Сцинтилляционный материал на основе монокристалла @

 

Изобретение относится к сцинтилляционному материалу на основе монокристалла Csl и позволяет расширить диапазон регистрируемых излучении, температурный интервал использования и повысить световой выход Материал содержит CsCO при следующем соотношении компонентов, мас.%: CsC03 i.6«10 2M8 10 2); Csl остальное. Световой выход «-сцинтилляций превышает на 30% световой выход кристалла Csl(Tl) и остается неизменным в течение 20 сут. 2 табп, 3 ил.

(в> Я (щ 1619755 А1 (51) 5 СЗОВ29 И

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4?00264/26 (22) 05.06.89 . (46) 30.1 293 Бюл. Йа 4?-48 (72) Виноград ЭЛ„. Горилецкий B.È„Ïàíîâà А.Н„

Шэхова КВ„Шпипинская ЙН„Эйдельман П.Г. (54) СЦ 4НТИЛЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ HA

ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛА CSI (57) Изобретение относится к сцинтилляционному материалу на основе монокристалла Csl и позволяет расширить диапазон регистрируемых излучений, температурный интервал использования и повысить световой выход, Материал содержит CsCO npu

3 следующем соотношении компонентов, мас96:

CsCO (t.6 10 )-(8 10 ); Csl остальное. Свето3, вой выход а-сцинтилляций превышает на Э0% световой выход кристалла СМ(Т1) и остается неизменным в течение 20 сут. 2 табл. Э ил.

1Я. i 9755

Уь ьс< р8 Гение 01ноьитсп к со»ьлнтилг»яциОн»»ьнл материалам нэ основе неорГэниче гких eeu.,".ñòâ, используемых в детекторах ионизирующих излучений.

Цель изобретения — расшлрение диэпазо.".)э регистрируемых излучений, темпераГ;рного интервала исг»ольэования и псвь!шения светового выхода монокристалла, Для полученргя сцинтилляционного материала берут 3 кг соли Csi маркьл ОСЧ и

0,018 кг солл CszCQs маркл ОСЧ (0,.6 OT массы Сэ!), смешивают, помещают в тигель, находящийся в герметичном обьеме ростовой установки, Смесь солел для удаления адсорбированных Газов и влаги вакуумируют с помощью форвакуумного насоса ДО остаточного давления 5 110 э мм рт,ст, при 300

K в течение 6 ч в процессе медленного (в те !ение 16 ч) нагрева до 473 К, при которой смесь выдерживают в течение 12 ч. Бакуумирование осуществляю через ловушку с жидким азотом для улавливания паров масf18, выделяемого насосом, Затем Герметичный Обьем ростовой усТа -»oa»««заполняют

cyx«ì Газообразным эрГпнОМ ДО Остэточноl o давления 0,1! OJ»M )pf,oT„ iмесь солей расплавляют и !4ето-10»-:;«;»ропулоса со с»:; opooTü!o 4 м»4/ " Вырашлва»ст»«»онокрь! с галл ДиэметрОм 7 с!4 и !»ь)сс)той» < см, Г»0» ЛЕ».ь»«ь.)! -ЭНИЯ П - »")Э)ьхи»ВEН«l1

C»3Ë f! ОУ Л Э)КДЬ!i lO j В РОС;; ВО«1 УСТР Н О В К ДГ) комнатной те,«!»18«),ь»уры ь;о !.:::;-»рь«сть О 30 ! !u

««! И !4 «! -! Е С К и Р! 8! Н ".-. Л И 3 Да Н и О ГСЬ » Р И !Л а f! fl a г»оказал, ТО ко! Ьце»»Ц)эц»»л » римес»! », sQCI»s вдбль кр»4ста. ьла в силу l Ц) иноьч".êo! 0 рас" пределения изме;»,;,етсfl от 6 1!! до g

МЭС,, Алогично,:-1:: с:lp !1«»i» соотHOL I:.;!- Ием солей СЗ1 и .ЗрСОЗ, прл котс»ром концентрацияя соля СзрСОЗ изменяется от 0,05 до 0,7% от массы СЗ1 (3 к.) в!.»ра!Ди»)а!От Остальные к;зистэллы. Содержа» ие СЗ2СОЗ в этих криста)»лак изме H»8TO)1 От 5,5 IQ f!!o 1,05 х х 10 мас., !

"!р содержании СЗ2»"..Оэ более 8 10 мас, % кристаллы мутные. Из полученных кристаллов изготавливают образцы размером 30 х 5 ммэ для измерения светового

Выхода ", с!!»4»»тилля!!»!й! (Cs 137, Е у= 662 кз») и а-сцинтилляций (Am 241, Еg 5,5

»48@) э та» же;06psst!»,: раэмеро»„! 20 х 1,5 »4»4 для»лэмеренля сцинтилляций, возбуждаемых мягким )излучением (Fe 55,. Е y = =53 кзв). Дан»»ые сведены в таол. 1.

Содержан»е CsgCQQ в измеряемых образцах сос»валяет (5,5 10 ) — »1,05 10 ) ! I8O, 6

«)

Кэк видно иэ табл, 1, при иэ»48»-.»ании мутных образцов (в табл, 1 отмечены звездочкой) обнаружена большая неоднородНОСТЬ ИХ По ЗНЭЧВНИ!О СВЕТОВОГО ВЫХОДЭ, ЧТО указывает на непригодность кристаллов, содержащих СЗ СОЗ более 8 10 мас., для изготовления детекторов.

Кроме того, при выращивании кристаллов не выделяется вредных веществ, связанных с актиВирующей Добавкой С82СОЗ, На фиг. 1 приведен графлк зависимости светового выхода сцинтилляций С y (Cs

137, Е 662 КЗВ, зависимость 1) и а-сцинтилляций С (А»»» 24l, Еу5,5 мэВ, зависимость 2) крис аллое Энного материала размером 30 х 5 мм от концентрации

СЗ2СОЗ, указанной в логарифмическом масш Габе, ертикэльные пунктирные линии выделя!От область заявляемых концентраций, На фиг. 2 приведены зависимости светового выхода у-сцинтилляций Сy (Cs 137, Е у 662 КЗВ, зависимость 1) и а-сцинтилляций C О (A> 241, Е у 5,5 мэБ, эавлсимость 2) кристаллов данного материала размером 30 х 5 мм от температуры..

На фиг. 1 приведены спектры радиол!о1»инесценции (Ап», 241, Е )«(60 кэБ) материала при 300 K (зависимость 1) и 163 K (зависимость 2).

Б тебы. 2 привеДОнь! Данны8 устОйчивОст и с 08 то ВО ГО в ы ход э I c сцинтипляций предлагаемого материала и других материалов размером 30 х 5 мм к воздействию атмосферного воздуха.

Аналогичное имеет место и при регистрэцли 1)-излучения, возникновение сцинтилляций в»..редлагаемом материале обусловлено наличием примеси СЗ2СОз, Образующей центры свечения в синей области спектра (405 нм). Можно предположить, что вк,ристаллах Сэ!с примесью СВ2СОЗ осуществляется косвенный и и активации по Kðårepy, В результате образования твердого раствора Csl-СЗ СОЗ ионь! СОЗ2, встроившиеся в анионные узлы решетки Csl, возмущают соседние ионы йода, электронно-колебательные переходы в которых Ответственны ээ свечение 405 нм. При этом I»8p8Hoc энергии к возмущенным ионам йода. являющимися центрами свечения, равновероятен при облучении а-частицами, у-лучами и рентгеновским излучением. Спектральный состав сцинтилляций совпадает с максимальной чувствительностью широко применяемых в сцинтилляциоиной технике фотоумножителей.

1619755

Установлено, что при регистрации жесткого излучения (Cs 137, Е у 662 кэВ) световой выход (С y) достигает максимального значения при концентрациях Сз2СОз (1,6х х10 ) — (8 10 ) мас., как это хорошо видно на приведенной фиг. 1, зависимость

При этом величина светового выхода на

Ç0% превышает величину светового выхода

CsI: Tl с содержанием активатора 4 10 мас. о TI, принятую за 100 j,, При введении

СзгСОз до 1,6 10 мас. % и более 8,0 10

t43c. % cBGTOBQA Ablxop "сцинтилляций снижается. При концентрации Сз2СОз до

1,6 10 мас. значение светового выхода снижается вследствие недостаточности концентрации центров свечения, создаваемых Cs2COz, для наиболее эффективной регистрации у-излучения с энергией 662 кэВ.

При концентрации Сз СОэ более 8 10 мас, уменьшение светового выхода обусловлено потерей прозрачности предлагаемого материала к свету сцинтилляций, Установлено, что максимальные значения светового выхода а-сцинтилляций (A i

241, Еа=5,5мэВ) Садостигаются при введении в кристалл Сз! добавки Сз2Оэ в количествах (5 10 ) -!8 .10 ) мас. %, как это хорошо ви, ..::,но на при еденной фи уре 1, зависимость 2, При этом величина Сана

160 поевосходит величину светового вьхода а-сцинтилляций с концентрацией -:êтиватора Т 1 10 ма". %, принятую за

100 . При концентрации СыСОэ до 5 10 мас, значсние С а снижается вследствие недостаточности концентрации центров свечения, создаваемых Сз СОэ, для наиболее эффективной регистрации а-частиц, образующих большую плотность возбуждений по сравнению с у-лучами. Однако понижение концентрации СзрСОз до 1,6 10 ь..ас, j обеспечивает световой выход а-сцинтилляций предлагаемого материала, превышающий световой выход а-сцинтилляций Csl

; TI на 30%, как это видно на фиг. 1, зависимость 2. При концентрации Сз СОэ более 8х х10 мас, снижение светового выхода обусловлено потерей прозрачности материала к свету сцинтилляцией, Аналогичная зависимость имеет место и для светового выхода, воэбужцаемого мягким 1."излучением (Fe 55, Еу 55,9 кэВ). При этом световой выход материала, помещенного в контейнер без бериллиевого окна, лишь на ЗО ниже светового выхода 1 сцинтилляций (Fe 55, Е у 5,9 кэВ) самого эффективного материала Nal(TI), упакованного в контейнер с бериллиевым окном, 10

Этот факт, а также устойчивость светового выхода материала к воздействию атмосферы воздуха указы вают на перспективность испольэовани предлагаемого материала и для регистрации рентгеновского или мягкого у-излучения с энергиями менее 5,9 кэВ, эффективность регистрации которого будет выше, чем при использовании Nal(TI), упакованного в контейнеры с беррилиевыми окнами, поглощающими излучения таких малых энергий.

Экспериментально установлено. что величина светового выхода сцинтилляций и редла гаемого материала. возбужден н ых

1лучами {Cs 137, Е 662 кэВ) и а-частицами во всем интервале концентрации Сэ СОэ (1,6 10 ) -- (8 10 ) незначительно возрастает с понижением температуры от 300 до

163 К, а с повышением температуры от 300 до 340 К уменьшается не более чем на 207(, как видно на фиг. 2. Эти данные свидетельствуют о воэможности расширения температурного интервала использования предлагаемого материала для регистрации ионизирующих излучений в область низких температур по крайней мере от 240 до 163

К, тогда как световой выход по прототипу и анало-ам с понижением температуоы от 300 до 2 l3 и 163 K существенно уменьшается (на

50 — 70%), Увеличение светового выхода а- и g,сцинтилляций предлагаемого материала при понижении температуры от 300 до 163

К, в отличие от прототипа и аналогов, обусловлено наличием добавки Сз СОэ, обеспечивающей увеличение интенсивности радиолюминесценции (А 241, Е у, 60 кэв), как это видно на фиг. 3, при незначительном изменении времени затухания сцинтилляций тэ. При температуре 300 К тэ = 2 мкс, а при 163 К гр = 3 мкс.

Таким образом, наличие активатора

СзгСОз в заявляемых пределах в кристалле

Csl, как показали экспериме ты, обеспечивает достижение цели.

При этом предлагаемый материал, как и другие материалы на основе Csl, обладает высокой эффективностью поглощения жесткого у-излучения и пригоден для применения в условиях больших механических и тегловых нагрузок. (56) Авторское свидетельство СССР

N.. 1429601, кл. С 30 В 11/02, 1986.

Авторское свидетельство СССР

К 1538557, кл. С ЗО В 15/02, 1987, Ци; лин Ю.А, и др. Зависимость выхода люминесценции при а- и у-возбуждении кристаллов Сз!(Т1) от концентрации Tl,—

Опт. и спектр., 1959, т. 6, вып. 8, с. 422-424, Таблица 1

С у, (Fe 55, Е 59 кэВ) Ca, Csl + 4 10 мас, Tl (прототип) Csl + 1 10 мас.g

Т! (и рототип) Сз!+5,5 10змас, СзгСОз

Сз!+1 ° 10г мас.

СзгСО3

Csl+1,4 10г мас.$

СзгСОз

Csl+1,6 10г мас.

СзгСОз

Csl+ 1,9 10 мас, СзгСОз

Сз!+2,5 10г мас, /

СзгСОз

Сз! + 3,1 ° 10 г иас.%

СзгСОэ

Сз! + 4,0.10 мас. Я, 100

100

100

40

124

130

133

132

155

156

120

186

135

210

205

235

260

260

258

260

174

Сцинтилляционный материал Cy, (Сз 137, Е 662 кэв) 1619755

Л,IW

100

500

Редактор Л. Курасова

Заказ 3470

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

6 (Отй. Е

Составитель Н. Пономарева

Техред M. Моргентал Корректор A. Козориз

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5