一种散裂中子源用的粒子束影像涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及散裂中子源靶体粒子束成像领域，特别是涉及一种散裂中子源用的粒子束影像涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]中国散裂中子源是国家重大科技基础设施项目，它是一个用中子来了解微观世界的工具；为我国在物理学、化学、生命科学、材料科学、纳米科学、医药、国防科研和新型核能开发等学科前沿领域的基础研宄和高新技术开发研宄提供一个新进、功能强大的大科学研宄平台。中国散裂中子源是发展中国家拥有的第一台散裂中子源，和正在运行的美国、日本与英国散裂中子源一起，构成世界四大脉冲散裂中子源。
[0003]其中，散裂中子源的中子是通过高能质子束流轰击重金属靶体产生，为了准确判断高能质子束流轰击到靶体的位置和束流分布，目前使用的方法是，在金属靶体前窗表面增加一层影像涂层，入射的粒子束轰击该影像涂层时，影像涂层会发出特定波长范围的光，通过将影像涂层发出的光收集、引出并成像，可判断高能质子束流轰击到靶体前窗位置的分布和强度。
[0004]由于散裂中子源这种大型的大科学基础设施相对较少，相关研宄报道也很有限，包括中国在内的四大脉冲散裂中子源中，也只有美国的散裂中子源中有影像涂层的相关介绍；并且也仅限于介绍可以通过影像涂层实现对轰击靶体的准确判断，至于其影像涂层的具体成分，影像涂层怎样制备等都未曾公布。
【发明内容】
[0005]本申请的目的是提供一种新的特别适用于散裂中子源靶体的粒子束影像涂层，及其制备方法。
[0006]本申请采用了以下技术方案:
[0007]本申请公开了一种用于散裂中子源靶体的粒子束影像涂层，影像涂层涂覆于被轰击的靶体前窗外表面，影像涂层的主要活性成份为Cr3+掺杂的Al 203粉体。
[0008]需要说明的是，由于目前世界上的散裂中子源设备很少，关于影像涂层的介绍仅仅只有美国的散裂中子源有提到，并且相关技术都处于保密状态；因此，如何选择合适的涂层材料，保障有效的发光效率，对得到准确影像是至关重要的。本申请经过大量的研宄和分析，最终认为Cr3+掺杂的Al 203粉体作为涂层，所产生的特定波长的红光，能够满足散裂中子源的影像涂层需求。可以理解，后续的光路引出和光学分析，采用传统的光学系统即可，在此不累述。
[0009]优选的，影像涂层中Cr3+的掺杂量为总重量的1% -5%。需要说明的是，根据本申请的研宄显示，Cr3+的掺杂量会影响影像涂层的发光效率，本申请优选的Cr3+的掺杂量为总重量的1% _5%。
[0010]优选的，Al2O3粉体中86%以上为α相粉体。需要说明的是，根据本申请的研宄显示，α相Al2O3对发光效率有重要影响，Al2O3粉体中α相的Al 203含量越多，发光效率越高；而α相Al2O3的含量除了取决于Al2O3粉体的生产工艺以外，研宄证实，涂覆形成影像涂层的方式也会影响最终影像涂层中α相Al2O3的含量；也就是说，即便涂覆的原料中Al2O3都是α相的，但是，在涂覆的过程中，采用不同的涂覆方式，会不同程度的，有部分α相的Al2O3转换成其它相，从而影响最终制备的影像涂层的发光效率。本申请的研宄显示，目前所有的涂覆方式，都无法避免α相的Al2O3转换成其它相，并且，在最终的影像涂层中也很难达到86%以上为α相粉体。为此，本申请根据Cr3+掺杂的Al2O3粉体研宄出特别的喷涂方式，并在优选的方案中对其喷涂条件进行优化，从而使得最终的影像涂层中Al2O3粉体能够达到86%以上为α相粉体，以保障发光效率，这将在后文详细介绍。
[0011]本申请的另一面公开了一种本申请的影像涂层的制备方法，包括制备Cr3+掺杂的Al2O3粉体，然后，采用火焰喷涂的方式将Cr 3+掺杂的Al 203粉体喷涂到靶体前窗外表面，火焰喷涂为低功率喷涂。
[0012]需要说明的是，本申请经过大量研宄发现，火焰喷涂，特别是低功率的火焰喷涂能够比较好的避免α相的Al2O3转换成其它相。优选的，低功率的火焰喷涂中，喷涂燃料乙炔和氧气所占比例为40% -60%之间。
[0013]优选的，喷涂燃料乙炔和氧气所占比例为45% -50%之间。
[0014]优选的，Cr3+掺杂的Al 203粉体采用共沉淀法合成。需要说明的是，本例制备的Cr3+掺杂的Al2O3粉体中，Al 203粉体基本都是α相Al 203，这能够尽量提高最终的影像涂层中α相Al2O3的含量，配合本申请的低功率火焰喷涂，能够使得最终的影像涂层中86%以上的Al2O3粉体为α相。
[0015]优选的，化学合成法的原料为Al盐和Cr盐。需要说明的是，化学合成法制备Cr3+掺杂的Al2O3粉体，其铝源和铬源有很多种，本申请中，为了尽量有效的保障最终制备的Cr3+掺杂的Al2O3粉体中Al 203粉体为α相，优选采用Al (NO 3) 39H20、Cr (NO3) 39Η20为原材料；并不排除其它的铝源和铬源也可以制备出能够满足本申请需要的Cr3+掺杂的Al 203粉体。
[0016]优选的，Cr3+掺杂的Al 203粉体中，Cr 3+的掺杂量为总重量的1.5% _2%。需要说明的是，根据本申请的研宄，Cr3+掺杂是产生特定波长红光的重要条件，但是，其含量过多或过少都不利于达到本申请所需要的发光效率，因此，本申请优选的采用Cr3+的掺杂量为总重量的1% -5%，以保障所制备的影像涂层的发光效率。
[0017]本申请的再一面公开了，一种Cr3+掺杂的Al 203粉体在散裂中子源靶体的影像涂层中的应用，其中，Cr3+掺杂的量为粉体总重量的1% _5%，该应用包括，以Cr3+掺杂的Al 203粉体为原材料，通过低功率的火焰喷涂将Cr3+掺杂的Al 203粉体喷涂到被轰击的靶体前窗外表面，形成影像涂层。
[0018]本申请的有益效果在于:
[0019]本申请的影像涂层特别针对散裂中子源研制，是继美国散裂中子源之后，世界上第二个使用影像涂层的散裂中子源；本申请的影像涂层发光效率高，能够满足准确判断高能质子束流在靶体位置的束流分布和强度的使用需求；为我国散裂中子源的进一步研宄和发展奠定了基础。
【附图说明】
[0020]图1是本申请实施例中对Al2O3粉体的相结构进行分析的XRD分析图，其中，11为实施例制备的Cr3+掺杂的Al 203粉体的分析曲线，12为高功率火焰喷涂制备的影像涂层的分析曲线，13为低功率火焰喷涂制备的影像涂层的分析曲线；
[0021]图2是本申请实施例中影像涂层的发光强度的结果图，其中，21为高功率火焰喷涂制备的影像涂层的发光强度，22为低功率火焰喷涂制备的影像涂层的发光强度；
[0022]图3是本申请另一实施例中不同喷涂方式获得的影像涂层的发光强度的结果图，其中，31为等离子体喷涂制备的影像涂层的发光强度，32为爆炸喷涂制备的影像涂层的发光强度，33为火焰喷涂制备的影像涂层的发光强度。
【具体实施方式】
[0023]由于现有的散裂中子源设备很少，相关的研宄报道也很有限，散裂中子源靶体的影像涂层更是只有美国的散裂中子源有提到；这对我国研宄散裂中子源靶体的影像涂层带来极大的困难。
[0024]本申请经过大量的研宄证实，Cr3+掺杂的Al 203粉体，被入射粒子束轰击后发出的特定波长范围的红光，能够适用于散裂中子源。但是，尽管Cr3+掺杂的Al 203粉体所制备的影像涂层能够适用于散裂中子源；但现有生产技术所制备的Cr3+掺杂的Al 203粉体，所制备的影像涂层发光效率较低。
[0025]经过申请人的深入研宄发现，影像涂层的发光效率跟Al2O3粉体中α相氧化铝的比例成正相关，也就是说，α相氧化铝的含量越高，发光效率越强。为此，本申请特别对制备Cr3+掺杂的Al 203粉体的原料和制备方法进行了研宄，发现以Al (NO 3) 39Η20和Cr (NO3) 39Η20为原料，采用化学法合成的Cr3+ = Al2O3粉体中，α相氧化铝的含量较高，基本上都是α相氧化铝。本申请采用基本上都是α相氧化铝的Cr3+ = Al2O3粉体制备了影像涂层，但是，结果仍然不理想，影像涂层的发光效率仍然偏低。
[0026]进一步的研宄发现，虽然采用的Cr3+ = Al2O3粉体中基本上都是α相氧化铝，但是，经过涂覆后在最终制备得到的影像涂层中α相氧化铝的含量相对较低，也就是说，在涂覆的过程中α相氧化铝转换为了其它相。为此，申请人对不同的涂覆方式进行试验，结果发现，不同的涂覆方式，都会