技术领域
[0001] 本发明涉及一种玻璃，其用于辐射探测器，特别地用于中子探测器、紫外探测器和中微子探测器。本发明还涉及生产该玻璃的方法以及该玻璃在辐射探测器和/或粒子探测器中的用途，特别地是在中子探测器、紫外探测器或中微子探测器中的用途。
相关背景技术
[0002] 辐射探测器和/或粒子探测器通常包括透镜、盖板、玻璃纤维等不会干扰测量的玻璃制品。
[0003] 然而，原材料和生产过程可能会使玻璃受到材料的污染，而这些材料确实会干扰某些辐射和/或粒子。例如，玻璃中的某些组分包括具有中子吸收和/或紫外吸收能力的元
素。其中一些玻璃元素甚至可能会显示出微弱的核辐射，从而会进一步影响实际测量。
[0004] 例如，大多数传统玻璃包括Zr、Hf，以及Fe、Ti和/或Pt等其他污染物，其中，Hf至少在某些同位素中具有放射性并具有中子吸收能力，同时，由于Zr和Hf在化学上密切相关，Zr污染物通常也包含Hf污染物。例如，Pt、Ti和Fe会吸收特定波长的紫外光。因此，上述被污染的玻璃对于辐射探测装置和/或粒子探测装置，特别是对于中子探测装置、紫外探测器或中微子探测装置，并不是特别有用。
[0005] 此外，由于某些探测器同时应用了不同的物理效应，例如，中子探测器通过吸收中子来工作，但也通过闪烁来工作，而闪烁依赖于紫外辐射的探测，而紫外辐射探测既会受到紫外吸收的干扰，也受到残留放射物等的干扰，因此，带有污染的玻璃在多个层面上会干扰辐射和/或粒子探测，从而难以补偿所有的探测误差。
[0006] 因此，现有技术中的需求是提供特别适用于辐射探测装置和/或粒子探测装置的玻璃，特别是特别适用于，中子探测装置、紫外探测器或中微子探测装置的玻璃。
具体实施方式
[0192] 示例
[0193] 示例1..生产工艺
[0194] 本发明通过以下工艺产生：
[0195] 将不含任何污染物的原料混合，然后在包含耐火材料的熔融槽中在至少1500℃，或至少1600℃的温度下熔融约6‑8小时。
[0196] 在一些具体实施例中，熔体在也包含耐火材料的精炼槽中进一步精炼。
[0197] 重要的是，熔融槽和/或精炼槽的耐火材料中包含的ZrO2的量少于5wt％、少于4wt％、少于3wt％、少于2wt％，或少于1wt％。在优选的实施例中，该量少于0.25wt％、少于
0.15wt％、少于0.05wt％，或少于0.01wt％。在一个实施例中，耐火材料不含Zr和/或ZrO2。
[0198] 然后，将熔体冷却下来，并将玻璃进一步加工成最终形式(例如通过下拉工艺)。
[0199] 示例2..示例性玻璃的分析
[0200] 描绘了通过激光烧蚀─电感耦合等离子体质谱法(LA‑ICP‑MS)对其中一种玻璃进行微量元素的分析：
[0201]组分 ppm(wt/wt)
As2O3 <3ppm
BeO <3ppm
Bi2O3 <3ppm
CdO <3ppm
CeO2 <3ppm
CoO <3ppm
Cr2O3 <3ppm
CuO 4.4±1.3ppm
Dy2O3 <3ppm
Er2O3 <3ppm
Eu2O3 <3ppm
Fe2O3 11±3.0ppm
Ga2O3 <3ppm
Gd2O3 <3ppm
GeO2 <3ppm
HfO2 3.2±1.0ppm
La2O3 <3ppm
MnO2 <3ppm
MoO3 <3ppm
Nb2O5 <3ppm
NiO <3ppm
PbO <3ppm
Pr2O3 <3ppm
PtO2 <1ppm
Rb2O 12±4ppm
Sb2O3 <3ppm
Sc2O3 <3ppm
Sm2O3 <3ppm
SnO2 <3ppm
Ta2O5 <3ppm
Tb2O3 <3ppm
TiO2 6.8±2.0ppm
Tm2O3 <3ppm
V2O5 <3ppm
WO3 <3ppm
Y2O3 <3ppm
Yb2O3 <3ppm
ZnO 29±9ppm
[0202] 示例3..对比玻璃
[0203] 在一项实验中，分析了根据本发明的玻璃和三种使用常规熔融方法在含ZrO2的坩埚中制成的对比UVC玻璃(对比玻璃1‑3)中的ZrO2含量(参见图2)。很明显，本发明玻璃几乎不含ZrO2，而三种市售UVC玻璃仍然包括大量的ZrO2。
[0204] 在另一项实验中，分析了根据本发明的两种示例性玻璃1和2，以及另一种使用常规熔融方法在含ZrO2的坩埚中制成的对比UVC玻璃(对比玻璃4)中的ZrO2含量(参见下表)。
很明显，本发明玻璃几乎不含ZrO2，而三种市售UVC玻璃仍然包括大量的ZrO2。事实证明，由于存在污染物，因此对比玻璃不能用于辐射探测器。
[0205]阳离子/阴离子 1 2 对比玻璃4
4+
Si [cat％] 65.8 58.8 64.4
3+
Al [cat％] 2.2 6.5 1.6
3+
B [cat％] 3.1 24.2 4.3
+
Na[cat％] 14.4 4.4 16.9
+
K[cat％] 12.2 1.7 10.3
2+
Li [cat％] 0 2.8 0
2+
Sr [cat％] 0 0.01 <0.1
2+
Ba [cat％] 2.4 1.0 2.5
‑
F[wt％] 0.4 0.9 <0.01
‑
Cl[wt％] 0.3 0.1 0.5
Fe2O3[ppm] 2 9 7.7
TiO2[ppm] 3 6 5.8
MoO3[ppm] <3 <3 0.4
Cr2O3[ppm] <3 1.5 0.5
ZrO2[ppm] <3 <3 240
IST‑样品厚度 0.70 0.64 0.72
T％@254nm,d(IST)mm/％ 87.0 82.4 82.2
T％@254nm,d(计算值)＝0.7mm/％ 87.0 81.6 82.6
T％@254nm,d(计算值)＝1mm/％ 85.2 77.8 76.1
[0206] 示例4..耐火坩埚的腐蚀
[0207] 静态腐蚀测试用于评估材料与玻璃熔体相比的耐腐蚀性。该测试在1550℃至1650℃(加热速率在60K/h至最大值100K/h之间)的温度下进行24小时。
[0208] 首先，将先前测量的样品粘合到支架中并放入准备的烘箱中。将装有相应玻璃熔体的铂坩埚放在下面。一旦炉子达到适当的温度，则将样品放入并浸入玻璃熔体中，并在测试温度下相应的保持时间后再取出。
[0209] 玻璃槽中的腐蚀通常只发生在一侧。因此，对齐平接缝(flushingjoint)处及其下方的腐蚀样品的腐蚀去除量也只是对单侧去除量进行评估。
[0210] 齐平接缝的深度和平均去除量用于确定齐平接缝下方考虑的腐蚀去除量。在任何情况下，都要对分成两半的样品进行计算。
[0211] 以下公式用于计算去除量：
[0212]
[0213]
[0214] 在这里，di表示测试后样品在点i处的平均厚度，Sx表示样品1(x＝1)和样品2(x＝2)上测量点处的厚度，A表示点i处的平均单侧去除量，da表示开始时样品的厚度。对齐平接缝(样品的最薄点)和其他四个点重复此计算。之后，再对齐平接缝下方的四个点取平均值。
[0215]
[0216] 由于某些材料生长或收缩为去除量的确定值，因此，材料的收缩率(Sw)计算如下：
[0217]
[0218] da(开始时样品的厚度)和Sx(测试后的样品厚度)处于样品的最高点(如果可能，在接合区域内，在没有玻璃蒸汽接触的情况下测量)。
[0219] 一种耐火坩埚材料，包括以下组分：
[0220]
[0221]
[0222] 令人惊讶的是，尽管新材料在玻璃熔体中的腐蚀速度更快，但与传统的铝锆硅酸盐(AZS)或 材料相比，Zr、Cr、Fe、Mn、Pt、Ti和Ni的污染明显较低。
[0223] 例如，使用AZS时玻璃熔体的污染描述如下：
[0224]元素 结果
Cr 1.5±0.4[mg/kg]
Fe 277±55[mg/kg]
Mn 18±4[mg/kg]
Ni 0.64±0.13[mg/kg]
Ti 105±23[mg/kg]
Zr 310±58[mg/kg]
[0225] 示例5..放射性核素污染
[0226] 用伽马光谱法分析了在由AZS(含40wt％的Zr)制成的玻璃熔体坩埚中制成的对比玻璃。仅检测到来自U‑238‑、U‑235‑和Th‑232衰变链的天然放射性核素，这些核素可能是AZS耐火材料中存在的锆伴生的污染物。Ir‑192和K‑40低于各自的检测限。在伽马光谱测量中，Ra‑228的子产物显示出与Ir‑192类似能量的信号，这可能会导致Ir‑192的假阳性结果，其取决于测量设备的类型。
[0227]
[0228] 相对MU＝相对测量不确定度
[0229] 在第二个实验中，用伽马光谱法分析了在由具有65wt％Zr的AZS制成的其他玻璃熔体坩埚中制成的对比玻璃。仅检测到来自U‑238‑、U‑235‑和Th‑232衰变链的天然放射性核素，这些核素可能是AZS耐火材料中存在的锆伴生的污染物。Ir‑192和K‑40低于各自的检测限。在伽马光谱测量中，Ra‑228的子产物显示出与Ir‑192类似能量的信号，这可能会导致Ir‑192的假阳性结果，其取决于测量设备的类型。
[0230]
[0231] 相对MU＝相对测量不确定度
[0232] 示例6..中子探测
[0233] 采用由本发明玻璃1和2(参见示例3)和对比玻璃4(参见示例3)制成的玻璃纤维来测试中子敏感闪烁玻璃纤维探测器。
[0234] 采用本发明玻璃，中子吸收检测变化仅为±3％，而采用对比玻璃4，中子吸收检测变化为约±10％。此外，为了进行比较，对于两种探测器配置，实验测量了固有热中子探测效率与沿箔片跨度的热中子束位置的关系。检测效率分别为16.16％(对比玻璃4)、44.08％(本发明玻璃2)和53.04％(本发明玻璃1)。
[0235] 这显示了本发明玻璃在用于中子探测器中时的优越性。
