俄羅斯物理學家近日提出一種用于中子記錄的閃爍玻璃制造技術,可實現工業規模生產且在俄具備可行性。相關研究成果發表于《粒子與核物理學》雜志,該技術將應用于核電工程、醫學及輻射監測系統等領域。
閃爍玻璃是一種能使電離粒子(如γ量子、α粒子和β粒子)產生閃光的材料,常用于輻射探測器以記錄和測量粒子能量。此次研發的閃爍玻璃基于同位素鋰-6,其作為吸收劑可將中子轉化為帶電粒子。研究團隊提出了一種無需高科技設備的生產方法,使小型實驗室也能掌握該技術,所得材料性能與國外同類產品相當。
莫斯科物理技術學院(MIPT)科學家首次利用微波輻射實現快速均勻加熱,玻璃熔化過程在空氣中進行,耗時約兩小時。該技術確保了熔體的高純度及Ce³?和Ce??摻雜離子的最佳比例,這些離子對材料的高光輸出和透明度至關重要。此外,研究團隊重新開發了玻璃熔煉用粉末混合物配方。
MIPT基礎相互作用實驗室首席研究員伊戈爾·克雷斯洛(Igor Kreslo)解釋稱,玻璃中的閃爍過程對成分含量極為敏感,鋰-6同位素含量直接影響中子記錄效率。實驗表明,新型玻璃的光輸出為3900±280個光子/中子,1.05毫米厚玻璃的熱中子記錄效率為5.25±1.06%,性能略低于國外旗艦產品GS20。
研究過程中,科學家曾因高純度三氟化鈰供應延遲,轉而從上世紀末的燧石中提取鈰,意外獲得了優質閃爍玻璃。未來,研究團隊計劃通過增加鋰-6含量提升中子探測效率,并探索使用純鋰-7同位素生產兩種不同中子靈敏度的玻璃,以優化中子選擇性并減少背景伽馬輻射干擾。
該研究由莫斯科物理技術學院、聯合核研究中心及庫爾恰托夫研究所國家研究中心的科學家共同完成。