Способ получения сцинтилляционных монокристаллов на основе бромида лантана

Изобретение относится к технологии получения сцинтилляционных монокристаллов и может быть использовано при изготовлении чувствительных элементов детекторов гамма- и рентгеновского излучения Сцинтилляционные монокристаллы La(1-m-n)HfnCemBr(3+n), где m - мольная доля замещения La церием (0,0005≤m≤0,3), n - мольная доля замещения La гафнием (0≤n≤0,015), получают из смеси бромидов металлов. Шихту загружают в кварцевую ампулу с затравкой, ампулу вакуумируют, запаивают, устанавливают в ростовую установку, нагревают до расплавления шихты, выдерживают до установления в расплаве равновесного состояния, выращивают монокристалл путем создания в ампуле градиентного температурного участка и охлаждают, при этом используют многозонную ростовую установку с электродинамическим перемещением температурного градиента в продольно-осевом направлении. Для расплавления шихты температуру нагревателя установки в зоне затравки t1 выбирают из интервала 685°C<t1<720°C, температуру следующего нагревателя t2 - из интервала 770°C≤t2≤790°C. После расплавления шихты ампулу выдерживают не менее 10 часов, выращивание монокристалла осуществляют перемещением температурного градиента вдоль продольной оси установки со скоростью 0,3 мм/ч≤vтг≤0,5 мм/ч, при этом пограничные значения температур так называемых холодной tхз и горячей tгз зон градиентного участка выбирают из интервалов 720°C<tхз≤740°C и 790°C≤tгз≤820°C, а охлаждение ампулы осуществляют со скоростью не более 15°C/ч. Технический результат: точность поддержания температурных полей, стабильность их перемещения на всех этапах выращивания кристалла, строгий контроль температурных и временных параметров ростового процесса, получение с высоким выходом монокристаллов с заданными оптическими характеристиками и размерами. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 9 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения сцинтилляционных монокристаллов на основе бромида лантана и может быть использовано, преимущественно, при изготовлении чувствительных элементов детекторов гамма-излучения, рентгеновского излучения, космических лучей, электромагнитных волн низких энергий и др.

Известен способ получения сцинтилляционных монокристаллов общей формулы М(1-х)CeхBr3 (Патент США №7067816 В2. МПК G01K 11/85 (2006.01). Сцинтилляционные кристаллы, способы их изготовления и их применение. Опубликовано 27.06.2006), где М - элемент, выбранный из группы La, Gd, Y, или их смесь, x - мольная доля замещения М церием. Согласно этому изобретению сцинтилляционный монокристалл получают из смеси порошков МВr3 и СеВr3 методом кристаллизации Бриджмена в вакуумированной запаянной кварцевой ампуле. Конкретные параметры, при которых осуществляется способ получения указанных кристаллов, в описании изобретения не приведены.

Известен способ получения сцинтилляционных монокристаллов общей формулы Ln(1-y)CeyX3:M (Патент США №7692153 В2. МПК G01T 1/202 (2006.01). Сцинтилляционный кристалл и детектор излучения. Опубликовано 06.04.2010), где Ln - один или более элементов, выбранных из группы редкоземельных элементов, X - один или более элементов, выбранный из галогенов, М - легирующая добавка к материалу матрицы кристалла, выбранная из группы элементов Li, Na, К Rb, Cs, Al, Zn, Ga, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Ge, Ti, V, Cu, Nb, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, Ru, Rh, Pb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Та, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, TiBi, где у - число, удовлетворяющее условиям неравенства 0,0001≤у≤1. Сцинтилляционный монокристалл на основе бромида лантана согласно этому изобретению получают, преимущественно, методом Бриджмена. Ростовая печь, которую применяют для осуществления способа, выполнена с возможностью вертикального перемещения в ней тигля. Печь содержит тигель, в который помещают исходный материал (шихту), нагреватель для формирования температурного градиента, уменьшающегося по направлению вниз вдоль вертикальной оси, стержень для перемещения тигля в вертикальном направлении, изолирующий элемент, окружающий перечисленные выше конструкционные элементы. Исходную шихту, представляющую собой смесь коммерчески доступных соединений LaBr3 и СеВr3 и легирующей добавки, нагревают до расплавления, а затем охлаждают для кристаллизации. В качестве легирующей добавки используют вещество, содержащее такие элементы как Na, Fe, Сr или Ni, предпочтительно NaBr, FeBr2, CrBr2 и NiBr2. В тигель, в качестве которого используют, например, ампулу из кварцевого стекла, загружают исходную шихту, герметизируют ампулу при давлении ≤1 Па, устанавливают ампулу в ростовую установку, нагревают до температуры ~800°C и выдерживают ее при этой температуре до расплавления шихты. После расплавления шихты ампулу постепенно опускают вниз вдоль продольной оси ростовой печи, при этом медленно понижая температуру расплава ниже точки плавления с градиентом температуры ~3°C/см÷10°C/см. Скорость опускания ампулы предпочтительно не превышает 3 мм/ч, наиболее предпочтительно - не более 0,5 мм/ч для предотвращения растрескивания кристалла. В результате на участке с направленным градиентом температуры (далее может называться «градиентный участок») происходит кристаллизация из расплава. После того как опускание ампулы завершено, нагреватель отключают, ампулу выдерживают в достигнутой после опускания нижней точке, охлаждая до комнатной температуры, в результате получают монокристалл. Чем точнее регулируется температура и скорость перемещения ампулы, тем в большей степени полученный кристалл соответствует требуемым параметрам.

Наиболее близким техническим решением является способ получения сцинтилляционных монокристаллов, предпочтительно на основе бромида лантана общей формулы La(1-m-n)HfnCemBr(3+n) (Патент РФ №2426694. МПК С01F 17/00 (2006.01). Неорганический сцинтилляционный материал, кристаллический сцинтиллятор и детектор излучения. Опубликовано 20.08.2011), где m - мольная доля замещения La церием, n - мольная доля замещения La гафнием. Материал по настоящему изобретению получают в виде монокристалла путем выращивания известными способами, в частности методом Бриджмена. Для выращивания монокристалла методом Бриджмена в вакуумированных ампулах из кварцевого стекла (кварцевые ампулы) используют исходные вещества (степень чистоты 99,999). Загрузку кварцевой ампулы ростовым материалом, представляющим собой смесь исходных бромидов металлов в необходимом соотношении, осуществляют в сухом боксе. Ампулу с ростовым материалом вакуумируют и помещают в ростовую зонную установку, представляющую собой двухзонную ростовую печь, конструктивно содержащую горячую и холодную зоны (зону расплавления и зону кристаллизации). Скорость опускания ампулы из горячей зоны в холодную составляет ~2 мм/ч. В результате получают прозрачный монокристалл на основе бромида лантана.

В описанных выше аналогах направленную кристаллизацию осуществляют методом Бриджмена в ростовых установках или так называемых ростовых печах. Ростовая печь имеет как минимум две характерные зоны: зону нагрева, где исходную заготовку (шихту) расплавляют, и зону охлаждения, куда кристалл «вытягивают». При этом в системе кристалл-расплав создают необходимое для направленной кристаллизации градиентное температурное поле. При медленном опускании тигля (под тиглем здесь и далее может подразумеваться кварцевая ампула) из горячей зоны ростовой печи в более холодную на его остром дне образуется кристалл-зародыш, который в ходе дальнейшего опускания тигля может вырасти в крупный монокристалл. К общим недостаткам описанных известных способов получения монокристаллов на основе бромида лантана относятся следующие. В двухзонной ростовой печи сложно регулировать температуру с необходимой точностью, что может привести либо к расплавлению затравки, либо к недостаточному для начала кристаллизации переохлаждению расплава. Основная трудность при выращивании монокристаллов по методу Бриджмена заключается в необходимости создания небольшого температурного градиента вдоль тигля, при котором происходит наиболее плавный послойный рост монокристалла. При этом возможно недостаточное переохлаждение расплава шихты для начала кристаллизации. В то же время, если в расплаве создать значительное переохлаждение, а температурный градиент при этом будет относительно мал, то вся шихта может переохладиться ниже температуры плавления еще до появления первого кристаллита. Зарождение кристалла в таких условиях приводит к очень быстрому росту кристаллов в расплаве и неизбежному образованию мелких кристаллов неудовлетворительного качества. Кроме того, использование механического способа перемещения ампулы при высокотемпературной кристаллизации приводит к сложности позиционирования ампулы вследствие непрозрачности стенок ростовой печи, а также не позволяет наблюдать за положением фронта кристаллизации, соответственно, влиять на него.

Перед авторами стояла задача устранить указанные недостатки и разработать способ получения сцинтилляционных монокристаллов на основе бромида лантана, легко масштабируемый в дальнейшем до промышленной технологии и позволяющий получать монокристаллы с заданными характеристиками и требуемыми оптическими свойствами. Неотъемлемая часть поставленной задачи заключалась в определении рабочих параметров способа получения качественных монокристаллов, пригодных для использования в сцинтилляционных детекторах излучения.

Для решения поставленной задачи предлагается способ получения сцинтилляционных монокристаллов на основе бромида лантана, имеющих общую формулу , где

m - мольная доля замещения лантана церием, число из интервала

0,0005≤m≤0,3, предпочтительно из интервала 0,03≤m≤0,05,

n - мольная доля замещения лантана гафнием, число из интервала

0≤n≤0,015, предпочтительно 0≤n≤0,01,

по которому монокристаллы общей формулы (1) получают из шихты, представляющей собой смесь бромидов металлов, шихту загружают в тигель, предпочтительно в кварцевую ампулу, в которой размещен затравочный кристалл, ампулу с шихтой вакуумируют, запаивают, устанавливают в ростовую установку, нагревают до расплавления шихты, выдерживают в ростовой установке до установления в расплаве равновесного состояния, выращивают монокристалл путем создания в ампуле градиентного температурного участка, после чего ампулу охлаждают. Предлагаемый способ отличается тем, что в качестве ростовой установки используют многозонную ростовую установку с электродинамическим перемещением температурного градиента в продольно-осевом направлении, для расплавления шихты значение температуры нагревателя установки в зоне размещения затравочного кристалла (t1) выбирают из интервала 685°C≤t1≤720°C, а значение температуры следующего нагревателя ростовой установки (t2) выбирают из интервала 770°C≤t2≤790°C, после расплавления шихты ампулу выдерживают не менее 10 часов в изотермических условиях, выращивают монокристалл путем перемещения температурного градиента вдоль продольной оси многозонной ростовой установки, при этом пограничные значения температур t и градиентного участка выбирают из интервалов 720°С≤t≤740°C и 790°C≤tгз≤820°C, где tхз - температура так называемой холодной зоны ростовой установки, а tгз - температура так называемой горячей зоны ростовой установки, при этом скорость перемещения температурного градиента vтг выбирают из интервала 0,3 мм/ч ≤vтг≤0,5 мм/ч, а охлаждение ампулы осуществляют путем теплоотвода со скоростью не более 15°С/ч.

Пограничные значения температур tхз и tгз градиентного участка предпочтительно выбирают так, что температурный градиент составляет 10°C/см÷15°C/см.

Качество монокристалла определяется отсутствием в нем дефектов, напряжений, трещин, размером монокристалла, а также его сцинтилляционными характеристиками, такими как энергетическое разрешение и световыход.

В предлагаемом способе указанные проблемы решаются за счет выбора ростовой установки и корректного определения рабочих параметров процесса, при этом достигается следующий технический результат. Использование многозонной ростовой установки с электродинамическим перемещением температурного градиента в продольно-осевом направлении позволяет обеспечить точность поддержания температурных полей, стабильность их перемещения на всех этапах выращивания кристалла, строгий контроль температурных и временных параметров ростового процесса. Кроме того, осуществление способа в такой установке исключает необходимость использования сложных и дорогих прецизионных устройств механического перемещения ампулы. Корректное определение рабочих параметров заявляемого способа позволило получать с высоким выходом монокристаллы на основе бромида лантана с заданными оптическими характеристиками и необходимыми размерами.

Температурный профиль многозонной ростовой установки (далее может называться «многозонная ростовая печь») с электродинамическим перемещением температурного градиента формируется несколькими независимыми нагревательными элементами (далее обозначаются k), что позволяет не только создать температурный профиль сложной формы, но и перемещать его вдоль продольной оси печи путем независимого, в частности программного управления нагревателями. Понятие зоны в ростовой установке достаточно условно, так как в печи существует единое пространство, в котором температуру создают k нагревателей, образуя k соответствующих условных зон нагрева. Для удобства изложения далее по тексту последовательно расположенные нагреватели и соответствующие им условные температурные зоны будут обозначаться одинаковыми буквенно-цифровыми номерами, например нагреватель первой зоны и зона размещения затравки - k1 нагреватель следующей зоны и соответствующая ему зона - k2 и т.д. Поскольку зоны не изолированы друг от друга, то их границы размыты, вследствие чего при создании градиентного участка неизбежно происходит тепловое воздействие каждого из температурных участков на прилегающие зоны.

Способ осуществляют следующим образом. Ниже приведено краткое описание основных этапов получения монокристаллов на основе бромида лантана в соответствии с заявляемым способом.

Расплавление шихты. Расплавление шихты внутри ампулы обеспечивается за счет медленного разогрева многозонной ростовой печи до заданной температуры. Поскольку в заявляемом способе рост монокристалла происходит на ориентированном затравочном кристалле (затравке), который помещен в первую зону печи, то необходимо было экспериментальным путем найти такое значение температуры этой зоны, при которой не происходит расплавления затравки, а шихта, контактирующая с затравкой, находится в расплавленном состоянии при определенной температуре (t2) соседней зоны k2. Под температурой первой зоны здесь понимают температуру t1 конкретного нагревателя (k1) многозонной ростовой печи в месте расположения затравки. Во время всего процесса выращивания монокристалла температуру t1 поддерживают постоянной. Экспериментально установлено, что рабочее значение t1 следует выбирать из интервала 685°C<t1<720°C. Найдено, что при t1<685°C шихта вблизи затравки полностью не расплавляется, в результате происходит спонтанная кристаллизация, что приводит к образованию мелких кристаллов плохого качества. При температуре t1>720°C происходит расплавление затравки, что также приводит к спонтанной кристаллизации. По этой же причине температура следующего нагревательного элемента k2 должна быть несколько ниже температуры плавления шихты. Значение температуры t2 нагревателя k2 выбирают из интервала 770°C≤t2≤790°C. При этом шихта в зоне k2 находится в расплавленном состоянии за счет конвекции, так как происходит теплоперенос от последующей температурной зоны k3 - зоны перегрева расплава, которой соответствует нагреватель k3, к зоне нагревателя k2; затравка при этом не расплавляется. Температурные значения последующих нагревательных элементов (k3, k4 и т.д.) и корреспондирующих им зон ростовой печи соответствуют tгз.

Термостабилизация - выдержка ампулы в печи после расплавления шихты в течение определенного промежутка времени при постоянной температуре для установления равновесного состояния расплава внутри ампулы. Экспериментально установлено, что время выдержки ампулы при температуре, достигаемой на этапе расплавления шихты, должно составлять не менее 10 часов, после чего следует этап выращивания монокристалла.

Выращивание монокристалла. Рост монокристалла обеспечивается за счет смещения температурного градиента вдоль продольной оси печи вверх с определенной скоростью. Для получения сцинтилляционных монокристаллов на основе бромида лантана с заданными размерами и требуемыми оптическими характеристиками необходимо было создать минимальный по длине градиентный участок, характеризующийся определенным изменением температуры вдоль продольной оси печи. Градиентный участок создают следующим образом. Нагреватель k2 постепенно охлаждается до температуры холодной зоны (tхз), при этом происходит постепенное формирование холодной зоны, а нагреватель k3 охлаждается до температуры t2. В результате происходит смещение градиентного участка вверх по оси ампулы, а между холодной и горячей зоной создается зона кристаллизации за счет изменения температуры от температуры холодной зоны tхз до температуры горячей зоны tгз с плавным градиентом температуры. Опытным путем определено, что при выращивании монокристаллов на основе бромида лантана градиентный участок должен предпочтительно характеризоваться изменением температуры ~70°С на участке печи длиной ~5 см вдоль ее продольной оси. Экспериментально установлено, что tхз должна выбираться из интервала 720°С≤t≤740°С, tгз - из интервала 790°C≤t≤820°C, а скорость перемещения температурного градиента (vтг) - из интервала 0,3 мм/ч≤vтг≤0,5 мм/ч. Таким образом, в начале ростового процесса градиентный участок температуры начинается от первой зоны ростовой печи и постепенно перемещается вверх по направлению продольной оси ампулы. В результате перемещения градиента по мере роста монокристалла холодная зона увеличивается по длине, а горячая зона (зона расплава), соответственно, по длине уменьшается. После завершения процесса роста остается только холодная зона, в которой находится полученный монокристалл. Описанный процесс выращивания монокристалла на основе бромида лантана согласно заявляемому способу проиллюстрирован примером, приведенным ниже в таблице 1.

В таблице выделены значения температур, формирующие градиентный участок, на котором происходит кристаллизация.

Постепенное охлаждение ампулы. Достижение комнатной температуры с определенной скоростью охлаждения. Это важно, так как быстрое охлаждение приводит к возникновению трещин в выросшем монокристалле из-за анизотропии линейного коэффициента термического расширения и к появлению напряжений в монокристалле, что может привести к образованию трещин во время последующих операций по обработке кристалла (резке, шлифовке, полировке). Слишком медленное охлаждение приводит к неоправданному увеличению длительности процесса выращивания монокристалла, как следствие этого - уменьшение количества монокристаллов, получаемых на одной установке за одинаковое время и, соответственно, удорожание конечного продукта. Для исключения возможности образования перечисленных выше дефектов и для сокращения времени на выполнение этого этапа необходимо было определить оптимальную скорость охлаждения ампулы. Экспериментально установлено, что скорость охлаждения не должна превышать 15°С/ч.

Заявляемый способ иллюстрируется приведенными ниже примерами, но не ограничивается ими. Выполнение способа, приведенное в примерах получения монокристаллов общей формулы (1), включает следующую общую часть для всех описанных примеров.

Кварцевую ампулу моют плавиковой кислотой (HF) и ополаскивают дистиллированной водой. Ампулу помещают в сушильный шкаф на время ~10 часов при температуре 250°C, а затем переносят в сухой бокс, где в носик ампулы помещаются затравочный кристалл и загружают шихту, представляющую собой навеску смеси исходных бромидов металлов (степень чистоты 99,99%, производство компании Sigma Aldrich) в рассчитанном в соответствии с формулой монокристалла соотношении бромидов металлов в смеси.

Ампулу с загруженной шихтой вакууимируют до давления ~1 Па, герметично запаивают и устанавливают в ложемент многозонной ростовой установки с электродинамическим перемещением температурного градиента. Для реализации заявленного способа может быть использована в частности многозонная установка MellenEDG11 Sunfire, которая содержит 32 дюймовые зоны. При выращивании монокристаллов по заявляемому способу, как правило, были задействованы 7-8 зон. Использование такой или аналогичной установки обеспечивает плавный переход от одного этапа способа к другому благодаря встроенному блоку управления процессом выращивания монокристалла. Предпочтительная скорость нагрева термоэлементов составляет ~120÷135°C/ч, в этом случае время выхода на режим составляет около шести часов. После серии экспериментов по оптимизации скоростного и температурного режимов процесса удалось добиться устойчивого затравления кристалла. В дальнейшем путем подбора скоростных и температурных режимов была решена задача получения однородных монокристаллов на основе бромида лантана с заданными оптическими свойствами.

Ниже приведены результаты некоторых экспериментов по определению рабочих параметров получения монокристаллов на примере La0,95Се0,05Вr3 и La0,949Ce0,05Hf0,001Вr3,001 (результаты экспериментов близки для обоих монокристаллов, поэтому примеры приводятся без разделения по формулам монокристаллов).

Пример 1

Основные параметры процесса:

- температура первой зоны - 725°C

- температура холодной зоны - 740°С

- температура горячей зоны - 810°C

- скорость смещения температурного градиента - 0,5 мм/ч

- скорость нагрева - 120°C/ч

Результат эксперимента: затравка расплавилась, монокристалл не вырос.

Пример 2

Основные параметры процесса:

- температура первой зоны - 721°C

- температура холодной зоны - 730°C

- температура горячей зоны - 800°C

- скорость смещения температурного градиента - 0,4 мм/ч

- скорость нагрева - 120°C/ч

Результат эксперимента: затравка расплавилась, монокристалл не вырос.

Пример 3

Основные параметры процесса:

- температура первой зоны - 690°C

- температура второй зоны - 770°C

- температура холодной зоны - 718°C

- температура горячей зоны - 790°C

- скорость смещения температурного градиента - 0,45 мм/ч

- скорость охлаждения - 20°C/ч

- скорость нагрева - 120°C/ч

Результат эксперимента: затравление, частичное образование мелких кристаллов.

Пример 4

Основные параметры процесса:

- температура первой зоны - 690°C

- температура второй зоны - 780°C

- температура холодной зоны - 725°C

- температура горячей зоны - 805°C

- скорость смещения температурного градиента - 0,45 мм/ч

- скорость охлаждения - 17°C/ч

- скорость нагрева - 120°C/ч

Результат эксперимента: успешное затравление, вырос монокристалл, кристалл треснул при охлаждении.

Пример 5

Основные параметры процесса:

- температура первой зоны - 680°C

- температура второй зоны - 770°C

- температура холодной зоны - 730°C

- температура горячей зоны - 800°C

- скорость смещения температурного градиента - 0,45 мм/ч

- скорость нагрева - 120°C/ч

- скорость охлаждения - 15°C/ч

Результат эксперимента: шихта вблизи затравки расплавилась неполностью, получены мелкие кристаллы.

Пример 6

Основные параметры процесса:

- температура первой зоны - 690°C

- температура второй зоны - 790°C

- температура холодной зоны - 740°C

- температура горячей зоны - 800°C

- скорость смещения температурного градиента - 0,55 мм/ч

- скорость нагрева - 120°C/ч

- скорость охлаждения - 15°C/ч

Результат эксперимента: успешное затравление, вырос монокристалл, имеющий темные включения и трещины.

Пример 7

Основные параметры процесса:

- температура первой зоны - 685°C

- температура второй зоны - 780°C

- температура холодной зоны - 740°C

- температура горячей зоны - 825°C

- скорость смещения температурного градиента - 0,4 мм/ч

- скорость нагрева - 120°C/ч

- скорость охлаждения - 15°C/ч

- время выращивания монокристалла - 17 900 мин

Результат эксперимента: успешное затравление, вырос монокристалл, существенно уменьшилось количество центров окраски.

Пример 8

Основные параметры процесса:

- температура первой зоны - 700°C

- температура второй зоны - 785°C

- температура холодной зоны - 730°C

- температура горячей зоны - 810°C

- скорость смещения температурного градиента - 0,46 мм/ч

- скорость нагрева - 135°C/ч

- скорость охлаждения - 15°C/ч

- время выращивания монокристалла ~18 300 мин

Результат эксперимента: успешное затравление, вырос монокристалл, центров окраски практически нет.

Пример 9

Основные параметры процесса:

- температура первой зоны - 690°C

- температура второй зоны - 770°C

- температура холодной зоны - 740°C

- температура горячей зоны - 810°C

- скорость смещения температурного градиента - 0,46 мм/ч

- скорость охлаждения - 15°C/ч

- скорость нагрева - 135°C/ч

- время выращивания монокристалла ~18 500 мин

Результат эксперимента: успешное затравление, вырос монокристалл, центров окраски нет, трещин нет.

Установленные экспериментально рабочие параметры, приведенные в формуле изобретения и, в частности, в таблице 1, были использованы при получении монокристаллов Lа0,9490,05Hf0,003Вr3,003, La0,948Ce0,05Hf0,002Br3,002, Lа0,96Се0,04Вr3, La0,949Ce0,05Hf0,001Br3,001, Lа0,97Се0,03Вr3. В результате получены сцинтилляционные монокристаллы на основе бромида лантана с характеристиками, приведенными ниже в таблице 2.

К достоинствам предлагаемого способа получения монокристаллов относится возможность непрерывного контроля процесса на всех его этапах, что сокращает время выращивания монокристаллов и количество неудачных ростовых экспериментов и, следовательно, приводит к уменьшению количества бракованных кристаллов. Использование найденных экспериментальным путем рабочих параметров процесса позволило разработать компьютерную программу для выращивания монокристаллов, с помощью которой управляющий компьютер многозонной ростовой установки автоматически контролирует процесс получения монокристаллов на всех его этапах. Кроме того, управляющий компьютер может контролировать одновременное выращивание монокристаллов на двух и более установках.

1. Способ получения сцинтилляционных монокристаллов на основе бромида лантана, имеющих общую формулу , где
m - мольная доля замещения лантана церием, число из интервала
0,0005≤m≤0,3, предпочтительно из интервала 0,03≤m≤0,05,
n - мольная доля замещения лантана гафнием, число из интервала
0≤n≤0,015, предпочтительно 0≤n≤0,01,
по которому монокристаллы общей формулы (1) получают из шихты, представляющей собой смесь бромидов металлов, шихту загружают в тигель, предпочтительно в кварцевую ампулу, в которой размещен затравочный кристалл, ампулу с шихтой вакуумируют, запаивают, устанавливают в ростовую установку, нагревают до расплавления шихты, выдерживают в ростовой установке до установления в расплаве равновесного состояния, выращивают монокристалл путем создания в ампуле градиентного температурного участка, после чего ампулу охлаждают, отличающийся тем, что в качестве ростовой установки используют многозонную ростовую установку с электродинамическим перемещением температурного градиента в продольно-осевом направлении, для расплавления шихты значение температуры нагревателя установки в зоне размещения затравочного кристалла (t1) выбирают из интервала 685°C≤t1≤720°C, а значение температуры следующего нагревателя ростовой установки (t2) выбирают из интервала 770°C≤t2≤790°C, после расплавления шихты ампулу выдерживают не менее 10 часов в изотермических условиях, выращивают монокристалл путем перемещения температурного градиента вдоль продольной оси многозонной ростовой установки, при этом пограничные значения температур tхз и tгз градиентного участка выбирают из интервалов 720°C≤tхз≤740°C и 790°C≤tгз≤820°С, где tхз - температура так называемой холодной зоны ростовой установки, a tгз - температура так называемой горячей зоны ростовой установки, при этом скорость перемещения температурного градиента vтг выбирают из интервала 0,3 мм/ч ≤vтг≤0,5 мм/ч, а охлаждение ампулы осуществляют путем теплоотвода со скоростью не более 15°C/ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пограничные значения температур t и tгз градиентного участка предпочтительно выбирают так, что температурный градиент составляет от 10°C/см до 15°C/см.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области детектирования частиц ионизирующего излучения, в частности к сцинтилляционным детекторам на основе пластмассовых или кристаллических сцинтилляторов, в которых для вывода излучения применяются спектросмещающие волокна.

Изобретение относится к области «сцинтилляционная техника», прежде всего к эффективным быстродействующим сцинтилляционным детекторам, предназначенным для регистрации гамма и рентгеновских квантов, в приборах для экспресс-диагностики в медицине, промышленности, космической технике, научных исследованиях.

Изобретение относится к сцинтилляционной технике, а именно к быстродействующим, эффективным сцинтилляционным детекторам, предназначенным для регистрации гамма и рентгеновских квантов, и может быть использована в медицине, промышленности, космической технике, научных исследованиях.

Изобретение относится к новым неорганическим сцинтилляционным материалам, к новому сцинтиллятору кристаллического типа, особенно в форме монокристалла, и может быть использовано для регистрации ионизирующего излучения в виде электромагнитных волн низких энергий, гамма-излучения, рентгеновского излучения, космических лучей и частиц в фундаментальной физике, устройствах компьютерной томографии, РЕТ-томографах, в томографах нового поколения, гамма-спектрометрах, в карго-сканерах, в системах каротажа скважин, в системах радиационного контроля и др.

Изобретение относится к люминесцирующим веществам, к примеру веществам, используемым для того, чтобы обнаруживать ионизирующее излучение, Технический результат - повышение эффективности сцинтиллятора.

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

Изобретение относится к оксидным сцинтилляционным монокристаллам, предназначенным для приборов рентгеновской компьютерной томографии (РКТ) и обследования просвечиванием излучением.
Изобретение относится к области технологии оптических кристаллических материалов, используемых в качестве оптической среды повышенной радиационной стойкости, предназначенной для передачи фотонного излучения с различной частотой и мощностью оптических сигналов.
Изобретение относится к области получения материалов, прозрачных в инфракрасной области спектра, которые могут быть использованы для изготовления оптических элементов, прозрачных в области длин волн от 0,4 до 25 мкм, неохлаждаемых детекторов χ- и γ - излучений для ядерно-физических методов диагностики и контроля, а также изготовления волоконных световодов ИК-диапазона.
Изобретение относится к области получения материалов детекторов для регистрации ионизирующего излучения, которые могут быть использованы для инфракрасной оптики, лазерной техники, акустооптики.

Изобретение может быть использовано в медицинских томографах, при неразрушающем контроле в промышленности, для обеспечения безопасности при осмотре личного имущества, в физике высоких энергий.
Изобретение относится к области получения материалов, прозрачных в инфракрасной области спектра, а именно кристаллов галогенидов серебра и таллия, которые могут быть использованы для изготовления оптических элементов, прозрачных в области длин волн от 0,4 до 25 мкм, а также для изготовления волоконных световодов ИК-диапазона.
Изобретение относится к области получения материалов прозрачных в инфракрасной области спектра, а именно кристаллов галогенидов серебра, которые могут быть использованы для изготовления оптических элементов прозрачных в области длин волн от 0,4 до 15 мкм, а также для изготовления волоконных световодов среднего ИК диапазона.

Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно фторидной керамики, имеющей наноразмерную структуру и усовершенствованные оптические, лазерные и генерационные характеристики.
Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно фторидной керамики, имеющей наноразмерную структуру и усовершенствованные оптические, лазерные и генерационные характеристики.

Изобретение относится к новым неорганическим сцинтилляционным материалам, к новому сцинтиллятору кристаллического типа, особенно в форме монокристалла, и может быть использовано для регистрации ионизирующего излучения в виде электромагнитных волн низких энергий, гамма-излучения, рентгеновского излучения, космических лучей и частиц в фундаментальной физике, устройствах компьютерной томографии, РЕТ-томографах, в томографах нового поколения, гамма-спектрометрах, в карго-сканерах, в системах каротажа скважин, в системах радиационного контроля и др.
Изобретение относится к области изготовления оптических монокристаллов фторидов металлов, в частности к способу их вторичного отжига. .

Изобретение относится к устройствам, используемым при выращивании кристаллов путем направленной кристаллизации из расплава в вакуумированной ампуле для отвода тепла от затравки, выделяемого в процессе кристаллизации.

Изобретение относится к технологии получения сцинтилляционных монокристаллов и может быть использовано при изготовлении чувствительных элементов детекторов гамма- и рентгеновского излучения Сцинтилляционные монокристаллы LaHfnCemBr, где m - мольная доля замещения La церием, n - мольная доля замещения La гафнием, получают из смеси бромидов металлов. Шихту загружают в кварцевую ампулу с затравкой, ампулу вакуумируют, запаивают, устанавливают в ростовую установку, нагревают до расплавления шихты, выдерживают до установления в расплаве равновесного состояния, выращивают монокристалл путем создания в ампуле градиентного температурного участка и охлаждают, при этом используют многозонную ростовую установку с электродинамическим перемещением температурного градиента в продольно-осевом направлении. Для расплавления шихты температуру нагревателя установки в зоне затравки t1 выбирают из интервала 685°C<t1<720°C, температуру следующего нагревателя t2 - из интервала 770°C≤t2≤790°C. После расплавления шихты ампулу выдерживают не менее 10 часов, выращивание монокристалла осуществляют перемещением температурного градиента вдоль продольной оси установки со скоростью 0,3 ммч≤vтг≤0,5 ммч, при этом пограничные значения температур так называемых холодной tхз и горячей tгз зон градиентного участка выбирают из интервалов 720°C<tхз≤740°C и 790°C≤tгз≤820°C, а охлаждение ампулы осуществляют со скоростью не более 15°Cч. Технический результат: точность поддержания температурных полей, стабильность их перемещения на всех этапах выращивания кристалла, строгий контроль температурных и временных параметров ростового процесса, получение с высоким выходом монокристаллов с заданными оптическими характеристиками и размерами. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 9 пр.

Наверх