基于填充Gd2O2S:Tb毛細玻璃管陣列的冷中子成像熒光屏的研究

李 達 譚西早 張繼龍 薛云飛 駱無瑕 靳 柯 楊麗芳 武朝輝

1（北京理工大學材料學院 北京 100081）

2（國家核安保技術中心 北京 102401）

冷中子照相是對復雜物品的結構進行無損檢測的一個重要工具，能夠彌補X射線照相和γ射線照相等技術的不足。中子敏感熒光屏是冷中子照相系統的關鍵部件，其原理是通過冷中子與中子敏感材料發生相互作用產生的載能次級帶電粒子與熒光物質作用，產生具有一定頻率的熒光。中子敏感熒光屏可以將中子穿透樣品后的空間分布在中子熒光屏上轉換為光強分布，再通過數字影像讀出設備（Charge Coupled Device，CCD）相機系統讀出該光強分布，從而實現對樣品的實時成像測量。這類基于中子敏感熒光屏加CCD光學讀出的中子成像探測器的空間分辨率可以達到微米量級［1］，并在多個科研領域得到應用［2］。

目前，應用比較廣泛的冷中子熒光屏之一是6LiF：ZnS（Ag）熒光屏［3-5］。該閃爍屏是由6LiF和ZnS（Ag）混合粉末均勻涂抹在襯底材料上制成，襯底材料一般是鋁。其中，6LiF中的6Li用于吸收中子；而ZnS（Ag）熒光粉是用來將6Li與中子反應釋放出的帶電粒子轉換為光子。隨著冷中子照相技術的發展和應用范圍的拓展，該轉換屏的中子探測效率和空間分辨率逐漸難以滿足需求，尤其在對空間分辨要求較高的應用場合。一方面，由于6Li的冷中子吸收截面相對較小，使得中子探測效率相對偏低。增加熒光屏的厚度可以增加中子探測效率，但是卻會由于閃爍光在厚熒光屏中的橫向擴散而導致閃爍屏的空間分辨變差，因而僅靠增加屏的厚度難以提高熒光屏對冷中子的吸收效率。……