Кристаллический сцинтиллятор лия-3

Изобретение относится к неорганическим кристаллическим сцинтилляторам, чувствительным к пучкам рентгеновского и электронного излучения и применяемым для визуализации излучений в системах радиационного мониторинга, таможенного контроля, в системах томографии и неразрушающего контроля, использующих фотоприемные устройства, чувствительные в красном диапазоне спектра, в том числе компактные устройства на базе PIN-фотодиодов. Сущность: кристаллический сцинтиллятор содержит галогениды серебра и таллия при следующем соотношении ингредиентов (вес.%): хлорид серебра 18,0-22,0; бромид серебра 74,5-73,0; иодид серебра 0,5-1,0; иодид одновалентного таллия 7,0-4,0. Технический результат изобретения: разработка сцинтиллятора с максимумом спектра свечения в красной и ближней инфракрасной области спектра, согласующегося со спектральной чувствительностью PIN-фотодиодов и обеспечивающего высокую загрузочную способность детектора. 1 ил.

 

Изобретение относится к сцинтилляционным материалам, конкретно к неорганическим кристаллическим сцинтилляторам, чувствительным к пучкам рентгеновского и электронного излучения и применяемым для визуализации излучений в системах радиационного мониторинга, таможенного контроля, в системах томографии и неразрушающего контроля, использующих фотоприемные устройства, чувствительные в красном диапазоне спектра, в том числе компактные устройства на базе PIN-фотодиодов.

Известен кристаллический сцинтиллятор Лия-1 (патент РФ №2065614 от 20.08.1996. класс G 01 T 1/202, опубл. Бюл. №23), предназначенный для регистрации излучения от ускорителей и радиоактивных источников. Сцинтиллятор состоит из галогенидов серебра в отношении (вес.%): хлорид серебра 22-27, бромид серебра 77,99-72,50, иодид серебра 0,01-0,05. Сцинтиллятор обладает временным разрешением не хуже 20 нс и световыходом 40-50% относительно световыхода стильбена. Эффективный атомный номер Zэф=42,7. Плотность сцинтиллятора 6,4 г/см3. Однако максимум спектра люминесценции известного сцинтиллятора расположен при 400 нм, полуширина полосы люминесценции составляет 90 нм, т.е. это сцинтиллятор с синим свечением. Такие сцинтилляторы не пригодны для работы с кремниемыми PIN-фотодиодами, чувствительными в основном к красному и инфракрасному излучению.

Известен сцинтиллятор для регистрации бета - и гамма-излучения на основе BaF2 (патент США №3382368). Однако максимум спектра свечения BaF2 лежит в ультрафиолетовой области спектра при 220 нм. Такой сцинтиллятор совершенно не пригоден для работы в режиме фотодиодной регистрации.

Известен сцинтиллятор на основе ZnS-Ag (патент США №3398278, В.И.Иванов. Курс дозиметрии. М., Атомиздат. 1970. 392 с.). Однако максимум спектра излучения ZnS-Ag расположен при 450 нм, то есть известный сцинтиллятор не эффективен для работы в устройствах детектирования с фотодиодной регистрацией.

Известен сцинтилляционный детектор с фотодиодной регистрацией (Фотодиодные сцинтилляционные детекторы. Photodiode Scintillation Detectors SPD-2000. Проспект фирмы SCIONIX, Holland, 1992, 2 с.). Такой детектор пригоден для регистрации рентгеновского и гамма-излучения в промышленных и медицинских целях. Известный детектор содержит сцинтиллятор CsI-Tl, работающий в сочетании с кремниевым PIN-фотодиодом. Максимум спектра свечения такого сцинтиллятора приходится на желтый диапазон спектра (560 нм), что недостаточно хорошо согласуется со спектральной чувствительностью PIN-фотодиодов, максимум которой расположен в ближней инфракрасной области. Кроме того, длительность сцинтилляций известного сцинтиллятора велика, она составляет 450 нс, такой сцинтиллятор не может обеспечить высокой загрузочной способности регистрирующего тракта.

Известен сцинтиллятор на основе нитрида аллюминия AIN-Y2O3 (Ю.Д.Афонин, Д.А.Бекетов и др. Импульсная катодолюминесценция керамики на основе нитрида алюминия. Проблемы спектроскопии и спектрометрии. Межвузовский сборник. Екатеринбург, 2005, вып.18, с.89-92). Этот известный сцинтиллятор имеет две полосы в спектре свечения: синюю (345-465 нм) и красную с максимумом 600 нм, с длительностью сцинтилляций около 50 нс. Однако интенсивность красного свечения, наблюдаемого в сцинтилляционном импульсе и удобного для регистрации с помощью кремниевых PIN-фотодиодов, невысока и известный сцинтиллятор оказывается неэффективным в системах с фотодиодной регистрацией.

Наиболее близким по составу к заявляемому сцинтиллятору является кристаллический сцинтиллятор Лия-2 (патент РФ №2066464, 10.09.1996. опубл. Бюл. №25, Жукова Л.В., Жуков В.В., Шульгин Б.В. и др.). Известный кристаллический сцинтиллятор содержит галогениды серебра и талия при следующем соотношении ингредиентов (вес.%):

Хлорид серебра22,000-27,000
Бромид серебра77,980-72,499
Иодид серебра0,010-0,500
Галогенид таллия0,010-0,001.

Известный сцинтиллятор нетоксичен, отличается высокой пластичностью, пригоден для получения гибких и прочных на разрыв световодов, имеет длительность сцинтилляций ˜20 нс. Однако максимум спектра излучения известного сцинтиллятора расположен при 400 нм. Он не пригоден для фотодиодной регистрации, поскольку кремниевые PIN-фотодиоды не чувствительны к излучению в ультрафиолетовой и фиолетовой области спектра.

Задачей изобретения является разработка кристаллического сцинтиллятора с максимумом спектра свечения в красной и ближней инфракрасной области спектра, согласующегося со спектральной чувствительностью PIN-фотодиодов и обеспечивающего высокую загрузочную способность детектора.

Предлагаемый кристаллический сцинтиллятор содержит галогениды серебра и таллия при следующем соотношении ингредиентов (весовых %):

Хлорид серебра18,0-22,0
Бромид серебра74,5-73,0
Иодид серебра0,5-1,0
Иодид одновалентного таллия7,0-4,0.

Повышенное содержание иодида серебра и иодида одновалентного талия, обеспечиваемое специальной технологией, вызывает в кристаллическом сцинтилляторе появление обменно-связанных пар ионов таллия и смещение спектра свечения в красную область спектра, фиг.1. Как видно из фиг.1, спектр свечения предлагаемого сцинтиллятора сосредоточен в основном в красной и ближней инфракрасной (ИК) области спектра от 590 до 765 нм (по полувысоте полосы свечения), максимум спектра свечения расположен при ˜675 нм. Граница ИК-области излучения предлагаемого сцинтиллятора расположена при 0,85-0,9 мкм. Сцинтилляционный импульс при возбуждении импульсным электронным пучком (электронная пушка МИРА - 2Д, Е=150 кэВ, j=15 А, τи=15 нс) содержит одну основную экспоненциальную кривую затухания. Длительность сцинтилляций ˜40 нс. Эффективный атомный номер предлагаемого сцинтиллятора 45,7-45,75, плотность кристаллов 6,6 г/см3, диапазон пропускания от 0,4 до 40 мкм. Световыход в 8 раз выше, чем световыход известного сцинтиллятора на основе нитрида алюминия AIN-Y2O3, однако он не превышает 6-10% относительно световыхода сцинтиллятора CsI-Tl. Тем не менее амплитуда сцинтилляционной вспышки предлагаемого сцинтиллятора более чем достаточна для надежной ее регистрации PIN-фотодиодом и предлагаемый сцинтиллятор более эффективен по загрузочной способности в фотодиодных сборках, нежели CsI-Tl.

При уменьшении содержания в кристалле иодида серебра менее 0,5 вес.% и иодида одновалентного таллия менее 4 вес.% область максимума спектра свечения сдвигается в желтый диапазон спектра (500-560 нм), что недостаточно хорошо согласуется со спектральной чувствительностью PIN-фотодиодов (см. пример 4). При увеличении в кристалле содержания иодида серебра более 1,0 вес.% и иодида одновалентного таллия более 7 вес.% кристалл вырастает блочным и при механической обработке разрушается (см. пример 5).

Пример 1. Вырастили кристалл (по методу Бриджмена) состава в весовых %:

Хлорид серебра18,0
Бромид серебра74,5
Иодид серебра0,5
Иодид одновалентного таллия7,0

Провели оптическую обработку кристалла и измерили характеристики сцинтиллятора.

Длительность сцинтилляций ˜40 нс. Эффективный атомный номер 45,74, плотность сцинтиллятора - 6,6 г/см3, диапазон пропускания от 0,4 до 40 мкм.

Сцинтиллятор имеет максимум спектра свечения при 675 нм, его чувствительность согласуется со спектральной чувствительностью кремниевых PIN-фотодиодов и обеспечивает хорошую загрузочную способность.

Пример 2. Вырастили кристалл состава в весовых %:

Хлорид серебра22,0
Бромид серебра73,0
Иодид серебра1,0
Иодид одновалентного таллия 4,0

После оптической обработки кристалла провели измерения, как в примере 1. Спектр свечения кристаллического сцинтиллятора находится в красной и ближней ИК-области спектра от 590 до 765 нм (по полувысоте полосы свечения). Максимум спектра свечения ˜675 нм (фиг.1). Длительность сцинтилляций ˜35 нс.

Сцинтиллятор может быть использован в компактных фотоприемных устройствах на базе PIN-фотодиодов с требуемой загрузочной способностью.

Пример 3. Вырастили кристалл состава в вес.%:

Хлорид серебра20,0
Бромид серебра74,0
Иодид серебра0,8
Иодид одновалентного таллия5,2

Все измерения провели, как в примере 1. Спектр свечения лежит в области от 590 до 765 нм (фиг.1). Длительность сцинтилляций ˜40 нс. Остальные характеристики как в примере 1.

Пример 4. Вырастили кристалл состава в вес.%:

Хлорид серебра22,0
Бромид серебра75,7
Иодид серебра0,3
Иодид одновалентного таллия2,0

После оптической обработки кристалла провели измерения, как в примере 1. Максимум спектр свечения расположен при 500 нм, что плохо согласуется со спектральной чувствительностью PIN-фотодиодов.

Длительность сцинтилляций ˜50 нс. Эффективный атомный номер 43,2, плотность - 6,6 г/см3, диапазон пропускания от 0,4 до 40 мкм.

Пример 5. Вырастили кристалл состава в вес.%:

Хлорид серебра18,0
Бромид серебра72,5
Иодид серебра2,0
Иодид одновалентного таллия7,5

После вырезания заготовки кристалла на токарном станке и последующего шлифования поверхности кристалла начинается распад твердого раствора. В течение двух-трех суток распад распространяется на глубину ˜2-3 мм, что наблюдается по изменению окраски кристалла. Заявленному веществу присвоено авторское наименование Лия-3.

Кристаллический сцинтиллятор, содержащий галогениды серебра и таллия, отличающийся тем, что в его состав эти ингредиенты входят при следующем соотношении, вес.%:

Хлорид серебра18,0-22,0
Бромид серебра74,5-73,0
Иодид серебра0,5-1,0
Иодид одновалентного таллия7,0-4,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области физической и интегральной оптики, связанной с разработкой гетероструктур, пригодных для создания оптоэлектронных блоков и систем многоцелевого назначения, в частности, таких как сцинтилляционные и термолюминесцентные детекторы ионизирующих излучений для индивидуальной и космической медицины, для систем радиационного мониторинга, систем неразрушающего контроля и томографических медицинских систем, совместимых с волоконными линиями связи и пригодных для использования в качестве терминальных датчиков для оптических волоконных линий связи.
Изобретение относится к неорганическим сцинтилляционным материалам, предназначенным для регистрации тепловых нейтронов и пригодным для создания на их основе радиационных детекторов для радиоэкологического мониторинга территорий.
Изобретение относится к аэрогамма-спектрометрическим методам и может быть использовано в условиях техногенной аварии, сопровождающейся диспергированием плутония, а также в процессе мероприятий, связанных с ликвидацией последствий этих аварий.

Изобретение относится к сцинтилляционной технике, предназначенной для регистрации -, -, - и рентгеновского излучения, и может быть использовано в радиационной технике, в дозиметрии, в ядерно-физических экспериментальных исследованиях, для контроля доз и спектрометрии -, -, - и рентгеновского излучения.

Изобретение относится к инструментальному активационному анализу. .

Изобретение относится к области измерений ядерных излучений с помощью сцинтилляционных кристаллов. .

Изобретение относится к ядерной физике, медицине и нефтяной промышленности, в частности для измерения рентгеновского, гамма и альфа- излучений, контроля трансурановых радионуклидов в среде обитания человека, неразрушающего контроля структуры твердых тел, трехмерной позитрон-электронной компьютерной томографии и др.

Изобретение относится к области ядерно-физических методов анализа элементарного состава, а именно к инструментальному активационному анализу, и может быть использовано, например, при массовом анализе геологических материалов на содержание делящихся элементов.

Изобретение относится к области регистрации альфа- и нейтронного излучений и пригодно для использования в комплексах и системах радиоэкологического мониторинга для установления зон радиационного загрязнения, а также для целей персональной дозиметрии.

Изобретение относится к технологии получения алмаза для использования в электронике

Изобретение относится к области ядерной физики, астрофизики и физики высоких энергий, конкретно к области технологии регистрации нейтрино и антинейтрино (далее нейтрино), включая солнечные, космические, реакторные нейтрино, нейтрино, получаемые с помощью ускорителей; оно пригодно для создания нейтринных телескопов, нейтринных детекторов и нейтринных детекторных комплексов наземного и космического базирования, пригодных для удаленного, включая трансземное, обнаружения стационарных и мобильных ядерных реакторных и ускорительных установок и для астрофизических исследований

Изобретение относится к области выращивания эпитаксиальных монокристаллических пленок для измерения рентгеновского излучения, гамма-излучения, корпускулярного и космического излучений и промышленно применимо при изготовлении детекторов ядерных частиц, нейтронов, - и -частиц, -квантов, сцинтилляционных и рентгеновских экранов

Изобретение относится к сцинтилляционным материалам, а именно к кристаллическим сцинтилляторам, и может быть использовано в технике детектирования ионизирующих излучений для медицинской диагностики, ядерной геофизики, неразрушающего контроля и оценки качества продуктов питания

Изобретение относится к детекторам радиоактивного излучения и, более конкретно, к системе подвеса и защиты детекторов радиоактивного излучения портального мониторинга

Изобретение относится к сцинтилляционным материалам, а именно к неорганическим кристаллическим сцинтилляторам, и может быть использовано в технике детектирования ионизирующих излучений для медицинской диагностики, ядерной геофизики, неразрушающего контроля

Изобретение относится к оксидным сцинтилляционным монокристаллам, предназначенным для приборов рентгеновской компьютерной томографии (РКТ) и обследования просвечиванием излучением

Изобретение относится к материалам и устройствам, используемым при регистрации ионизирующего излучения
Наверх