過濾層2用于消除和屏蔽背景輻射，如氘核，氚核，二次電子等。金屬過濾層2使用離子濺射鍍膜機在ZnO:Sc單晶片3的前表面及厚度邊緣表面蒸鍍一層極薄的金屬層，該金屬層可為金，鋁，鋅或錫等。金屬過濾層2的外端連接地線。在本實用新型中，金屬過濾層2的厚度為<15μm。在本實施例中，金屬過濾層2的為1μm。
ZnO:Sc單晶片3用于接收放射性射線及高能粒子、粒子束并發(fā)出閃爍光子。ZnO:Sc單晶片3由水熱法生長的鉬摻雜氧化鋅單晶按照不同探測需要厚度經(jīng)+C方向切割，研磨，拋光制得。ZnO:Sc單晶片3的輻射探測端面為晶體的(0001)晶面，且根據(jù)探測需要，其形狀與厚度設(shè)計不同。在本實施例中，ZnO:Sc單晶片3的輻射探測端面為晶體的晶面，形狀為1英寸半徑的圓形晶片，厚度為3mm。
耐溫玻璃窗口4用于傳導(dǎo)閃爍晶體發(fā)出的閃爍光，并起到隔熱作用。耐溫玻璃窗口4位于ZnO:Sc單晶片3的后方，為圓形玻璃片，其材料為高透過的派熱克斯玻璃、硼鋁玻璃、高硼硅玻璃、耐溫石英玻璃中的一種，其橫截面尺寸等于或大于ZnO:Sc單晶片3的通光口徑，其厚度<10mm。在本實施例中，耐溫玻璃窗口4為高透過的高硼硅圓形玻璃片，厚度為6mm。光纖面板5用于引導(dǎo)和準(zhǔn)直閃爍光子通過真空區(qū)域，限制閃爍光在輸送過程的散射，以確保閃爍探測的位置分辨率。UVT導(dǎo)光管6用于吸收、匯聚和傳導(dǎo)閃爍光。光纖面板5和UVT導(dǎo)光管6構(gòu)成光傳導(dǎo)系統(tǒng)，其根據(jù)探測需要，其形狀與厚度設(shè)計不同。在本實施例中，UVT導(dǎo)光管6呈錐形。
光電倍增管7用于進行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生光電子，電子運動并倍增，并在陽極輸出回路輸出信號。光電倍增管7的陰極連接UVT導(dǎo)光管6，陽極通過一管座與分壓器8相連。
分壓器8用于測量光電倍增管直流電壓。
本實用新型使用摻鈧氧化鋅單晶作為閃爍體，其厚度分別選取3mm，1mm，2mm，3.5mm，5mm，均經(jīng)過嚴(yán)格的研磨拋光，測試平均能量18keV室溫脈沖x射線60ps(FWHM)激發(fā)下主要成分衰減時間都在0.9ns(70％))以下。此外，本實用新型整體構(gòu)造簡單，探測效果明顯，達(dá)到了高密度(≥5g/cm3)、超快衰減(<1ns)、高光輸出(≥6000光子/MeV)、高輻照強度(106rad)、低成本的要求。