Способ получения сцинтилляционного материала на основе щелочногалоидных монокристаллов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ 1ЦЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ , включающий загрузку исходной соли в ампулу и активатора в ее отдельный отсек, нагрев соли при постоянном вакуумиррвании ампулы, заполнение ее воздухом с последующей выдержкой, повторное вакуумирование , добавление активатора к соли и направленную кристаллизацию из расплава , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения спектрометрических характеристик монокристалла за счет снижения концентрации кислородсодержащих примесей и продуктов неполного сгорания органических примесей в расплаве. Нагрев ведут до температуры 580-600° С, перед заполнением ампулы в воздух добавляют кислород в количестве 45-50 об. %, и выдержку проводят в течение 1-1,5 ч.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕй-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3341691/26 (22) 11,09.81 (46) 15.04.93. Бюл. hL 14 (72). B.И.Бобыр, С,И.Васецкий, Э.В.Даниленко и Б;Г.Заславский (56) О.С,Stockbarger. The production of barge

single crystals of lithium fluomile. "Rev.

Scient, Instrum, 1936, 7. f4 7. 133-136.

Авторское свидетельство СССР . hb 176565, кл. В 01 J 17/06, 1962. (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЦИНУИЛЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ

ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ МОНОКРИСТАЛ

ЛОВ, включающий загрузку исходной соли в ампулу и активатора в ее отдельный отсек, нагрев соли при постоянном вакуумироваИзобретение относится к технологии выращивания монокристаллов иэ расплава и может быть использовано при получении сцинтилляционных монокристаллов на основе йодидов натрия и цезия.

Цель изобретения — улучшение спектрометрических характеристик монокристалла за счет снижения концентрации кислородсодержащих примесей и продуктов неполного сгорания органических примесей а расплаве.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что при указанной температуре, достаточной для горения органических примесей в атмосфере обогащенного кислородом воздуха и недостаточной для расплавления соли, реакции взаимодействия кислорода и продуктов горения с твердым йодистым натрием или цеэием .значительно заторможены по

„, Ы„, 1039253 А1 (5t)s С 30 В 11/02,С 30 -В 29/12 нии ампулы, заполнение ее воздухом с последующей выдержкой, повторное вакуумирование, добавление активатора к соли и направленную кристаллизацию из распла- ва,отличающийся тем,что,сцелью. улучшения спектрометрических характеристик монокристалла за счет снижения концентрации кислородсодержащих примесей и продуктов неполного сгорания органических примесей в расплава, нагрев ведут до температуры 580-600 С, перед заполнением ампулы в воздух добавляют кислород в количестве. 45-50 об. )(„и выдержку проводят в течение 1-1,5 ч. сравнению с аналогичными реакциями в расплаве указанных солей.

Газообразные продукты горения орга- д нических примесей легко удаляются из объема ампулы последующим вакуумированием, так как нерастворимы в твердом йодистом натрии и практически н взаимодействуют с ним, Таким образом, в предложенном спасо бе реализуется очистка йодидов натрия или цезия от органических примесей и до мини. и/ме сводится содержеиие кислородсодер )и жащих примесей в расплаве, а равно и ц а кристалле, .что обеспечивает улучшение спектрометрических характеристик последнего.

fl р и м е р 1. 10 кг йодистого натрия загружают в комбинированную ампулу диаметром 100 X 150 мм и высотой 800 мм.

Ампулу помещают в печь и вакуумируют до

1039253 остаточного давления 10 мм рт,.ст. Температуру в печи повышают от комнатной до

580 С 4.ч и выдерживают соль в ампуле при постоянном вакуумировании и температуре

580 С в течение 20 ч. Затем заполняют ампулу сухим воздухом. обогащенным кислородом.

Содержание кислорода в газовой смеси — 35 $ об. Давление в ампуле, заполненной газовой смесью, 1 атм, Сырье выдерживают в атмосфере сухого воздуха, обогащенного кислородом, в течение 1 ч, после этого объем ампулы вакуумируютдо остаточного давления 10 мм рт, ст., удаляя и ри этом вместе с остатками воздуха и кислорода газообразные продукты горения. Вакуумированную ампулу с дегидратированным и освобожденным от органических примесей сырьем помещают в ростовую печь, плавят в ампуле сырье и выращивание ведут, как обычно, методом направленной кристаллизации (т. е.750-760 Си560 — 580 С),ампулуперемещают иэ горячей зоны в холодную через . водоохлаждаемую диафрагму со скоростью

2 мм/ч, градиент гемпературы в зоне кристаллизации 25 — 30 С/см, Процессы выращивания кристаллов

Na1(Tl) с предварительной термо-кислородно-воздушной обработкой сырья в ампуле по методике, описанной в примере 1, проводили с различным количественным составом кислородно-воздушной смеси, содержание кислорода в которой составляло 45, 50,55 и 60 об, 7.

Сцинтилляционные параметры детекторов на основе кристаллов Nal(Ti), выращенных в ампулах, подготовленных согласно примеру 1, при различных режимах приведены в т@5лице (примеру 1 соответствует строка 2).

Из таблицы следует, что улучшения спектрометрических характеристик достигают по пп. 2 и 3 при концентрациях кислоРода 45 — 50 об, l0.

Размеры кристаллов: диаметр 90 мм, высота 300-310 мм.

Пример 2. 11 кг йодистого цезия загружают в ампулу диаметром 100 мм и высотой 750 мм. К одному иэ отростков ампулы с солью герметично на гибком шланге подсоединяют дополнительную ампулу с активатором, йодистым натрием, в количестве

0,4 $ от веса йодистого цезия (0,44 кг). Ампулу помещают в печь общеизвестной конструкции шахтного типа и вакуумируют до остаточного давления 10 мм рт. ст. Температуру в пе(и повышают от комнатной до

250 С за 4 ч. и выдерживают соль в ампуле при постоянном вакуумировании и температуре 250О С в течение 20 ч. Затем повышают температуру в печи до 550 С и, выдержав соль в ампуле под вакуумом при этой температуре 2 ч, заполняют ампулу сухим воздухом, обогащенным кислородом, 1 Содержание кислорода в газовой смеси

35об. . Давление в ампуле, заполненной газовой смесью, не более 1 атм. Сырье выдерживают в атмосфере сухого воздуха, обогащенного кислородом, при температуре 550 С в течение 2 ч,после этого обьем ампулы вакуумируют до остаточного давления 10 мм рт. ст., удаляя при этом вместе с остатками воздуха и кислорода газообразные продукты горения.

Вакуумированную ампулу с дегидратированным и освобожденным от органических примесей сырьем помещают в ростовую печь, состоящую иэ двух камер: верхней — плавления и нижней — кристалли25 зации. Камеры Разделены водоохлаждаемой диафрагмой. Температуру в камере плавления устанавливают в известных для

Сз!(йа) пределах 700-710 С, а в камере кристаллизации 500 — 520 С, 30 Градиент температуры s зоне кристаллизации составляет 25-30 С/см (иэвестные пределы). Расплавляют соль йодистого це.зия в камере плавления и, переворачивая дополнительную ампулу, через гибкий

35 шланг. пересыпают активатор в расплав.

Включают механизм перемещения ампулы через водоохлаждаемую диафрагму со скоростью 1,5-2 мм/ч, осуществляя таким образом приемами процесс выращивания.

40 Получают монокристалл Сз!, активированный натрием, Монокристаллы, получаемые по описанной методике, имеют размеры: диаметр 90 мм и высоту 250-260 мм. Процессы выращи5 вания монокристаллов Csl(Na) с предварительной термо-кислородно-воздушной обработкой сырья в ампуле по методике, описанной в примере 1, проводили с различным количественным составом кислородновоэдушной смеси; содержание кислорода в которой составляло 45, 50, 55 и 60 об, .

Сцинтиляционные параметры детекторов диаметром 70 мм и высотой 200 мм на

55 основе монокристаллов Cst(Na), выращенных в ампулах, при различных режимах, подготовленных согласно методике. описанной в примере 2, приведены в таблице.

1039253

) ! !

1

I

Э Э

Э

Э

33

>-4 о и )Э ,%

>4 сб р

Х I»

I

1 !

Ф

>х I о I

40 I

Ф.о т

1 l- О 07 Ф

19>CD! ф ъ ш

I um7ü

3 t

1 I

1 1 1

1 Z I I

1 Э C) 9 I

4 0) 40 X

1 3- а х 1 "ЭЭ1

RK

Оъ

44

ОЪ

Оъ о

О ГЪ

1 1

ОЪ

477 со о о

1

1

Ф

1

Ю ОЪ с

1 1

4 4 С>

Г \

СЪ со

1 м с

4 4

ОЪ о

Ф

Оэ о

), ОЪ

СЪ!

I o

Ф ЪО

СЪ

° О

>.Г\

Ф с

4"Ъ! с ° с

СЪ

Оъ

Оъ

О \

С7

4).

С7

4 Ъ

Ln

ОЪ

4Ч

Ф

О 4Ч

I P

I ф о .сс

Ф эй

1 ф 3l

1 4> О) 1

1 х t (Э Р) 1 ф 40 а о

lP Э о о

D x

1 аА

-0 >.О с е»

1 МЪ I

4Ч ФЧ 4Ч

I

:3 !

О Ъ м

1

СЪ аА о м

I Ф

О\

СЪ

Э I х

С 1 нъ

Ф !

07

О 1 ш л

- I

ГЧ

Сэ

О Ъ

СС7

С>

0О

СЪ

О 1

40 )

t an ф 1 ОЪ

1 ф Ф с

Ln

CD

СЪ с

О Ъ

С>

ОЪ СЧ с .0 м ю» I ! I l»

С ОЪ о

ОЪ ОЪ

ЪО сО

-7 м

I 1 и оэ о

О\

Г"4

Ф

Г

4D о

>Ъ

Ln

СЪ

Э

z

Э

З 44

CL

С(1 о Ф

-т

ОЭ а Ф

О 3

X 1

Y 1

X I х

Ф >Х р

I а) о

I )1 Э

1 сб и

I-1 Ф х

1 Э

I m

) 1I L)

I Î о

447 О \ ъо

Ln 1

ОЪ

С4

ОЪ

СЪ

4Ч

ГЧ

- 3 сЧ с с 4 f4

1 Ф

44\ °

Г>Ъ О Ъ

1 1 съ м м с

4>! 1 а

Э I сх сх

9о ъ ш

0) Л

1 !

1 с с с с о <

v t o

1 ЪГЪ

X 1

a I

C 1

С0 1

Я I

СЪ

1

lA

СЪ

ОЪ

I аА о

Ln л м

Нъ с

4Ч

I и

f о

Г4 04

1 .I

0Э Л с с

t л

) с>э с

1 1.

МЭ ОЪ с

ОЪ О\ с м

1 с

С7 1

07 сп

ОФ )u YK ! Ц4

1 e I I >X о

Э 1 ) ф о с(I I 1- Оеэ

ЪФ 1 9XD

1 ФХ! m ъш

1 I- 1 47 фЛ

I 9 I I

I X I . I

1 40 l aA а)

1 ° Гб 3 1 ?

1 C I 1 Э 4>) Э

3 ф Е

93 (1-аz

I Ъ I I V 9

t О Э Э

Х 1 О О.Э о))сэта

$1 l ,а, +

I Ч

3 Ц 1

) l- 1

) Z 3

О Ъ чэ

lA

ГЧ

С7 сЧ

Г4

1 м чэ с

1 м

Г Ъ 44>а

Г4 ФЧ ! 1

-.Г ОЪ

1 сч

1 1

- Г о съ

СЪ

С7

) Ъ

Ф

44

ОЪ

О ОЪ

r>>

1 1 л о о

44

07

t»

Г4 СЪ

Г4 ГЧ

1 1

ЧЪ ОЪ

A л л

Ф

Оъ

1 с 4 и

I о

1 m о и

)- ОСО

9 XD ф ъш

1 4-> ф Л

I 1

1 Z 1! Э 4 ) Э

m 40 X

a z

v э

1 4О Э Э о?а

Г4 о 4Ч

4 4

07 П о о

4 Ъ

1 . ОЪ

ОЪ

СЪ

С Ъ

С>

07

СЪ

С 4

Ф I и о

СЪ

СЪ м

СЪ

Ф сЧ

07

С7

X 1

СЪ

Г I

Ф

Ln

I Гъ

1

I !

Оъ ОЪ

ЪО Оъ

О ОЪ

> с

С 4 ФЧ

СЪ

ОЭ

I о б

СЪ

Ф.

СЪ м

ОЪ л

СЪ

Гг\ о о аА -Ъ

ОЪ .ФГ

Г4

ГЧ

ОЪ м

4» м

Ф

1

1. б

1 1 О >Г\

4Ч

4D

Ф 1

)Е а у.

9 с(3I ф

СЪ

Г4

Сэ Г4 Оъ

Ln С»

О ГЧ

СЪ

О\

CA о с ф

9 а

l- СЪ

Э 44)0

Р- а

o o о

ОЭ ОЪ С7

4/Ъ ОЪ >О

С>

an

ОЪ! ! ф

1 x х а ф

I=

l 1 >О

РР1 Ф О

° 1. 1 47

)О I Ф о

1 1

) °

Г) Э 1

40 X

a z

Э 34)Р 3

) 3

1

l!

-1

I 1

I

РГ

1 (!!

1

1.I

--.. — l

1

4Р

Оъ О о с с м .О an

) t .1

ФЧ ОЪ Л с ° о о. о о о о

О Ъ СЪ ФЧ О Ъ

ОЪ .Ф) ЧЭ НЪ г

44 CA -т ОЪ ЧЪ

33

I

l

1

)

I

Ф

Ф

1

I

1 (I

1

1 (I

1 !

1

t

3

t

I

1

l

l

Ф

1

I

1

I

I

1 (I

Ф !

1

I

1

I

Ф

Ф

l

I

Ф

Ф

1

t

Ф

t.

3

1 (1

I

I

1

l