Монокристаллический люминесцентный и сцинтилляционный материал

(54) (5) МОЦЕНТНЫЙ И Остальное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ВТОРСНОМУ СВ 0.812.85. Бюл. Р 48Валбис, В.А.Письменный, уз, Т.И.Киселева,А.А.НагорПомеранцев и И.А.Тале 623;641:621.3.032.35(088.8) Марковский Л.Я., Пекер. Петошина Л.И. Люминофоры. - Химия" 1966, с.152. р 1 1. е а 1, - СЬеспозогпа 1 оЕ РЬуздсз. 1980.9. 2, р. 185 в . 192. 110 КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЛККИНЕССЦИНТИЛЛЯЦИ 01 ПЬЙ МАТЕРИЛ(56) 1,ман Ф,М.М Л на основе иттрий-алюминиевого граната, содержащего активирующую примесь, о т л и ч а ю щ и й с я. тем, что, с целью повышения равномерйости" люминесцентного излучения по объему материала при получении сцинтилляций в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра, он содержит в качестве активирующей примеси оксиц скандия при следующем соотношении компонентов, мас.7:Оксид скандия 0,5-12,0Иттрий-алюминиевыйгранат, ; 1, г 1 с р,г,Изобретение относится к технике3 омино 4)оров,д именно к моцокристалЛИЧЕСКМ ЛЮМИЦЕСЦЕНтНЬГГ И СНтигляционным материалам, исользуеьпдля рентгеновского излучения, дляприготовления лгоминесцентных экраНОВ ЭЛЕКТРОННО-.ГУс 1 Е 31 Х ТРУ 60 С, ДтаКжЕ В СЦШтГИЛЯЦИОНЦЫХ СЧЕтгИКаХ и спектрометрдх. Известен люмицесцецтный матерГал 10 цд ос ове оксидов алюминия, кремИяи кальция, содержащий примесь церцяв количестве 1,5 мдс.7 и люминес -цирующи в области 00 ггм 1.Одасо Гз этом мдтеридле е)остд-.точцд равцомерность люмшссцецтногоИЗЛуЧЕН 51 ПО ОбЪЕМу, а таКжЕ 1 г:ЗКШГ01 е р и с т Гг е с к 1 й в ы ход излучения .11(шболее блцзкцм по техшгческойсунот зобретенцю яззя(зтс)10( ) 1 ,)1 С.Т Д)1 Л 11 ( С.1(11 Г .1 О. Н 1 1(З С. ЦГ 1 Ьйспинтилзяцонньгг матерГдл Ггд ос -11 013(. Ц 1 Т Г)1 И 1 - Д;1 Ю НП 1 ЕВ 0 ГО ГР Дн сТсСО;гРж,г;С О ДКТГ 3 ДТОР - ЦЕРй,тГмд.ьное козп ес.тво которого состав. -ляет 1:с.7, и гзлуч;пощего в жел -то - зсз;оой обзеасти снестра г 2.Ог 1 со 1(0 )фцЦ 1 СНТ РДС ПРЕ ГЕЗЕНЦ 5 нримсс 1 церия з дднГом монокриста 1- иЦЕСКСМ МдтЕРИД:Е:ЗЦДсцтЕЛЬНО МЕНЬ -ЧТО ИРВОДГТ К СУЩЕСтВЕгЦОй пердвиомергости люмпОГцегт Ого злу ОнГн по объе:у мдтерид:д при ВОЗбУ;1;Дсцгг ЭГЕГСТ)0 НЬ 1 31 УсО:1. 1.г)0 - ме того, спектрдль 1,й со( тд 3 этого и:3.1 уе 1:5 Ие соо 1 зетстзует мдг(симу Му цацбО;ЕЕ суВСТЗИЕЛЬНЫХ (1)ОТОЭЗЕС- трчесГх риемии(о 3 и (;)отаретри рующх матер,длспз,Цел добрте 1 - повьпхенце рдв -носрноси зпоьпиесцентгого злу в1 ИЯ ПО 0ЪСМУ МО 01ИСТДЧЕ С 1(ОГОлюмГнесцентного и сциГтцлляц 01 ногоматергала а основс. ИттрГй - дпомне -ного граната при получении сцпгтГлляци В зидцмой ц бзижней ультрдолетозой области спектра,1 ОСТсВЛЕГНД 51 ЦС)Ь ДОСТ 1 ДЕТС 51 ТС."Г, гто МООКРЦСТДЗГЗисЕГКй 31 ЮМГ -Гесцетпый и сцинтилляциоги:и мдте -1 пДл вд основе цттрГй - дзгоипгезо оГР;г;то ОсРжи В КасС.С 1)Е ДК ГП 1 рующй примеси оксцц скддия пц3 С ООС ООТН ОВ НЦИ ГсОМП) Не Н 10131 рцсгд Г д ЕЬ 1 Ь 11 МОНО)(р СПЛЛИсс СКйЛЯМИН СГЕН Т 1 Ый Ц (.ПН Т 11:115 ИОННЫсМ сз Т ( Р 1 г с Н Д 0 С Н О 3 (3 И 1)111 с 3 П Э. Н П г гИ ЕОГО Грдцдт; Сод(.рП)-:3 ;ЧЕСЗЕ ск и 3)уо 101 примеси Охс:Г;Г с(:нпяПРЦ 1 ЗЬ 1 ШСУс единос г гггС гг 1 г 1 1(0 в го с;ГТ 011, 11 р,;лага(змый лоноргстас 3 иосс й ЗгОМ,гОЦЕН НЫй 1 Сгни. ГЛ 5 гонг З,матердп обеспе Гивдет нов,пеп. р; 1; -номерн ости поминесцентногоз:уче .1 япо объему мдтеридла з т;)и рдздП 051)(сЕИЕ СЦИТ 51351 ЦИ 1 13 1311 ИМО Гультра(1)иотетозой облдстях с:етрд,НДИОО ггсс .сгГгг 1, -г) 1 (гР ",Гг;ггПРИ ЭТОМ НЕРДВ:ОМЕРНОСТЬ С 3 гЕ:151НР(ЗД.О)(1О(3ГД т С Р 1 СД Н гГгда" О 0, )3 г) и (. 5)Гг Е( 1 Н 0 1 С) И 1( 1 а:1 Д ОГД ( (:; .;гИ 31 О Х Г Г КД Я г"ссг Рг Т30 Сцицтилляциоццые свойства полученцого моцокристалла исследуют цаустановке, содержащей многоканальный амплитудный анализатор АИ,блок питания ФЭУ, предусилитель иосциллограф. 50Моцокристалл иттрий-алюминиевогограната, полученный по примеру 1,люминесцирует в ближней ультрафиолетовой области спектра с максимумомизлучения около 4,2 эВ,55Коэффициент распределения скандия в этом кристалле близок к 1,что обеспечивает повышение равноспособами: из порошка иттрии-алюми- .ниевого граната и оксида скандияили из смеси оксидов иттрия, алюминия и скандия, взятых в количествах,соответствующих заданному составукристалла.П р и м е р 1. 180 г порошкаиттрий-алюминиевого граната смешивают с 20 г порошка оксида скацдия(1 мас.%). Полученную смесь загружа- Оют в молибденовую трубку с внутренним диаметром 15 мм и помещают впечь для выращивания кристаллов методом направленной кристаллизации.В рабочеп камере создают вакуум 15-5510 торр и включают ток в цепинагревателя, Шпхту расплавляют ирасплав выдерживают при 1950-2000 Св течение 30 мин для гомогенизации.После этого включают систему опускация контейнера. После окончания процесса кристаллизации ток в нагревателе постепенно уменьшают с цельюмедленного охлаждения кристалла, Всистему напускают воздух и изплекают контейнер с кристаллом,Далее исследуют люминесцентныеи сцицтилляционные характеристикиполученного монокристалла иттрийалюминиевого граната, активпровацного скацдпем.Для оптических измерений пз монокристалла вырезают пластинки диаметром 10 ми и толщиной 1 мм, Плоскостишлифуют и полируют до оптическогокачества. Подготовленные образцы35помещают в вакуумный криостат, Спектры рецтгецолюмпнесценции измеряют сиспользованием монохроматора МДР,Фотоэлектронного уицожителя и системы40Фотонного счета. Образцы возбуждаютизлучением рентгеновской трубкиБСВ 2-И через алюминиевый фильтртолщиной 1 мм. мерности излучения по объему кристалла. При этом неравномерность свечения его це превышает 20%, в то время как у известного материала она составляет более 60%.П р и и е р 2. Лцалогпчно примеру 1 выращивают монокрпсталл пттрий-алюминиевого граната иэ шпхты, содержащей. 199 г порошка иттрпй-алюминиевого граната и 1 г оксида скандия (0,5 мас.%).Полученный моцокристалл люминесцирует в ближней ультрафиолетовой области с максимумом -излучения около 4,2 эВРавномерность излучения по объему кристалла аналогична описанной в примере 1.П р и м е р 3. Из шихты, содержащей 176 г порошка пттрий-алюипниевого граната и 24 г оксида скацдия (12,0 мас %), синтезируют монокрис- талл аналогично примеру 1.Синтезированный моцокрпсталл люминесцирует в ультрафполетовоп и видимой части спектра с максимумом излучения 3,8 эВ. Характер распределения свечения по объему крпсталла близкий к равномерному,. отклонецие от равномерности це превьппает 20%.В таблице приведены данные по люмицесцентцыи свойствам моцокристаллов, синтезированных по изобретению, для различных значений концентрации оксида скандпя в сравнении со свойствами известного материала при рентгеновском возбуждении. Монокристаллический люмпнесцентцый материал, полученный по изобретению, обладает сцпцтилляционныип характеристиками,сравнимыми с наиболее широко используемыми сцинтилляционцымп материалами.Значительная часть излучециг предлагаемого материала соответствует ультрафиолетовой области спектра, а сцинтилляцпонноц аппаратуре желательно применять Фотоумножители, ,чувствительные к УФ-излучению, на- пример ФЭУ. Если же це нужна максимальная амплитуда импульсов,можно работать также с фотоумножителями типа ФЭУс наиболее употребительной спектральной характеристикой типа С.Время высвечивания сцпцтилляциоцного материала по данному изобретению при возбуждении как с -частица1075727 1 О Интегральная интенсивность .свечения, отн,единицы Положение Содержаниеоксща скандия,мас,% Монокристаллический материал наоснове иттрийалюминиевого грамаксимумаизлучения,эВ ната Известный 1,иттрий-апюминиевый гранат с примесью 1 мас,% церия 1600 2,25 Предлагаемыйпример 1пример 2пример 3 1264 4,20 1,0 1122 4,20 0,5 1610 3,8 12,0 1845 4,0 6,0 1012 3,7 18,0 Составитель С.Хлебников Техред И.АсталошРедактор С.Титова Корректор С.Черни Заказ 8138/4 Тираж 629 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектнвя, 4 ми, так и р -квантами составляет 0,3 мкс, д / отношение 0,7.Амплитуда сцинтилляционного импульса от К -частиц с энергией5 5,15 мэВ, например, для монокристалла иттрий-алюминиевого граната с концентрацией оксида скандия 3,0 мас.% составляет 42% от амплитуды импульса для одного иэ наиболее используемых сцинтилляторов Ма 1 : Т 3 и более, чем в два раза превышает аналогичную характеристику для известного материала (20%).Таким образом, монокристалпический люминесцентный материал по изобретению обеспечивает повышение равномерности люминесцентного излучения по обьему кристалла более, чем в три раза по сравнению с прото О типом при получении сцинтилляций.ввидимой и ближней ультрафиолетовойобластях спектра, что позволяетиспользовать для регистрации сцинтилляций наиболее чувствительныефотоприемники. Технико-экономическая эффективность изобретения определяется повышенной равномерностью свечения по объему кристалла иттрий-алюминиевого. граната, активированного скандием, удобной для регистрации спектральноц областью излучения, а также его высокими эксплуатационными характеристиками, что делает указанный материал перспективным для использования в люминесцентных экранах, в сцинтилляционных счетчиках и спектрометрах, а также визуализации различных видов излучения.