本發(fā)明涉及快中子成像領(lǐng)域，特別涉及一種基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器及成像方法。

背景技術(shù)：

1、快中子對大多數(shù)物質(zhì)具有較強(qiáng)的穿透能力，因此快中子成像是大尺寸部件射線無損檢測領(lǐng)域內(nèi)具有潛力的技術(shù)手段?？熘凶娱W爍屏是快中子成像系統(tǒng)的重要組成部分，它通過將快中子入射信號有效地轉(zhuǎn)換為可見光輸出信號。

2、商業(yè)上使用的快中子成像屏材料包括塑料閃爍體（ne102或ej200）和聚丙烯(pp)/zns型商用閃爍體（zns?(ag):?pp和zns?(cu):?pp），它們具有較高的氫密度，從而促進(jìn)了質(zhì)子與快中子的相對高的相互作用截面。值得注意的是，使用上述閃爍體進(jìn)行快中子成像的原理都是基于核反沖法，快中子通過彈性散射與閃爍體中的氫相互作用，產(chǎn)生反沖質(zhì)子，通過電離和激發(fā)沉積能量。然而，基于氫原子的核反沖方法有其固有的局限性。具體而言，反應(yīng)產(chǎn)生的反沖質(zhì)子的平均能量較大且分布較分散，導(dǎo)致整體能量擴(kuò)散面積或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(psf)較寬，對成像的空間分辨率產(chǎn)生不利影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、快中子熒光擴(kuò)散分布小的基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，并提供基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像方法。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，包括用于吸收快中子并轉(zhuǎn)換成閃爍熒光的快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏、用于收集和反射快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏發(fā)射的閃爍熒光的光路系統(tǒng)和探測成像系統(tǒng)，成像物體位于快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏前方，光路系統(tǒng)位于快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏后方，探測成像系統(tǒng)位于光路系統(tǒng)側(cè)方；所述快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏包括含氯銅基鹵化物鈣鈦礦cs5cu3cl8-xix，1≤?x≤2。

3、上述基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，所述快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏表面形狀為圓形，直徑為1~10?cm，厚度為1~5?mm。

4、上述基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，所述快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏表面形狀為正方形，邊長為1~10?cm，厚度為1~5?mm。

5、上述基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，所述快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏的制作過程為：按照cs5cu3cl8-xix的化學(xué)計(jì)量比，將cscl、cucl和csi混合均勻，然后將混合物真空密封后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)得到cs5cu3cl8-xix粉體，最后采用壓片機(jī)進(jìn)行片體成型。

6、上述基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，所述光路系統(tǒng)為光學(xué)反射鏡，光學(xué)反射鏡與快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏、探測成像系統(tǒng)之間形成45°夾角，用于快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏發(fā)射的閃爍熒光并進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折。

7、上述基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，所述探測成像系統(tǒng)包括像增強(qiáng)器和成像相機(jī)，像增強(qiáng)器和成像相機(jī)位于同一直線上，經(jīng)光學(xué)反射鏡反射的閃爍熒光經(jīng)像增強(qiáng)器后送入成像相機(jī)。

8、上述基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，所述像增強(qiáng)器為微通道板、微光攝像管或光放大器，所述成像相機(jī)為ccd相機(jī)或scmos相機(jī)。

9、上述基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，整個(gè)快中子成像探測器置于暗室中，避免環(huán)境光干擾。

10、一種基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像方法，包括以下步驟：

11、步驟一：將快中子束流從成像物體前方射入，快中子束流經(jīng)成像物體后撞擊到快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏上；

12、步驟二：快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏基于35cl?(n,?p)核反應(yīng)來吸收快中子，并將快中子轉(zhuǎn)換成閃爍熒光發(fā)射出去；

13、步驟三：光路系統(tǒng)將快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏發(fā)射的閃爍熒光進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折，射往探測成像系統(tǒng)；

14、步驟四：探測成像系統(tǒng)將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，最終輸出為圖像信號。

15、本發(fā)明的有益效果在于：

16、1、本發(fā)明的快中子成像探測器包括用于吸收快中子并轉(zhuǎn)換成閃爍熒光的快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏，快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏包括含氯銅基鹵化物鈣鈦礦cs5cu3cl8-xix，快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏是基于35cl?(n,?p)核反應(yīng)來探測快中子。相比核反沖法，35cl?(n,?p)核反應(yīng)對同樣入射能量的快中子產(chǎn)生的次級質(zhì)子的平均能量較小且單色性更好，使熒光擴(kuò)散分布更小，因此得到了更好的成像空間分辨率。

17、2、本發(fā)明的快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏是基于自限域激子發(fā)光原理工作的，高能粒子產(chǎn)生次級電子，通過聲子散射（熱化）損失能量，到達(dá)導(dǎo)帶邊緣后，這些次級電子通過庫侖相互作用與空穴結(jié)合，形成自由激子，自由激子隨后通過晶格畸變弛豫成自限域激子，具有較大的斯托克斯位移和高的光產(chǎn)額，有效提高了閃爍屏的探測效率。

18、3、本發(fā)明的快中子成像探測器中，快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏的制作過程為：按照cs5cu3cl8-xix的化學(xué)計(jì)量比，將cscl、cucl和csi混合均勻，然后將混合物真空密封后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)得到cs5cu3cl8-xix粉體，最后采用壓片機(jī)進(jìn)行片體成型，可根據(jù)應(yīng)用場景和環(huán)境，選擇制備不同尺寸、厚度和形狀的快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏，通過選擇不同厚度的快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏可實(shí)現(xiàn)不同能量快中子成像。

技術(shù)特征：

1.一種基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，其特征在于，包括用于吸收快中子并轉(zhuǎn)換成閃爍熒光的快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏、用于收集和反射快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏發(fā)射的閃爍熒光的光路系統(tǒng)和探測成像系統(tǒng)，成像物體位于快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏前方，光路系統(tǒng)位于快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏后方，探測成像系統(tǒng)位于光路系統(tǒng)側(cè)方；所述快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏包括含氯銅基鹵化物鈣鈦礦cs5cu3cl8-xix，1≤?x≤2。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，其特征在于，所述快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏表面形狀為圓形，直徑為1~10?cm，厚度為1~5?mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，其特征在于，所述快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏表面形狀為正方形，邊長為1~10?cm，厚度為1~5?mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，其特征在于，所述快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏的制作過程為：按照cs5cu3cl8-xix的化學(xué)計(jì)量比，將cscl、cucl和csi混合均勻，然后將混合物真空密封后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)得到cs5cu3cl8-xix粉體，最后采用壓片機(jī)進(jìn)行片體成型。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，其特征在于，所述光路系統(tǒng)為光學(xué)反射鏡，光學(xué)反射鏡與快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏、探測成像系統(tǒng)之間形成45°夾角，用于快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏發(fā)射的閃爍熒光并進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，其特征在于，所述探測成像系統(tǒng)包括像增強(qiáng)器和成像相機(jī)，像增強(qiáng)器和成像相機(jī)位于同一直線上，經(jīng)光學(xué)反射鏡反射的閃爍熒光經(jīng)像增強(qiáng)器后送入成像相機(jī)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，其特征在于，所述像增強(qiáng)器為微通道板、微光攝像管或光放大器，所述成像相機(jī)為ccd相機(jī)或scmos相機(jī)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器，其特征在于，整個(gè)快中子成像探測器置于暗室中，避免環(huán)境光干擾。

9.一種基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像方法，是采用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于含氯鹵化物閃爍屏的快中子成像探測器及成像方法，快中子成像探測器包括快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏、用于收集和反射快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏發(fā)射的閃爍熒光的光路系統(tǒng)和探測成像系統(tǒng)，成像物體位于快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏前方，光路系統(tǒng)位于快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏后方，探測成像系統(tǒng)位于光路系統(tǒng)側(cè)方。本發(fā)明的快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏包括含氯銅基鹵化物鈣鈦礦Cs<subgt;5</subgt;Cu<subgt;3</subgt;Cl<subgt;8?x</subgt;I<subgt;x</subgt;，快中子閃爍體轉(zhuǎn)換屏是基于<supgt;35</supgt;Cl(n,p)核反應(yīng)來探測快中子。相比核反沖法，<supgt;35</supgt;Cl(n,p)核反應(yīng)對同樣入射能量的快中子產(chǎn)生的次級質(zhì)子的平均能量較小且單色性更好，使熒光擴(kuò)散分布更小，因此得到了更好的成像空間分辨率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉林月,萬鵬穎,歐陽曉平,吳璇,鐘向麗,劉志宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湘潭大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15