Сцинтилляционный материал на основе монокристалла

6 10 15 20 25 30, 40 45 50 55 Уэ" ретение относится к сцлнтилляциОн 11 ы 4 материзлам на основе НОООГаничегких вещ".ств, используемых в детекторахионизирующих излучений.Цель изобретения - расширение диапазо.а регистрируемых излучений, темг 1 ераГрноГО и 1 тервала использования Йпсвьшения соетового выхода монокристалла,Для получения сцинИлляционного материала беру 3 кг соли Сз маок 1 л ОСЧ иО,О 8 кг сопл Сз 2 СОз маркл ОСЧ (0,6,У отмассы Сз), смешиоают, помещают в тигель,находящийся в герметичном обьеме ростовой установки, Смесь солей для удаленияадсорбированных гаэоо и влаги оакуумируОт с помо 1 цью форвакуумного насоса до Ос"таточного давления 5 10 з мм рт,.ст, при 300К в течение 6 ч о процессе медленного (вте ение 18 ч) нагрева ДО 473 К, при которойсмесь выдерживают о течение 12 ч, Бакуумирование осуществляюг через лооушку сжидким азотом для улавливания паров масла, выделяемого насосом, Затем герметичный объем ростовой устзнооки заполняютсухим Газообразным арГпном ДО ОстаточноГО давлония 0,1 мм рг,стсмесь солей расплавляют и лето,11,Оу-.,:,иропулоса саскорост 1:О 4 мм" вь 1 рац 1 лоа 1 ОТ мон эк 111 сгалл ДиаметрОм 7 см и высотой У см,После Окочу 1 Ия оь 1 ашиванля 1111"С 1 алл Охлвукд; Г в рос, .,ВОИ уст"Овке докомнатной темпера гуры ОО срСть 1 г гОУчАймическ 1 лй анализ данноГО 1 рыстаула1 ОкаэаУ 1, что кон ентрация 1-римаси Сз 2 СОзвдоль кристалла в силу Пф 1.,нновского распределениязмеьУ ется от 6 1 Г) ДО 9 1 О "АлоГично, :О с Другим соотнош.1 Иемсолей Сз и з 2 СО;, ии котором концентрацияя соли Сз 2 СОз измсняется от 0,05 ДО 0,7%от массы Сз (3 к.) выращивают Остальныекристаллы, Содержание Сз 2 СОз в этих коистаУлак изменяется От 5,5 10ДО 1,05 хх 10 мас. /,р содержании Сз 2 СОэ более 8 102мас, % кри "теплы мутные. Из полученныхкристаллов изготавливают образцы размером 30 х 5 мм для измерения световоГОвьхода,сцлТилляций (Сз 137, Е У;= 662кзБ) и а-сцинтиУ,ляций (А 111 241, Ер 5,5зВ)а к, б: ОК 15 эдля иэмеренля сцинтилпяций, возбуждаемых мягким )-изУ 1 учением (-е 55 : у = =5,0кзВ)Оан 1 ые сведены в таол. 1.Содержание Сз 2 СОЗ в измвряемых образцах сос 1 авляет (5,5 10 ; - (1,05 10")мас,Как видно иэ табл, 1, при измора ил мутных образцов ,в табл,отмечены звездочкой) обнаружена большая неоднородост их по значению сеоо вода, что указывает на непригодность кристаллов, содержащих Сз 2 СОз более 8 10 мас. %, для изготовления детекторов,Кроме того, при выращивании кристаллов не выделяется вредных веществ, связанных с активирующей добаой Сз 2 СОз.На фиг. 1 приведен График зависимости светового выхода -сцинтилляций Су (Сз 137, Е У 862 кэВ, зависимость 1) и а-сцинтилляций Сст (А 24, Еу 5,5 мэВ, зависимость 2) кристаллов энного материала размером 30 х 5 мм от концентрации Сз 2 СОз, указанной в логариФмическом масш Габе, Вертикальные пунктирные линии выделяют область заявляемых концентраций,На фиг, 2 приведены зависимости светового выхода у-сцинтилпяций С у (Сз 137, Е 1 У 662 кэВ, зависимость 1) и а-сцинтилляций С Ут (Ап 241, Е у 5,5 мзБ, завлсимость 2) кристаллов данного материала размером 30 х 5 мм от температурыНа фиг. 1 приведены спектры радиологинесценции(Ап, 241, Е (60 кэВ) материала при 300 К (зависимость 1) и 163 К (зависимость 2),Б табУ. 2 приведонь Данные устойчивости светового выхода а-сц 1 НтиуЛяций предлагаемого материала и других материалов размером 30 х 5 мм к воздействию атмосферного воздуха,Аналогичное имеет место и при регистрации у-иэучения, возникновение сцинтилляций о предлагаемом материале Обусловлено наличием примеси Сз 2 СОз, образующей центры свечения в синей области спектра (405 нм). Можно предположить, что в кристаллах Сз с примесью Сз 2 СОз осуществляется косвенный тк и активации по Крегеру, В результате образования твердого раствора Сз-Сз 2 СОз ионы СОз, встроившиеся в анионные узлы решетки Сз, возмущают соседние ионы йода, электронно-колебатепьные переходы в которых ответственны эа свечение 405 нм, При этом перенос энергии к возмущенным ионам йода, яэляющимися центрами свечения, равновероятен при облучении а-частицами, у-лучами и рентгеновским излучением. Спектральный состав сцинтипляций совпадает с максимальной чувствительностью широко применяемых в сцинтилляциоиной технике фотоумножитеуей.50 55 Установлено, что при регистрации жесткого излучения (Сз 137, Е у 662 кэВ) световой выход (С у) достигает максимального значения при концентрациях Сз 2 СОз (1,6 х х 10) - (8 10) мас. %, как это хорошо видно на приведенной фиг. 1, зависимость 1. При этом величина светового выхода на 30% превышает величину светового выхода Сз: Т с содержанием активатора 4 10мас. оТ 1, принятую за 100%, При введении СзгСОз до 1,6 10 мас.и более 8,0 10мас. % своой од "сцинтилляций снижается. При концентрации Сз 2 СОз до 1,6 10 мас. % значение светового выхода снижается вследствие недостаточности концентрации центров свечения, создаваемых Сз 2 СОз, для наиболее эффективной регистрации у-излучения с энергией 662 кэВ. При концентрации Сз 2 СОз более 8 10 мас, % уменьшение светового выхода обусловлено потерей прозрачности предлагаемого материала к свету сц нтилляций,Установлено, что максимальные значения светового выхода а-сцинтилляций (А 241, Еа=5,5 мэВ) Садостигаются при введении в кристалл Сз добавки Сз 2 Оэ в количествах (5 10) - (8 1 Р) мас. %, как это хорошо видно на приведенноЙ фи.уре 1, зависимость 2, При этом всличиня Сана 160 поевосходит величину светового выхода а-сцинтилляций с концентрацией активатора Т 1 10 мас. %, принятую за 1000,. При концентрации Сз 2 СОз до 5 10 мас, % значсние С а снижается вследствие недостаточности концентрации центров свечения, создаваемых Сз 2 СОэ, для наиболее эффективной регистрации а-частиц, образующих большую плотность возбуждений по сравнению с у-лучами, Однако понижение концентрации Сз 2 СОз до 1 Я 10 ь ас, % обеспечивает световой выход а-сцинтилляций предлагаемого материала, превышающий световой выход а-сцинтилляций Сз 1 ; Т на 30%, как это видно на фиг. 1, зависимость 2. При концентрации Сз 2 СОэ более 8 х х 10 мас,снижение светового выхода обусловлено потерей прозрачности материала к свету сцинтилляцией,Аналогичная зависимость имеет место и для светового выхода, воэбужцаемого мяг" ким у-излучением (Ге 55, Еу 5,9 кэВ). При этом световой выход материала, помещенного в контейнер без бериллиевого окна, лишь на ЗО ниже светового выхода у-сцинтилляций (Ре 55, Еу 5,9 кэВ) самого эффективного материала Йа 1(Т 1), упакованного в контейнер с бериллиевым окном,10 15 20 25 30 35 40 45 Этот факт, а также устойчивость светового выхода материала к воздействию атмосферы воздуха указывают на перспективность использования предлагаемого материала и для регистрации рентгеновского или мягкого у-излучения с энергиями менее 5,9 кэВ, эффективность регистрации которого будет выше, чем при использовании Йа(Т), упакованного в контейнеры с беррилиевыми окнами, поглощающими излучения таких малых энергий,Экспериментально установлено, что величина светового выхода сцинтилляций и редла гаемого материала, возбужден н ых у-лучами (Сз 137, Е у 662 кэВ) и а-частицами во всем интервале концентрации Сз 2 СОэ (1,6 10 )(8 10 ) незначительно возрастает с понижением температуры от 300 до 163 К, а с повышением температуры от 300 до 340 К уменьшается не более чем на 207 ь, как видно на фиг. 2. Эти данные свидетельствуют о воэможности расширения температурного интервала использования предлагаемого материала для регистрации ионизирующих излучений в область низких температур по крайней мере от 240 до 163 К, тогда как световой выход по прототипу и знало ам с понижением температуоы от 300 до 213 и 163 К существенно уменьшается (на 50 - 70%),Увеличение светового выхода а- и у,- сцинтилляций предлагаемого материала при понижении температуры от 300 до 163 К, в отличие от прототипа и аналогов, обусловлено наличием добавки Сз 2 СОэ, обеспечивающей увеличение интенсивности радиолюминесценции (Ап 241, Е у 60 кэв), как это видно на фиг. 3, при незначительном изменении времени затухания сцинтилляций тз, При температуре 300 К тэ = 2 мкс, а при 163 К г 2 = 3 мкс.Таким образом, наличие активатора СзгСОз в заявляемых пределах в кристалле Сз 1, как показали экспериме ты, обеспечивает достижение цели,При этом предлагаемый материал, как и другие материалы на основе Сз, обладаетвысокой эффективностью поглощения жесткого у-излучения и пригоден для применения в условиях больших механических итепловых нагрузок,(56) Авторское свидетельство СССРМ 1429601, кл. С 30 В 11/02, 1986.Авторское свидетельство СССРК. 1538557, кл. С ЗО В 15/02, 1987,Ци;:лин О,А, и др, Зависимость выхода люминесценции при а- и у-возбуждении кристаллов Сз 1(Т 1) от концентрации Т 1, - Опт. и спектр., 1959, т, 6, вып, 8, с. 422-424,Ф О р И у са, ИСПО)Ос с;(О)Зс г"ЛсюЧО ЬЗОБЗНИ": ,с О ц О с О ,- . О,це.")ст ЯЦЛОННЫЙ МАТЕРИАЛ МОНОКРИСТАЛЛА Сз отМс Ч с О, С ЬЕЛЬО РЗСИРЕИР истрируеььх излучений.сО с - с с с(със оСЦИИЛЛ НА ОСНОВЕ л и чзоци Йс я те диаззоз ре И Э О Г О) Е Т Е Н И ТЕИ;,Ера-урОсо с;сТЕОсса Б, И ГсОВЬес;):-сИсЯ СБОТОЕО".Орректор А. Козор Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5 аказ 3470 Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина