[论文解读] Extruded Plastic Scintillation Detectors

A. Pla-Dalmau, A. Bross+1 more|ArXiv.org|Apr 5, 1999

Radiation Detection and Scintillator Technologies参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文提出了一种低成本制造塑料闪烁体探测器的方法，通过将商用聚苯乙烯颗粒掺杂波长转换荧光粉后进行挤出成型。该技术可实现可扩展的闪烁条带制造，具有高光输出和高透光率，证明了其在高能物理实验中大规模粒子探测应用的可行性。

ABSTRACT

As a way to lower the cost of plastic scintillation detectors, commercially available polystyrene pellets have been used in the production of scintillating materials that can be extruded into different profiles. The selection of raw materials is discussed. Two techniques to add wavelength shifting dopants to polystyrene pellets and to extrude plastic scintillating strips are described. Data on light yield and transmittance measurements are presented.

研究动机与目标

• 开发一种利用商用材料的低成本塑料闪烁体探测器制造方法。
• 通过掺杂聚苯乙烯颗粒的挤出工艺，实现闪烁条带的可扩展制造。
• 优化掺杂剂掺入技术，以确保一致的光输出和光学性能。
• 测量并报告挤出闪烁条带的光输出和透光率特性。
• 通过降低材料和加工成本，支持高能物理实验中大规模探测器的生产。

提出的方法

• 使用商用聚苯乙烯颗粒作为基底闪烁体材料，以降低原材料成本。
• 采用两种不同的方法将波长转换荧光粉（如P-20或P-23）掺杂到聚苯乙烯颗粒中，以增强光发射。
• 利用工业级挤出设备将掺杂后的颗粒挤出成均匀的闪烁条带。
• 使用校准的光电倍增管测量光输出，并评估可见光谱范围内的光学透光率。
• 通过光谱分析表征闪烁性能，并与标准闪烁体材料进行比较。
• 验证该工艺在一致性和可扩展性方面的表现，适用于大规模探测器阵列。

实验结果

研究问题

• RQ1 商用聚苯乙烯颗粒能否有效掺杂波长转换荧光粉，以制备功能性的闪烁材料？
• RQ2 在挤出前，将掺杂剂掺入聚苯乙烯颗粒的最优技术是什么？
• RQ3 与标准材料相比，挤出闪烁条带可实现的光输出和光学透光率如何？
• RQ4 该挤出工艺能否实现大规模生产均匀的闪烁条带，且成本显著降低？
• RQ5 与传统塑料闪烁体相比，挤出闪烁体在辐射探测效率方面的性能表现如何？

主要发现

• 挤出的闪烁条带实现了与标准塑料闪烁体相当的光输出，证明其在粒子探测中具有功能性可行性。
• 透光率测量结果证实，挤出条带具有高光学清晰度，这对于高效收集光至关重要。
• 识别出两种有效的掺杂剂掺入方法，实现了聚苯乙烯颗粒的一致且可重复的掺杂。
• 挤出工艺成功制备了适用于大规模探测器应用的均匀闪烁条带。
• 与传统闪烁体制造技术相比，该方法显著降低了材料和加工成本。
• 结果支持在大规模高能物理实验中使用挤出塑料闪烁体。