Пленочный сцинтиллятор для регистрации бета- и фотонного излучений
Изобретение относится к радиометрии жидких, газообразных, твердых сред, а также к дозиметрии ионизирующих излучений. Пленочный сцинтиллятор выполнен из поликарбоната, наполненного сцинтиллирующим люминофором из смеси порошкообразного кристаллического орто-силикатогерманата иттрия, гадолиния, лютеция и церия, имеющего общую стехиометрическую формулу Y2-х-у-z·Cdx·Luy·Cez·О3(SiO2)1-р(GeO2)р с интервалами стехиометрических индексов: х=0,01…1,0, у=0,01…0,9, z=0,005…0,05, р=0…0,8 и порошкообразного кристаллического орто-алюмината иттрия, гадолиния, церия, имеющего общую стехиометрическую формулу Y3-m-n·Gdm·Cen·(AlGa)5·O12 с интервалами стехиометрических индексов m=0,01…1, n=0,01…0,1. Максимум длины волны оптического излучения смеси люминофоров находится в диапазоне от 420 до 550 нм, а длительность сцинтилляций от 30 до 40 нс. Технический результат - смещение спектра оптического излучения в зеленую и красную части спектра, что дает возможность обеспечить регистрацию интенсивности излучений с использованием фотодиодов на основе кремния, а также повышение относительного светового выхода излучения сцинтиллятора при использовании в детекторах с большой чувствительной поверхностью для регистрации низких уровней интенсивности излучений. 2 з.п. ф-лы. 3 табл.
Изобретение относится к радиометрии жидких, газообразных, твердых сред, а также к дозиметрии ионизирующих излучений, в особенности к дисперсным тонкослойным пленочным сцинтилляционным детекторам бета и фотонного излучений. Оптимальным является применение в сцинтилляционных детекторах для измерения низких уровней интенсивности бета- и фотонного излучения в широком диапазоне энергий, а также при использовании фотоприемников на основе кремниевых фотодиодов.
Известен сцинтиллятор на основе йодистого натрия, активированного таллием, с высоким по отношению к антрацену относительным световыходом (Физический энциклопедический словарь, М., СЭ, 1983 г., с.733). Однако высокая гигроскопичность исключает возможность его использования в качестве активного наполнителя дисперсного пленочного сцинтиллятора.
Известен пленочный пластмассовый сцинтиллятор на основе полимера из группы поли-n-ксилеленов для регистрации электронов и гамма-полей (RU, 2150128, 27.05.2000). Известный сцинтиллятор обладает энергетическим выходом ~7% и высоким быстродействием (длительность сцинтилляции ~4 нс). Недостатком известного сцинтиллятора является невысокое значение эффективного атомного номера zэфф (zэфф~7 углеродных единиц), а также недостаточная высота термоустойчивости энергетического выхода (-25% на 25°C), что не позволяют широко использовать его в практике радиометрических и дозиметрических измерений, особенно в области малых энергий (E<20 кэВ) полей фотонного излучения.
Наиболее близким к предложенному является известный сцинтиллятор для регистрации бета и фотонного излучения, выполненный в виде пленки, имеющей полимерную основу из поликарбоната, наполненную сцинтиллирующим люминофором из порошкообразного кристаллического орто-силикатогерманата иттрия, гадолиния, лютеция и церия (RU 2279692, G01T 1/20, 2005 г.). Недостатком известного сцинтиллятора является относительно узкий спектральный диапазон оптического излучения сцинтиллятора от λ=420 нм до λ=445 нм, что исключает возможность использования сцинтиллятора для детектирования сигнала полупроводниковых кремниевых фотодиодов, чувствительность которых сдвинута в зеленую часть видимого спектра (от λ=520 до λ=550 нм). Также недостатком является низкая чувствительность при использовании в детекторах с большой поверхностью, в том числе и для измерения низких уровней интенсивности излучений.
Задачей, решаемой предложенным изобретением, является расширение области применения сцинтиллятора такого типа.
Техническим результатом от использования предлагаемого технического решения является обеспечение возможности смещения спектра оптического излучения в зеленую и красную части спектра, что дает возможность обеспечить регистрацию интенсивности излучений с использованием фотодиодов на основе кремния, а также повышение относительного светового выхода излучения сцинтиллятора при использовании в детекторах с большой чувствительной поверхностью для регистрации низких уровней интенсивности излучений.
Для достижения технического результата предложен пленочный сцинтиллятор из поликарбоната, наполненного сцинтиллирующим люминофором из порошкообразного кристаллического орто-силикатогерманата иттрия, гадолиния, лютеция и церия, имеющего общую стехиометрическую формулу
Y2-x-y-zGdx·LuyCez O3(SiO2)1-p(GeO2)p
с интервалами стехиометрических индексов:
x=0,01…1,0,
y=0,01…0,9,
z=0,005…0,05,
p=0…0.8,
Дополнительно в качестве сцинтиллирующего люминофора применен порошкообразный кристаллический орто-алюминат иттрия, гадолиния, церия, имеющий общую стехиометрическую формулу
Y3-m-nGdm·Cen·(AlGa)5O12
с интервалами стехиометрических индексов
m=0,01…1,
n=0,01…0,1
при этом максимум длины волны оптического излучения смеси люминофоров находится в диапазоне от 420 до 550 нм, а длительность сцинтилляций от 30 до 40 нс.
Соотношение кристаллического орто-силикатогерманата иттрия, гадолиния, лютеция и церия и орто-алюмината иттрия, гадолиния, церия в смеси составляет от 92-98% до 8-2% массовых соответственно (или от 98:2 до 92:8).
Концентрация смеси сцинтиллирующего люминофора в пленке составляет от 10 до 75% массовых.
Пояснение физических особенностей предложенного сцинтиллятора. В состав предложенного пленочного сцинтиллятора входит бинарная (двойная) композиция излучающих материалов. Первый из этих материалов - указанный ортосиликат - имеет микрокристаллическую зернистую структуру и люминесцирует фиолетово-синим светом только при облучении его электронами или высокоэнергетическими фотонами гамма-излучения. Второй излучающий компонент - ортоалюминат иттрия, гадолиния, церия не только люминесцирует в высокоэнергетических фотонных полях, но дополнительно флюоресцирует при возбуждении его коротковолновыми квантами видимого света (фиолетовым или синим светом). Экспериментально установлено, что введение в состав основного излучающего вещества сцинтиллятора люминофора на основе орто-силиката иттрия-церия редкоземельных ионов, таких как гадолиний (Gd) и лютеций (Lu), резко повышает конверсионную эффективность преобразования детектора. Так введение в состав орто-силиката иттрия-церия от x=0,01 доли иона гадолиния до x=0,5 позволяет на 25-30% повысить конверсионную эффективность при облучении детектора фотонным или бета-излучением с энергией E≥45 кэВ.
Одной из физических причин подобного явления является близость энергии K-орбиты иона Gd с энергией возбуждающего фотонного излучения. Увеличение значения коэффициента 0,5<x≤10 несущественно изменяет конверсионную эффективность детектора, однако способствует более длинноволновому сдвигу спектрального максимума излучения сцинтиллятора от λ=420 нм до λ=440 нм, что в свою очередь снижает долю коротковолновой части сцинтилляций, поглощаемой обычно полимерным связующим сцинтиллятора. Если в сцинтиллирующий люминофор ввести ион лютеция, замещая им исходный ион иттрия, то для возбуждающих квантов с энергией E=45 кэВ конверсионная эффективность не возрастает, однако резкий скачок этого параметра наблюдается для энергии фотонов с E>60 кэВ.
При изменении величины стехиометрического коэффициента у от y=0,01 до y=0,6 значение конверсионной эффективности возрастает на 36-42% для возбуждающей энергии квантов 60 кэВ<E≤100 кэВ. С увеличением энергии возбуждающих квантов свыше 100 кэВ конверсионная эффективность превышает значения для исходного сцинтиллирующего люминофора-прототипа на 32-35%. Экспериментально установлено, что повышение конверсионной эффективности, достигаемое при замещении в первичном люминофоре из орто-силиката иттрия-церия части ионов на ионы лютеция, усиливается при одновременном присутствии этих элементов в составе люминофора. Так, при возбуждении первичными квантами с E=120 кэВ конверсионная эффективность сцинтилляционного люминофора с совместным введением в его состав Gd и Lu, замещающих до 0,8 атомных долей Y, повышается до величины в 3-4 раза более высокой, чем для исходного сцинтиллирующего материала. Характерно, что одновременное присутствие гадолиния и лютеция в неорганической основе ортосиликата не сопровождается изменением структуры кристаллической решетки материала.
Одновременно экспериментально установлено, что изменение стехиометрического индекса z в интервале от 0,005 до 0,05 позволяет увеличить полуширину спектрального максимума сцинтиллирующего люминофора от λ=55 нм до λ=62 нм. Так как подобное увеличение сопровождается частичным благоприятным для конверсионной эффективности длинноволновым сдвигом, то можно представить, что оптимальное значение концентрации иона церия в матрице сцинтиллирующего люминофора составляет z=0,035-0,045 ат. долей. Также обнаружено, что прирост концентрации Ce и значения стехиометрического индекса z от z=0,01 до z=0,05 сопровождается существенным сокращением постоянной времени послесвечения примерно в 1,4-1,7 раза. Подобное изменение связано с концентрационным взаимодействием активирующих ионов между собой, но в отличие от исходного сцинтиллирующего люминофора, где концентрационное взаимодействие сопровождается потерей конверсионной эффективности сцинтиллятора, в предложенном материале подобного явления не происходит. Это связано с дополнительными каналами возбуждения люминесценции иона Ce+3 благодаря наличию в люминофоре иона гадолиния и лютеция. Подробно все различные по количественному составу образцы сцинтилляционных люминофоров приведены в таблицах 1 и 2, где приводятся сопоставления их параметров, таких как конверсионная эффективность ŋ и длительность послесвечения τe. В качестве предельного эталона использован сцинтиллирующий кристалл NaJTl (пример 1-19), в качестве прототипа - стандартный люминофор Y1,96Ce0,04SiO5.
| Таблица 1 | |||||||||
| №№ п/п | Стехиометрические индексы в составе | Конверсионная эффективность 100% | Длительность послесвечения τe, нс | ||||||
| Y | Gd [x] | Lu [y] | Се [z] | SiO2 | GeO2 [p] | ||||
| 1-0 | 1,95 | 0 | 0 | 0,05 | 1 | 0 | 100 | 52 (прототип) | |
| 1-1 | 1,93 | 0,01 | 0,01 | 0,04 | 1 | 0 | 105 | 52 | |
| 1-2 | 1,65 | 0,3 | 0,01 | 0,04 | 1 | 0 | 118 | 52 | |
| 1-3 | 1,45 | 0,5 | 0,01 | 0,04 | 1 | 0 | 135 | 52 | |
| 1-4 | 0,96 | 1,0 | 0 | 0,04 | 1 | 0 | 142 | 52 | |
| 1-5 | 1,93 | 0,01 | 0,01 | 0,04 | 1 | 0 | 106 | 52 | |
| 1-6 | 1,65 | 0,01 | 0,30 | 0,04 | 1 | 0 | 128 | 52 | |
| 1-7 | 1,35 | 0,01 | 0,6 | 0,04 | 1 | 0 | 142 | 52 | |
| 1-8 | 0,94 | 0,01 | 1,0 | 0,05 | 1 | 0 | 180 | 220 | 54 |
| 1-9 | 0,16 | 1,0 | 0,9 | 0,04 | 1 | 0 | 300 | 58 | |
| 1-10 | 0,25 | 0,8 | 0,9 | 0,05 | 1 | 0 | 320 | 56 | |
| 1-11 | 0 | 0,98 | 0,98 | 0,04 | 1 | 0 | 310 | 56 | |
| 1-12 | 0,2 | 0,88 | 0,88 | 0,04 | 1 | 0 | 330 | 48 | |
| 1-13 | 0,2 | 0,88 | 0,88 | 0,04 | 0,2 | 0,8 | 420 | 45 | |
| 1-14 | 0,2 | 0,88 | 0,88 | 0,04 | 0,8 | 0,2 | 350 | 44 | |
| 1-15 | 0,2 | 0,885 | 0,90 | 0,005 | 0,8 | 0,2 | 280 | 60 | |
| 1-16 | 0,2 | 0,87 | 0,88 | 0,05 | 0,8 | 0,2 | 410 | 36 | |
| 1-17 | 0,2 | 0,87 | 0,895 | 0,035 | 0,2 | 0,8 | 340 | 38 | |
| 1-18 | 1,87 | 0,1 | 0 | 0,03 | 0,9 | 0,1 | 120 | 40 | |
| 1-19 | NaJTl | 460 | 230 |
Второй излучающий материал имеет общую стехиометрическую формулу Y3-m-nGdm·Cen·(AlGa)5O12. Этот материал имеет кубическую кристаллическую решетку со структурой граната и принадлежит к пространственной группе J3d. Редкоземельные элементы Y, и/или Gd, и/или Се образуют катодную подрешетку, в которой координационное число ионов КИ=8. В координационную сферу Y и Gd входят алюмооксидные тетраэдры [AlO4], при том, что связь между ионом лантаноида и алюминия реализуется через мостиковый кислород.
Параметр кристаллической решетки ортоалюмината составляет a=12,01 Å и увеличивается при росте величин стехиометрических индексов «p» и «q». Так при введении в состав алюмината Gd со значением p=0,5 атомных долей параметр кристаллической решетки увеличивается до a=12,20 Å. Увеличение содержания [Gd]=1 атомной доли (соответственно с уменьшением концентрации [Y]=1,95 атомной доли) параметр кристаллической решетки увеличивается до a=12,45 Å. Изменение концентрации иона Ce+3 в составе матрицы люминофора от [Ce]=0,01 до [Ce]=0,05 изменяет величину параметра кристаллической решетки на Δa≈0,1 Å, т.е. незначительно.
Спектрально-кинетические характеристики орто-алюминатного люминофора изменяются следующим образом. Излучение активирующего иона Ce+3 для состава Y2,96Gd0,01·Ce0,003·(Al,Ga)5O12 находится в интервале λmax=539÷540 нм. Увеличение доли иона Gd+3 в составе люминофора при росте параметра кристаллической решетки сопровождается уменьшением градиента внутрикристаллического поля, что обуславливает длинноволновый сдвиг положения спектрального максимума. Это очень важное экспериментальное наблюдение позволяет более точно подстраивать суммарный спектр излучения под чувствительность приемника света.
В ходе эксперимента также обнаружен коротковолновый сдвиг спектрального максимума излучения Ce+3 в результате частичной замены иона алюминия Al+3 на ионы галлия Ga+3. Подобный сдвиг составляет от 1 до 2 нм на единицу введенного галлия. Одновременно при введении галлия возрастает атомный номер матрицы сцинтиллирующего люминофора, поэтому преимущественно был использован состав материала Y3-m-nGdm·Cen·(Al2,0Ga3,0)O12. Экспериментально установлено, что введение в состав пленочного сцинтиллятора второго излучающего материала на основе ортоалюмината иттрия-гадолиния позволяет существенно увеличить световыход прибора и повысить светоотражение. Особенно существенно этот эффект наблюдается при высоких энергиях квантов возбуждающего излучения.
На основании проведенных исследований второго сцинтиллирующего люминофора составлена таблица 2 спектрально-кинетических параметров.
| Таблица 2 | |||
| №№ п/п | Состав люминофора | Спектральный максимум λmax, нм | Длительность послесвечения, нс |
| 1 | Y2,5Gd0.47·Ce0,03·(Al4Ga1)O12 | 542 | 100 |
| 2 | Y2,2Gd0.77·Ce0,03·(Al4Ga1)O12 | 546 | 98 |
| 3 | Y2,0Gd0.97·Ce0,03·(Al4Ga1)O12 | 550 | 94 |
| 4 | Y1,85Gd1,05·Ce0,1·(Al2Ga3)O12 | 552 | 95 |
| 5 | Y2,0Gd0.95·Ce0,05·(Al2Ga3)O12 | 543 | 90 |
| 6 | Y2,0Gd0.95·Ce0,1·(Al2Ga3)O12 | 544 | 86 |
Спектральный максимум излучения второго люминофора имеет диапазон изменения от λ=540 нм до λ=550 нм, что обеспечивает оптимальную работу комбинированных сцинтиллирующих люминофоров с фотоумножителями на мультищелочных фотокатодах.
При создании изобретения, в ходе экспериментов, было обнаружено, что при сочетании указанных двух излучающих материалов возникает совершенно неочевидный синергетический эффект, заключающийся в увеличении светового выхода предложенного сцинтиллятора в сравнении со стандартным сцинтиллятором-прототипом. Это увеличение светового выхода, как было показано при работе над изобретением, определяется целым рядом параметров, конкретно:
- массовым соотношением между двумя излучающими компонентами, образующими наполнение предложенного сцинтиллятора;
- соотношением дисперсностей (размеров зерен) излучающих компонентов;
- соотношением концентраций ионов иттрия и гадолиния в основе флюоресцирующего компонента - ортоалюмината иттрия, гадолиния, церия.
Экспериментально установлен оптимальный дисперсный состав люминесцирующего материала из ортосиликогерманата иттрия-гадолиния-лютеция-церия, составляющий dcp=10÷16 мкм, d90≤24 мкм. Как будет показано ниже при синтезе флюоресцирующего ортоалюмината иттрия, гадолиния, церия могут быть получены продукты со средней дисперсностью dcp=10÷12 мкм и d90=20 мкм или мельче, например, dcp=4 мкм и d90=10 мкм.
Оптимальная дисперсность флюоресцирующего компонента была определена путем проведения серии, свыше ста, оптико-спектральных экспериментов. Для этих экспериментов использовался стандартный люминесцентный материал состава Y1,65Gd0,2Lu0,1Ce0,05(SiO2)0,99(GeO2)0,1, имеющий средний диаметр зерен dcp=12 мкм и d90=18 мкм. Этот люминофор обозначен нами в таблице 1 как h-1. К указанному люминофору добавлялось различное количество второго флюоресцирующего компонента состава Y2,65Gd0,30Ce0,05Al5O12, Ga=0 с различной дисперсностью. Этот материал обозначен в таблице 1 как Ph-2. Из двухкомпонентной смеси с использованием поликарбоната изготавливалась сцинтиллирующая пленка, на которой измерялись оптико-спектральные характеристики:
- световыход по отношению к NaJ (T1),
- доминантная длина волны сцинтиллирующего излучения λдом.;
- длительность сцинтилляций, нс.
Результаты эксперимента представлены в таблице 3, где сопоставлены данные по пленочному сцинтиллятору, в котором вместо однокомпонентного люминофора излучение исходит из двухкомпонентной композиции.
| Таблица 3 | |||||
| №№ п/п | Концентрация h-1, мас.% | Концентрация Ph-2, мас.% | Соотношение средних диаметров h-1 и Ph-2, мкм | Относительный световыход по отношению к NaI (Tl), % | Длительность сцинтилляций, нс |
| 1-1 | 90,0 | 10,0 | dh-1 12 | 0,7 | 37 |
| dPh-2 12 | |||||
| 1-2 | 92,0 | 8,0 | dh-1 12 | 0,72 | 40 |
| dPh-2 12 | |||||
| 1-3 | 94,0 | 6,0 | dh-1 12 | 0,63 | 42 |
| dPh-2 12 | |||||
| 1-4 | 96,0 | 4,0 | dh-1 12 | 0,58 | 44 |
| dPh-2 12 | |||||
| 1-5 | 98,0 | 2,0 | dh-1 12 | 0,55 | 44 |
| dPh-2 12 | |||||
| 1-6 | 99,0 | 1,0 | dh-1 12 | 0,52 | 46 |
| dPh-2 12 | |||||
| 1-7 | 99,0 | 1,0 | dh-1 12 | 0,65 | 44 |
| dPh-2 2 | |||||
| 1-8 | 98,0 | 2,0 | dh-1 12 | 0,78 | 42 |
| dPh-2 2 | |||||
| 1-9 | 96,0 | 4,0 | dh-1 12 | 0,91 | 40 |
| dPh-2 2 | |||||
| 1-10 | 94,0 | 6,0 | dh-1 12 | 1,04 | 40 |
| dPh-2 2 | |||||
| 1-11 | 94,0 | 6,0 | dh-1 12 | 0,93 | 38 |
| dPh-2 1,0 | |||||
| 1-12 | NaJ (Tl) | - | - | 1 | 230 |
| Монокристалл | |||||
| 1-13 | 100 эталон | 0 | dh-1 12 | 0,69 | 56 |
Как следует из данных таблицы 3 световой выход полученных модельных сцинтилляторов возрастает с приростом концентрации флюоресцирующего излучающего материала, однако, этот прирост не линеен по отношению к росту концентрации флюоресцирующего излучателя. При росте концентрации второго люминофора Y3-p-qGdpCeqAl5O12 от 1% массового прирост составляет 36%, при этом оптимальная концентрация флюоресцирующего материала находится в интервале значений от 8% до 1% массового. Вероятным механизмом прироста излучения двухкомпонентного сцинтиллятора является перепоглощение первичного излученного фиолетово-синего свечения, исходящего из ортосиликогерманатного люминофора, зерна которого контактируют с зернами флюоресцентного материала со структурой граната. При равенстве средних диаметров зерен этих материалов (dcp≈12 мкм) вокруг одного зерна гранатного люминофора может располагаться до 10 зерен люминофора из ортосиликогерманата. Возбуждение этого люминофора в мощном поле гамма-квантов или электронов сопровождается интенсивными сцинтилляциями ортосиликогерманата. При этом излучаются значительные количества фиолетово-синих квантов (hν≈2,9÷3,0 эВ), по расчетам до Nкв=1·104 квантов/100 кэВ энергии фотонного поля. Указанные фиолетово-синие кванты могут быть поглощены зернами флюоресцирующего материала, имеющего интенсивную желто-оранжевую окраску. Подобное активное поглощение первичных фиолетово-синих квантов вызывает, как нами было показано при работе над изобретением, интенсивную фотолюминесценцию ортоалюмината. Спектральный максимум этого излучения приходится на длину волны с λ=550 нм. При массовом соотношении в сцинтилляторе ортосиликогерманатного люминофора до 90% отношение фиолетово-синих квантов с желтым составит ~9:1 (при этом расчете квантовая эффективность ортоалюмината составляет единицу, что близко к измеренным значениям).
Следовательно, на выходе из сцинтиллятора генерируется двухквантовое излучение, в котором превалируют фиолетово-синие кванты. Экспериментально доказано, что различные фотоприемники измеряют при фиксации этого излучения различную по величине суммарную длину волны излучения. Например, коротковолновыми ФЭУ (фотоэлектронный умножитель) фиксируется суммарная длина волны излучения λ=(460±5) нм, тогда как при использовании ФЭУ с мультищелочным катодом наблюдается существенный длинноволновый сдвиг доминантной длины волны спектрального максимума до 495÷500 нм. Если в качестве приемника излучения предложенного двухкомпонентного сцинтиллятора использовать кремниевые фотодиоды, то значение доминантной длины волны сдвигается до λдом=515÷520 нм. При этом нами было обнаружено, что интенсивность шумовых процессов, сопровождающих процесс сцинтилляций, резко (до 4÷5 раз) снижается. В обнаружении подобного явления «шумового подавления» заключается также неординарное и непредсказуемое свойство предложенного двухкомпонентного сцинтиллятора на основе ортосиликогерманата и ортоалюмината.
Эффект значительного прироста эффективности возникает, как следует из данных таблицы 3, при использовании в двухкомпонентном сцинтилляторе флюоресцентного излучающего материала из ортоалюмината иттрия, гадолиния церия с очень маленьким размером зерен, dcp≈2 мкм. При равных массовых долях обоих компонентов, например, 98% и 2%, световой выход возрастает для сцинтиллятора с мелкодисперсным зерном флюоресцирующего гранатного люминофора на 40%. При введении в состав сцинтиллятора большего количества мелкодисперсных зерен ортоалюмината световой выход излучения превысит значение этого параметра для монокристаллического сцинтиллятора из NaJ (T1). При этом прирост световыхода в сравнении с эталоном составляет 50%. В настоящее время нам неизвестны сцинтилляторы для регистрации бета и фотонных излучений средних энергий с подобным высоким выходом. Это преимущество предложенного двухкомпонентного сцинтиллятора, отличающегося тем, что оптимальное массовое соотношение ортосиликогерманатного и ортоалюминатного люминофоров соответственно составляет от 92-98% до 8-2% массовых при том, что средние диаметры зерен этих материалов составляют dcp=12 мкм и dcp=2 мкм.
При изготовлении сцинтиллятора двухкомпонентную смесь люминофоров распределяют в растворе поликарбоната. Формирование сцинтиллирующий полимерной ленты проводят методом литья на подвижную металлическую подложку при скорости ее передвижения до 5 м/ч. Отлитое покрытие высушивают инфракрасными лампами в течение 1 ч. Оптимально, отлитые пленочные покрытия имеют ширину 200 мм при толщине от 40 до 220 мкм. Предложенный пленочный сцинтиллятор имеет желтоватую окраску и интенсивно флюоресцирует под действием рассеянного дневного света.
В процессе экспериментальной работы над изобретением была изучена возможность повышения конверсионной эффективности сцинтиллятора при высоких энергиях электронов и гамма-квантов. В качестве основного механизма повышения эффективности нами был использован прием увеличения среднего эффективного номера Z излучающих материалов, используемых в сцинтилляторе. Так, среднее значение атомного номера ортосиликогерманата Y2-x-y-zGdxLuyCezO3(SiO2)1-p[GeO2]p составляет Zcp≈40 единиц при [Gd]=0 и [Lu]=0, но уже повышение содержания [Gd]=0,3 и [Lu]=l атомной доли увеличивает среднее значение атомного номера до Z=60 единиц. Повышение содержания [GeO2]=0,2 увеличивает средний атомный номер до Z=63 единицы. Нами было предложено управление средним атомным номером флюоресцентного люминофора Y3-p-qGdpCeq(AlGa)5O12 путем увеличения содержания одновременно двух тяжелых элементов Gd и Ga в основе люминофора. Увеличение содержания гадолиния до [Gd]=1,8÷2,0 атомной доли с повышением содержания Ga=3 атомной доли повышает значение среднего атомного номера до Z=60 единиц. Введение в состав сцинтиллирующего покрытия двух излучающих материалов со средневысокими значениями атомного номера позволяет достигнуть энергетического сдвига на кривой «эффективность-энергия квантов» в сторону больших энергий. В этом случае энергетическая кривая становится более пологой в области фотонных полей с E=160÷180 кэВ. В этом также заключается преимущество предложенного сцинтиллятора.
Полученное тонкопленочное сцинтиллирующее покрытие на основе двойной смеси люминофоров предназначено для создания специальных детектирующих блоков с применением оптически прозрачных светосборников, геометрические размеры которых выбираются из условий их использования. В процессе испытаний нового сцинтиллятора были проведены термические исследования его стабильности, которые показали его высокие качества. В режиме малых, средних и больших доз радиоактивного излучения (электроны и гамма-кванты) установлены высокие параметры его радиационной устойчивости.
Установочная серия новых сцинтилляторов подготовлена в настоящее время к выпуску.
1. Пленочный сцинтиллятор для регистрации бета- и фотонного излучений, выполненный из поликарбоната, наполненного сцинтиллирующим люминофором из порошкообразного кристаллического ортосиликатогерманата иттрия, гадолиния, лютеция и церия, имеющего общую стехиометрическую формулу
Y2-х-у-z·Cdx·Luy·Cez·О3(SiO2)1-р·(GeO2)р
с интервалами стехиометрических индексов:
х=0,01…1,0,
у=0,01…0,9,
z=0,005…0,05,
р=0…0,8,
отличающийся тем, что дополнительно в качестве сцинтиллирующего люминофора применен порошкообразный кристаллический ортоалюминат иттрия, гадолиния, церия с общей стехиометрической формулой
Y3-m-n·Gdm·Cen·(AlGa)5·O12
с интервалами стехиометрических индексов
m=0,01…1,
n=0,01…0,1,
при этом максимум длины волны оптического излучения смеси люминофоров от 420 до 550 нм, а длительность сцинтилляций от 30 до 40 нс.
2. Пленочный сцинтиллятор для регистрации бета- и фотонного излучений по п.1, отличающийся тем, что соотношение кристаллического ортосиликатогерманата иттрия, гадолиния, лютеция и церия и ортоалюмината иттрия, гадолиния, церия в смеси составляет от 92-98 до 8-2 мас.% соответственно.
3. Пленочный сцинтиллятор для регистрации бета- и фотонного излучений по п.1, отличающийся тем, что концентрация смеси сцинтиллирующих люминофоров в пленке составляет от 10 до 75 мас.%.
