Кристаллы на основе бромида таллия для детекторов ионизирующего излучения

Изобретение относится к материалам детекторов для регистрации ионизирующего излучения, а также может быть использовано как оптический материал для ИК-оптики, лазерной техники, акустооптики. Кристаллы на основе бромида таллия дополнительно содержат 0,0028-0,00008 мас.% примеси бромида магния. Техническим результатом изобретения является повышение детекторных характеристик материала: μτе до 7,8⋅10-4 см2/В, μτh до 2,5⋅10-4 см2/В, удельного сопротивления до 1⋅1012 Ом⋅см, и обеспечение стабильности свойств в процессе эксплуатации. 1 табл.

 

Изобретение относится к области получения материалов детекторов для регистрации ионизирующего χ- и γ-излучения, а именно кристаллов на основе бромида таллия, а также может быть использовано как оптический материал для инфракрасной оптики, лазерной техники, акустооптики.

Бромид таллия (TIBr) имеет высокие атомные номера составляющих компонентов (Tl-81, Br-35), большую плотность - 7,56 г/см2 и, соответственно, высокую поглощающую способность x- и γ-излучений. Широкая запрещенная зона (2,68 эВ) потенциально позволяет детекторам на его основе работать при комнатных температурах с низкими токами утечки. Невысокая температура плавления 460°С и отсутствие фазовых переходов при охлаждении от температуры кристаллизации до комнатной дают возможность выращивать из расплава монокристаллы диаметром до 100 мм на сравнительно простом оборудовании. Негигроскопичность TlBr допускает его использование без дополнительных защитных покрытий.

Однако при использовании детекторов ионизирующего излучения на основе TlBr детекторные свойства материала сохраняются не более одного-двух часов.

Технической задачей изобретения является повышение детекторных характеристик материала и сохранение стабильности работы детекторов на их основе в течение всего периода эксплуатации.

Известны кристаллы TlBr, полученные из солей, прошедших многократную очистку методом зоной плавки, и выращенные методом плавающей зоны при атмосферном давлении. Такой материал имеет следующие детекторные характеристики: подвижность носителей заряда μτе и μτh не более 2,6⋅10-4 см2/В и 3,7⋅10-5 см2/В для электронов и дырок, соответственно и удельное сопротивление 3⋅1010 Ом⋅см, что недостаточно для длительного детектирования с высоким разрешением, поскольку применение для выращивания кристаллов метода плавающей зоны ведет к значительным термическим напряжениям при выращивании, структурной неоднородности получаемых кристаллов и к ухудшению свойств материала в процессе эксплуатации (Hitomi K., Muroi О., Matsumoto М., Hirabuki R., Shoji Т., Suehiro Т., Hiratate Y. Recent progress in thallium bromide detectors for x- and γ-ray spectroscopy // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 2001. №458. P. 365-369.

Известны кристаллы бромида таллия, легированные бромидом кальция, полученные путем загрузки бромида таллия в контейнер, добавления в бромид таллия легирующей примеси бромида кальция, откачки и запаивания ампулы, плавления материала, выдержки расплава при 500°С в течение 100 часов, роста кристаллов перемещением расплава в температурном градиенте. Полученные кристаллы бромида таллия, легированные бромидом кальция, из-за неоднородности по составу и образующейся при этом нестабильности оптических и электрофизических свойств материала ухудшают детекторные характеристики и их воспроизводимость (патент РФ №2506352, МПК С30В 29/12, опубл. 10.02.2014). Способ принят за прототип.

Техническим результатом изобретения является повышение детекторных характеристик материала и обеспечение стабильности свойств в процессе эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что кристалл на основе бромида таллия для детекторов ионизирующего χ- и γ-излучения, согласно изобретению дополнительно содержит бромид магния при следующем соотношении компонентов (мас.%):

бромид таллия 99,9972-99,99992
бромид магния 0,0028-0,00008

Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от прототипа, где кристаллы бромида таллия легированы соединением двухвалентного кальция, бромид таллия содержит дополнительно бромид магния в количестве 0,0028-0,00008 мас.%.

Наличие в кристаллах ионов магния на уровне примеси стабилизирует детекторные свойства кристалла и увеличивает время работы детектора на весь период эксплуатации, так как стабилизирует рост структурно однородных кристаллов с градиентом концентрации легирующей примеси не более 0,6⋅10-6 масс/см по длине кристалла.

При концентрации примеси бромида магния более 0,0028 мас.% не обеспечивается стабилизация детекторных характеристик во времени. При концентрации легирующей примеси менее 0,00008 мас.% происходит ликвация примеси по длине кристалла при выращивании, в результате нарушается структурная целостность и осевая стабильность электрофизических характеристик, что не позволяет использовать бромид таллия в качестве детекторного материала.

Примеры получения материала

В ампулу термостойкого боросиликатного стекла, имеющую диаметр 20 мм, с коническим носиком, оливкой для вакуумирования и перетяжкой для запаивания загружают 200 г TlBr. Добавляют легирующую примесь - бромид магния - в количестве 0,0018 г. Ампулу вакуумируют до остаточного давления воздуха 10-3 мм рт.ст. и запаивают на газовой горелке.

Запаянную ампулу с материалом помещают в вертикальную двухзонную печь сопротивления. Бромид таллия нагревают до температуры 480°С и расплавляют. Включают привод опускания ампулы и проводят кристаллизацию расплава перемещением ампулы в нижнюю низкотемпературную (350°С) зону печи со скоростью 2 мм/ч. После полной кристаллизации расплава кристалл охлаждают до комнатной температуры со скоростью 30 град/ч.

По данным измерения методом Ван дер Пау при напряжении 20 В на вырезанных из кристаллов образцах размером 4×4×2 мм с нанесенными индиевыми омическими контактами легирование материала бромидом магния увеличивает удельное сопротивление до 1⋅1012 Ом⋅см. Удельное сопротивление рассчитано для температуры 18°С с учетом энергии активации темновой проводимости Еа=0,9 эВ. Рассчитанные методом Гехта значения подвижностей носителей заряда достигают μτе=7,8⋅10-4 см2/В и μτh=2,5⋅10-4 см2/В для концентрации MgBr2 0,00085 мас.%. Было проведено 10 измерений в течение 24 месяцев, данные по составу и значения детекторных характеристик с учетом их изменения во времени приведены в таблице 1.

Кристалл на основе бромида таллия для детекторов ионизирующего χ- и γ-излучения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бромид магния при следующем соотношении компонентов (мас.%):

бромид таллия 99,9972-99,99992
бромид магния 0,0028-0,00008



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ИК-оптике, а именно к созданию лазерных сред, и касается разработки способа получения легированных халькогенидов цинка для перестраиваемых твердотельных лазеров, используемых, в частности, в медицине и биологии.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер с оптической накачкой включает оптически связанные источник излучения накачки, активный материал, резонатор, входное окно для ввода излучения накачки и выходное окно для вывода излучения наружу.

Изобретение относится к ИК-оптике, а именно к созданию лазерных сред, и касается технологии получения легированных переходными металлами халькогенидов цинка в качестве активной среды или пассивного затвора для твердотельных лазеров.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов диоксида гафния, которые могут быть использованы в качестве компонентов сцинтилляционных детекторов, лазеров, иммобилизаторов нуклеиновых кислот, биосенсоров, биодатчиков.

Изобретение относится к оптике. Кристаллическое тело, образованное из монокристалла типа граната, имеет пару пропускающих свет поверхностей, которые противостоят друг другу и пропускают свет, и по меньшей мере одну боковую поверхность, которая соединяет пару пропускающих свет поверхностей, при этом отношение В/А плотности А (количества на 1 см2) дислокаций в пропускающих свет поверхностях и плотности В (количества на 1 см2) дислокаций в боковой поверхности удовлетворяет следующей общей формуле: 1≤(В/А)≤3600.

Изобретение относится к технологии получения молибдата свинца (PbMoO4) в ионных расплавах, который может быть использован при изготовлении сцинтилляционных элементов, в лазерной технике, акустооптических модуляторах, дефлекторах, что обусловлено его высокими физическими и оптическими свойствами.
Изобретение относится к выращиванию высококачественных высокотемпературных монокристаллов оксидов, в том числе профилированных, например, таких как лейкосапфир алюмоиттриевый гранат, рутил, и может быть использовано в лазерной технике, ювелирной и оптических отраслях промышленности.

Изобретение относится к оптическим средам на основе кристаллических галогенидов, а также к способу их получения и может быть использовано в системах оптической связи.

Заявляемое устройство предназначено для генерации когерентного и некогерентного электромагнитного излучения. Твердотельный источник электромагнитного излучения содержит рабочий слой, выполненный в виде пленки из проводящего ферромагнитного материала.
Изобретение относится к области создания материалов для пассивных и активных элементов устройств фотоники, квантовой электроники и оптики. Способ образования центров окраски в алмазе включает облучение алмаза с однородным распределением по объему А-агрегатов и с их концентрацией не менее 1018 см-3 ионизирующим излучением с энергией не менее 1 МэВ дозой 100-120 част./см2 на каждый А-агрегат.

Четырехпереходный солнечный элемент включает последовательно выращенные на подложке (1) из p-Ge четыре субэлемента (2), (3), (4), (5), соединенные между собой туннельными p-n переходами (6, 7, 8), метаморфный градиентный буферный слой (9) между первым (2) и вторым (3) субэлементами и контактный слой (10).

Четырехпереходный солнечный элемент включает последовательно выращенные на подложке (1) из p-Ge четыре субэлемента (2, 3, 4, 5), согласованные по постоянной решетки с подложкой (1) из p-Ge и соединенные между собой туннельными р-n-переходами (6, 7, 8), и контактный слой (9), при этом первый субэлемент (2) включает подложку (1) из p-Ge, слой (10) из n-Ge, слой (11) широкозонного окна из n-GaInP и буферный слой (12) из n-GaInAs, второй субэлемент (3) включает слой (13) из p-GaInAs и слой (14) из n-GaInAs, третий субэлемент (4) включает слой (15) из p-AlGaInAs и слой (16) из n-AlGaInAs, а четвертый субэлемент (5) включает короткопериодные сверхрешетки А2В6 р- и n-типа (17, 18).

Изобретение относится к полупроводниковому компоненту, а более конкретно к солнечному элементу по меньшей мере с одним полупроводниковым материалом для подложки моно- или поликристаллической структуры, состоящим по меньшей мере частично из пирита с химическим составом FeS2, который очищают с целью достижения определенной степени чистоты.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам для преобразования ионизирующего излучения в электрический сигнал, в частности к чувствительным элементам, предназначенным для использования в различных системах измерения уровней радиации.

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений и может быть использовано при регистрации частиц, ультрафиолетового-, альфа-излучений. Чувствительный элемент с кольцевым контактом для алмазного детектора, предназначенный для регистрации частиц, альфа-, УФ излучений, содержит лицевой контакт, выполненный с отверстием радиуса R, определяющимся из условия достаточной величины электрического поля в цилиндрической области радиуса R и позволяющим устранить энергетические потери регистрируемых частиц вследствие отсутствия контакта внутри цилиндрической области радиуса R.

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам ионизирующих излучений, в частности к алмазным детекторам, способным работать в условиях повышенных температур, пониженных давлений, в агрессивных средах.

Изобретение в целом относится к системам формирования изображения. Детекторное устройство для детектирования излучения содержит преобразующий слой, множество собирающих заряд электродов, множество внешних направляющих электродов, при этом детекторное устройство предназначено для приложения к направляющим электродам напряжения , где Ubias обозначает напряжение, приложенное между упомянутыми собирающими заряд электродами и противоэлектродом, через который принимается упомянутое излучение, dgap обозначает ширину упомянутых зазоров между упомянутыми собирающими заряд электродами, dg обозначает расстояние между соединительным слоем, на котором размещены упомянутые направляющие электроды, и упомянутым преобразующим слоем, εc обозначает относительную диэлектрическую проницаемость упомянутого преобразующего слоя, εg обозначает относительную диэлектрическую проницаемость в слое между упомянутыми собирающими электродами и упомянутыми направляющими электродами и dc обозначает толщину упомянутого преобразующего слоя.

Использование: для детектирования рентгеновского излучения. Сущность изобретения заключается в том, что детектор рентгеновского излучения содержит блок датчиков для определения падающего рентгеновского излучения, содержащий определенное число сенсорных элементов, счетный канал в расчете на сенсорный элемент для получения счетного сигнала посредством подсчета фотонов или импульсов заряда, сформированных в ответ на падающее рентгеновское излучение с начала интервала измерений, суммирующий канал в расчете на сенсорный элемент для получения просуммированного сигнала, представляющего полную энергию излучения, определенного с начала интервала измерений, и блок обработки для оценки, из просуммированных сигналов сенсорных элементов, счетных сигналов сенсорных элементов, счетный канал которых насыщен в течение интервала измерений, при этом упомянутый блок обработки сконфигурирован с возможностью определения модели объекта из полученных просуммированных сигналов сенсорных элементов, и определения счетных сигналов насыщенных сенсорных элементов из упомянутой модели объекта.

Изобретение относится к детектору счета фотонов с прямым преобразованием. Детекторная матрица содержит по меньшей мере один пиксель детектора прямого преобразования, выполненный с возможностью обнаружения фотонов полихроматического ионизирующего излучения, причем пиксель содержит: катодный слой; анодный слой, включающий в себя анодный электрод для каждого по меньшей мере одного пикселя детектора; материал прямого преобразования, расположенный между катодным слоем и анодным слоем; управляющий электрод, расположенный в материале прямого преобразования, параллельном и расположенном между катодным и анодным слоями; и контроллер напряжения пикселей, электрически соединенный с управляющим электродом, причем контроллер напряжения пикселей выполнен с возможностью альтернативного приложения одного из двух различных напряжений к управляющему электроду во время процедуры получения изображений, основываясь на скорости счета фотонов за заданный период скорости счета.

Изобретение относится к детектору для подсчета фотонов и описывается с частным применением к компьютерной томографии (CT). Система получения изображений содержит детекторную матрицу с пикселями детектора прямого преобразования, которая обнаруживает излучение, пересекающее область исследования системы получения изображений, и формируют сигнал, указывающий обнаруженное излучение, схему формирования импульсов, выполненную с возможностью альтернативной обработки сигнала, указывающего обнаруженное излучение, сформированного детекторной матрицей, или набора испытательных импульсов, имеющих разные и известные амплитуды, соответствующие различным и известным уровням энергии, и формирования выходных импульсов, имеющих амплитуды, указывающие энергии обработанного обнаруженного излучения или набора испытательных импульсов, и схему регулировки порогов, выполненную с возможностью анализа амплитуд выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов, вместе с амплитудами набора испытательных импульсов и набора заданных порогов фиксированной энергии, и формирования сигнала регулировки порогов, указывающего начало отсчета, на основании результата анализа.

Изобретение относится к полупроводниковым координатным детекторам ионизирующих частиц. В емкостной МОП диодной ячейке фотоприемника-детектора излучений применена новая электрическая схема, в которой используются усилительный обогащенный p-МОП транзистор, конденсатор, p-i-n-диод, поликремниевые резисторы, дополнительные p-МОП и n-МОП транзисторы и оригинальной конструкции ячейки координатного фотоприемника-детектора.

Изобретение относится к материалам детекторов для регистрации ионизирующего излучения, а также может быть использовано как оптический материал для ИК-оптики, лазерной техники, акустооптики. Кристаллы на основе бромида таллия дополнительно содержат 0,0028-0,00008 мас. примеси бромида магния. Техническим результатом изобретения является повышение детекторных характеристик материала: μτе до 7,8⋅10-4 см2В, μτh до 2,5⋅10-4 см2В, удельного сопротивления до 1⋅1012 Ом⋅см, и обеспечение стабильности свойств в процессе эксплуатации. 1 табл.

Наверх