中文摘要：

由于钆的同位素具有很高的热中子俘获截面，掺钆的液体闪烁体可用作中微子探测的靶材料，其性能优劣对实验结果至关重要。前期工作中，我们为大亚湾反应堆中微子实验成功研制了大体积掺钆液体闪烁体（160吨），性能完全满足I期实验要求。但规划中的II期实验需更大体积的闪烁体和更长的取数时间，对液闪的衰减长度和稳定性等提出更高要求。本项目将对掺钆液闪的3种组份－烷基苯、发光物质和钆-异壬酸络合物进行研究，找出制约液闪性能提升的内在因素及老化机制，并加以解决。利用常规谱学方法，可分析烷基苯和发光物质影响衰减长度的杂质成份，建立纯化方法。对钆络合物的键长、键角、配位数及配位原子种类等采用基于同步辐射技术的X射线吸收精细结构谱学鉴定，在高温加速老化的条件下分析其结构变化，结合质谱数据，确定络合物结构与液闪性能的内在联系，据此寻找提高液闪性能的途径，为更大规模、更高性能的掺钆液闪配制奠定理论依据和基本保障。

结论摘要：

掺有金属或者非金属的液体闪烁体在物理领域有很多应用。本课题的主要研究对象是大亚湾反应堆中微子实验使用的掺钆液闪。我们为大亚湾反应堆中微子实验成功研制了大体积掺钆液体闪烁体（160吨），性能完全满足实验要求。但其它中微子实验（例如江门中微子实验）需更大体积的闪烁体和更长的取数时间，对液闪的光学性能和稳定性等提出更高要求。因此本项目对掺钆液闪的3种组份－烷基苯、发光物质和钆-异壬酸络合物进行深入研究，确定影响掺钆液闪老化性能的主要因素及解决方法。 首先建立了液闪溶剂烷基苯和发光物质2,5-二苯基噁唑的纯化方法。利用常规谱学分析，得到烷基苯中影响光学性能的主要杂质为多环芳烃（稠环和非稠环两类）、硝基苯类化合物、含氮、氧化合物等。如果实验对烷基苯光学性能要求极高，且用量极大（例如江门中微子实验），则必须与厂家合作，严格控制原料质量和生产工艺参数，得到高品质烷基苯原液，再进行纯化。最佳纯化方式是中性氧化铝吸附，蒸馏次之。 实验表明，影响掺钆液闪稳定性的主要因素是钆络合物。对于钆络合物进行了基于同步辐射技术的X射线吸收、衍射结构谱学鉴定。结果表明，钆与异壬酸络合物是一种长链聚合物，钆与异壬酸的个数比为1:3；相邻的两个钆通过配体中具有配位能力的氧连接在一起。由于钆离子半径较大，配位数较高，因此除结合紧密的内层配体异壬酸，还有键合较松散的外层配体，其结构容易被破坏，造成液闪性能下降。络合物合成以及液闪制备过程中会接触氧气，氧原子具有较强键合能力，是破坏络合物结构的主要因素。因此除氧或添加抗氧化剂是提高掺钆液闪稳定性的有效手段。高温老化实验结果表明，适量添加酚型抗氧化剂2,6-二叔丁基甲酚，能够极大提高掺钆液闪的高温老化性能。