Способ определения годности сцинтилляционного материала на основе кристаллов

 

Изобрете1ше относится к регистрации ионизирующего излучения и может быть использовано в азрокосмическом и радиационном приборостроении, а также в геологии и ядерной физике. Цель изобретения -.исключение непроизвйдительных затрат на изготовление детекторов и обеспечение промьйпленйости безотходным производством получения .сцинтшшяционных детекторов. Способ определения годности сцинтилляционно го материала на основе кристаллов Йодистого натрия, активированного тйллием с введенными йодат-ионаки для получения радиационнопрочных детекторов , работоспособных в широкой области температур, состоит в том, что в, отобранных пробах определяет содержание талли 1 и йодат-ионов и по предварительно построенной зависимости ийтенсйвности пиков термостимулиройанной лю№1несценции от содержания таллия и йодат-ионов судят о степени пригодности материала в качестве ис йодного для получения определенного типа детекторов. 3 з.п. ф-лы, 1 1Ш. (Л

СОЮЗ СОБЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, ИЕ (И) А1 (Я)5 С 01 Т 1/202

ГОСУДАРСТ8ЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 15.03.93 ° Бюл. 1Г 10 (21) 4051745/25 (22) 08,04,86 (72) A.Â. Долгополова, А.М. Кудин и А.Н. Панова (56) Авторское свидетельство СССР У 415916, кл. В 01 J 1.7/06, i972.

Авторское свидетельство СССР

У 862700, кл. С 01 Т 1/20, 1980. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОДНОСТИ

СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ KPHCTAJIJI0B (57) Изобретение относится к регист рации ионизирующего излучения и может быть использовано в аэрокосмическом и радиационном приборостроении, а также в геологии и ядерной физике.

Цель «эобретения -.исключение непроизводительных. затрат на изготовление детекторов и обеспечение промышленйос-,ти безотходным производством получения сцинтилляционных детекторов. Способ определения годности сцинтилляционно" го материала на основе кристаллов йо- дистого натрия, активнрованного таллием с введенными йодат-ионами для получения радиационнопрочных детекторов, работосПособных в.широкой области температур, состоит в том, что в, отобранных пробах определяют содержа» ние таллия и йодат-ионов и по предварительно построенной зависимости ин тенсивности пиков термостимулирован" ной люминесценции от содержания тал- . лия и йодат-ионов судят о степени ф пригодности материала в качестве исходного для получения определенного типа детекторов. 3 s.ï. ф-лы, 1 ил.

1402108

30.

При отсутствии в кристаллической буле йодат-ионов, но при наличии таллия 3 ° lO мас.доли % « 71 « 2 ° 10 мас.

-г ., - 55 доли % материал прит оден гтлл иэготов" легтия детекторов ионизирующего излучения общего назначения.

Изобретение относится к регистрации ионизирующего излучения и может быть использовагго для определения годности сцинтилляционног0 материала для изготовления детеКторов ионизирующего излучений на основе кристаллов Иа T(71) .

Цель иэобретеиия — упрощение способа путем исключения непроизводительных затрат Па изготовление детекторов. ионизирующего излучения на основе кристаллов NaJ(71) иэ выращенной кристаллической були.

Согласно изобретению.из выращенгтьгх 15 кристаллических буль йодиСтого натрия, активированного таллием, с введенными йодат-ионами для получения радиационно прочных детекторов, работоспособных в широкой области температур, в 20 отобранных пробах определяют содержание таллин и йодат-ионов и в соответствии с экспериментально установленной зависимостью интенсивности пиков термостимулированной люминесценции 25 от содержания таллин и йодат-ионов судят о степени пригодности материала для получения определенйого типа детекторов.

При содержании: таллия

-2 -2

3 ° 10 мас.доли % «71 «6 10 мас.доли % и йодат ионов

6 10 мас.доли % «.ЛО «1,4 10 мас.

35 доли % материал (кристаллическая буля) при" годен для иэготовлегтия раднационно- . прочных детекторов, работоспособных в широкой области температур 233- 4

333К,.

При содержании: таллия

3 10 мас.доли %«71 - 2, 1 10 мас. доли %

45 и адат-ионов.

6 ° 10 мас.доли % «JO «1, 4 10 мас. доли % материал пригоден для изготовления радиационно прочных детекторов ра50 ботоспособных при комнатной темпераь туре.

Впервые экспериментально установ-. лена связь соотношения содержания таллия и йодат-ионов с радиационной прочностью детекторов, работоспособных в определенном температурном диапазоне.

Дефекты, созданные радиацией в кристаллах NaJ(71), исследовали методом термостимулированной люминесценции (ТСЛ) . Кривые ТСЛ, измеренные

s широком температурном интервале, дают наглядное представление о полном спектре уровней захвата и влиянии разнообразных факторов на это распределение. Установлено, что основной вклад в эапасание светосуммьг детекторов на основе кристаллов

NaJ(T1), а значит и увеличение фоновой скорости счета в области комнатных температур вносят электронные центры окраски (F-центры) различной устойчивости с температурой разрушения Т„ „ - "295 и 313 К, а в области 240 К в запасание светосуммы вйосят вклад активаторные центры окраски различных структур с температурой разрушения в обгтасти 240 К: Tl (236 К) и Tl (251 К) (фиг ° 1,1) .

Для получения детекторов, радиационно прочных в широкой области тем- . иератур (213-333 К), при выращивании кристаллов необходимо создать условия, обеспечивающие снижение уровня образования дефектов, стимулирующих возникновение электронных центров окраски (Г - ц) с температурой разру- с. шения T z«- "295 и 313 K и активаторных центров окраски различных структур с температурой разрушения. в области 240К.

Впервые экспериментально установлено, что при содержании йодат-ионов в диапазоне 6 ° 10 - 1,4 ° 10 мас.до"3 ли % пики ТСЛ в областях 251, 295, 313К отсутствуют, а интенсивность пика 236}(уменьшается в несколько раз (фиг.1,3). При содержании йодатионов выше 1,4 ° 10 мас.доли % снижается послесвечение. При этом изменение фоновой сксрости света (6N имп/c) при 233К остается в пределах ТУ, однако световыход детекторов падает иэза увеличения миграционных потерь возбуждающего излучения и ухудшения прозрачности кристаллов к активаторl ному свечению. Что же касается содержания таллия, то предел 3 10 мас.до1402108 лн % ограничен величиной световыхода детекторов Na J(Tl): при содержании

Tl с 3 ° 10 мас.доли 7 резко падает световыход детекторов. При содержании таллия более 6 10 мас.доли npu том же содержании йодат-ионов увели.чивается интенсивность пика ТСЛ в области 251К и соответственно запаСаиие светосуммы и изменение фоновой скорости счета 6N имп/л при 233К -

200 имп/с (по ТУ на детекторы СДН-43 .< 200 имп/с) . Таким образом, при содер- жании таллия и йодат-ионов в установленных пределах: . .6»10 мас.доли % Л0 1,4-10 мас.д

JIR Ж

3 1О иас.доли,аТ1аб 10 мас.доли Х вся кристаллическая буля пригодна для изготовления радиационно прочных

Детекторов (СДН-43), работоспособных в области температур 213-333К.

Если содержание таллия превьппает .6 ° 10 мас.доли, но не вьппе 2, !»

« 1OГ мас.доли %, а содержание йодат1 ионов остается в тех же пределах, растет интенсивность пика ТСЛ в об-, ласти 240К, в то время как пики ТСЛ в области 295 и 313К отсутствуют (фиг. 1,2) . Данный материал пригоден для изготовления радиационно прочных детекторов, работающих при комнатной температуре (Д=45, Д 56).

Если при нарушении технологического процесса в кристаллической буле отсутствуют йодат-ионы, а содержание таллия находится в рассматриваемых пределах:

3 ° 10 мас.доли %аТ1(2, 1 10 мас.доли Я, в спектре ТСЛ наблюдаются интенсивные пики в областях 240,295,313К (фиг. 1, 1). Иатернал пригоден длл изготовления детекторов ионизирующего иэлуче- 4f из каждой були иия общего назначения, для которых не требуется радиационная прочность, а необходимы только световой выход

С с и энергетическое разрешение

R„, отбирают две пробы: !! н Ф 2

5 — определяют содержание йодат-ионов на спектрофотометре ИР = 20 (или

ИКС-22)

У 1 — 8 10 мас.доли !!I 2 — 1,2 10 мас.доли 7

10 — методом лазерного микроспектрального анализа определяют содержание таллия в них:

9 1 — 3,9 10 мас.доли, Р 2 — 5,8 10 мас,доли .. !

5 Спектр термостимулированной люмио» несценции соответствует, (фиг ° 1,3).

Вся кристаллическая буля пригодна для изготовления радиационно прочных детекторов, работоспособных в широкой

20 области температур (СДН=43), соответствующих ТУ с большим запасом (hN 200 имп/с при 233K).

Таким образом, из кристаллической були размером 90х120 мм изготовили

25 11 детекторов СДН-43 размером 63х5 мм ,Технологические отходы составили 3Ж.

Пример 2. Содержание йодатионов в выращенной кристаллической буле осталось в тех же пределах

30 8 10 мас.доли +JO +1,4.10 мас.доли, а содержание таллия увеличи1 лось до 2,1 10 мас.доли 7.. Спектр термостимулированной люминесценции соответствует (фнг. 1,2) . Вся кристаллическая буля пригодна для изготовления радиационно прочных детекторов, работоспособных прн комнатных температурах (ЗООК) (СД=45, Д=56), Из каждой кристаллической були

40 размерами 90х120 мм иэготовнлн два детектора Д=56 30х63 мм и один детектор Д=45 30х90 мм. В таблице приведены характеристики детекторов

I

Следует отметить, что впервые введен контроль за содержанием йодат-, ионов и таллия в отобранных пробах и впервые установлена связь соотношения содержания таллия и йолат-ионов с радиационной прочностью детекторов, работоспособных в определенном тем пературном диапазоне.

П р и и е р 1. Иэ выращенной кристаллической були размерами 90х 120 мм,Д=56 размерами 30х63 мм по одному

Пример 3. При нарушении технологического процесса в выращенной кристаллической буне отсутствуют йодат-ионы, а содержание таллин на2 ходится в пределах 3 10 мас.доли 7.<

Тl < 2, ° 10" мас.доли 7..

Спектр термостнмулированной люминесценции соответствует (фнг. 1, 1) .

Вся кристаллическая булл пригодна для изготовления детекторов общего назначения, для которых не требуется радиационная прочность (РН), а только спектрометрия: энергетическое разрешение и световой выход (К„, ". (:„, ) 1402108

Таким образом, предлагаемый способ определения годности с цинтилляционного материала на осндве кристаллов

NaJ(Tl) для изготовления детекторов ионизирующего излучения исключает непроизводительные затраты на изготоВление детекторов и позволяет .использовать все выращенные кристаллические були для изготовления детекторов оп- 10 ределенного типа. ности материала для получения определенного типа детекторов.

2, Способ Iio п.1, о т л и ч а !ошийся тем, что при содержании таллия 3 ° 10 мас.доли Х. (Tl c. 6 10 мас. доли Х, йодат-ионов б ° 10 4мас.доли Х 40 1,4 10 мас.доли Х материал счи тают пригодным для изготовления ра-! диационно прочных детекторов, работоспособных в широкой области температур..Таблица I Ндмера детек.торов СДН-43

Световой выход по гамма-линии амарнция-241, - cYEC6. Х

Энергетическое разрешение по гамма-линии америция-241, IfpEI (25 5) С, R„p

Изменение фоновой скорости счета, имп/с, после воздействия -излучения при пороге регистрации 20 Кэв от Са от 41 А при 25 5 С при 233К не более

45% по ТУ не менее

О, 1 УЕСВ не более

200 не более

100

0, 16

25-8-82

26-8-82

27-8"82

28-8-82

0,15

0,17

0.26

0,18

29-8-82

0,17

0 Формула из обретения

1. Способ определения годности сцинтилляционного материала на основе 1g

КрНс T8JIJtoII Na 7 (Т1) для изготовления ° ос о по и е 1 ° о т л и ч д .ю детекторов иониэирующЕго .излучения Щ " е I o пРи соДержании и и с я тем

1 включающий оценку годности по соот- таллия 3 10 мас.доли Х <Т1 2,1r;

6. 1 х 0 мас.доли Х ветствию. JJCTAHOBJIeHEIbM IiepBMeTpBM 10 4 мас доли йодат ли Х. материал пригоден для изготовле-, лью- eI о упрощения путем исключения ния радиационно прочных детекторов о IIpo í AeTeKTopos работоспособных при комнатной темпенепроизводительных затрат на изготовратуре. ление детекторов из кристаллической були Йодистого натрия с йодат-ионами 25

I! и активированного таллием, в отобран- 4. Способ по II 1, о т л и ч а ю°, ньх.пробах определяют содержание тал- шийся тем, что при содержании лия и йодат-ионов, по предваритель" таллия 3 10 мас.доли XTl (2,1 ° 10 мас. но построенной зависимости интенсив", доли Х и отсутствии йодат-ионов мате-: носТи пйков термостимулированной 30 риал пригоден для изготовления детеклюминесценции от содержания таплия торов ионизирующего излучения общего и йодат-ионов судят о степени пригод-: назначения.

1402108

Номера детекторов СДИ-43 от т - .Се при 25i5 C

0,17

30-8-82

26,4

31-8-82

0,18

22,4

0,17

23, 6О, 16

34-8-82

О, 17

26 °

35-8-82.О, 17

Таблнца2

Ьй, им п/с

Ст маса дОли

Световыход

УЕСВ.

ТУ. 9".10-84: 1,6 10

18-10-84 .1,35 ° 10

9,2 10

2,5

8,5

7,8 .10

9,2

2,3

2,5

5-10-.84 . 5 10

9,6

22- 10-84 2, 1 -10

2,4

8,5

32"8-82

33-8-82

Детектор (Д-56)

30х63 мм

Световой в по гамма-ли америция-2

С„„,, -й нергетическое азревение по амма-линии epact-241, бри(25+5) С, .С мас. доли Ж

9,6 ° 10

1,1 ° 10

Продолжение табл. 1

Изменение фоновой скорости счета, имп/с, после воздействия

g-излучения при пороге регистрации 20 Кэв

° »» Вюю»»»» от a4i А нри 233К, Энергетическое раз" решеннв, IlP не менее не более не более

1 S 20 100

1402108

Таблица 3

&М, имп/с

Световой выход, (EC5

Содержа нйе йодат-ионов, мас.доля Х.

Детектор

30хбЗ мм (g-S6), 1,9

TV-06-26-. С, 270-78

2,9 8,2 300

2,2 8» 1 ° 650

2,1 9,7

О

Б0 РФ М. ж r>4

Составитель Б. Рахманов

Редактор В, Федотов Техред Л.,СердюковаКорректор M. Демчик

° В аааю 4ййй4 °

Закав 1959 Тирам .Подписное

ВНИИПИ ГосударетЬеййого комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб», д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Умгород, ул. Проектная, 4

Содержание таллия

Йасвдоли Й

Ста б 10

7,2.10

1,7 10

Энергетическое разрешение, К„Х