Застосування кристала cdi2:pb як сцинтилятора для реєстрації a-частинок

Застосування кристала CdI2:Pb як сцинтилятора для реєстрації α-частинок. (19) (21) u200809202 (22) 14.07.2008 (24) 25.03.2009 (46) 25.03.2009, Бюл.№ 6, 2009 р. (72) НОВОСАД СТЕПАН СТЕПАНОВИЧ, UA, МАТВІЇШИН ІГОР МИХАЙЛОВИЧ, UA, НОВОСАД 3 більшою проникаючою здатністю. Оскільки, крім випромінювання епітаксіальної плівки, пов'язаної з іонами Се3+, спостерігається слабке свідчення підкладки Y3Al5O12 в області 315-320нм. Сцинтилятор характеризується складною технологією отримання монокристала підкладки і епітаксіального сцинтилятора з тугоплавких матеріалів Аl2О3 і Y2O3 [Зоренко Ю.В., Колісниченко Ю.В., Пацаган Н.И., Синюта Ю.А., Юрьев С.А. Особенности выращивания эпитаксиальных гранатовых люминофоров //Сб. тр. ВИНИТИ люминофоров "Методы получения и исследования люминофоров и особо чистых веществ". Ставрополь. 1987. Вып.33. С.123-129]. В основу корисної моделі поставлено задачу покращити параметри сцинтилятора для реєстрації α-частинок шляхом застосування кристалічного матеріалу з більшим світловиходом, кращим енергетичним розділенням, підвищеною ефективністю реєстрації випромінювання і більшим зміщенням максимума спектра люмінесценції у довгохвильову область, що дозволить покращити спектральне узгодження з фотоприймачами на основі кремнію та розширити поле використання. Поставлена задача вирішується так, що застосовують кристал CdI2:Pb як сцинтилятор для реєстрації α-частинок. Автори запропонували використати шаруватий кристал CdI2:Pb як сцинтилятор для реєстрації ачастинок. Він характеризується широкою смугою люмінесценції з максимумом в області 570-580нм, має густину ρ≈5,67г/см3, ефективний атомний номер Zeф≈52 і низьку температура плавлення ≈388°С. Шаруваті кристали на основі йодистого кадмію володіють сильно вираженою спайністю і пластичністю. Такі властивості шаруватого кристала дозволяють методом сколювання виготовляти дуже тонкі монокристалічні пластини товщиною до 0,05мм і вирізати їх любої форми. Кристали йодистого кадмію, внаслідок їх негігроскопічності, можуть використовуватись для реєстрації потоків іонізуючих випромінювань без їх упаковки в контейнери. Суттєвими відмінностями від найближчого аналога є те, що запропонований матеріал має більший світловихід і підвищену ефективність реєстрації іонізуючого випромінювання, має краще спектральне узгодження з фотоприймачем на основі кремнію, оскільки максимум люмінесценції порівняно з аналогічною характеристикою прототипу зміщений на 20нм у довгохвильову область, де фотоприймач характеризується більшою чутливістю. Використання матеріалу CdI2:Pb у парі з фотоприймачем на основі кремнію дозволяє проводити спектрометрію іонізуючого випромінювання у магнітних полях, покращити стабільність параметрів, підвищити чутливість і зменшити габарити та вагу детектора. Фіг.1. Спектр рентгенолюмінесценції кристала CdI2:Pb. Фіг.2. Амплітудні спектри імпульсів сцинтиляцій епітаксіальної плівки Y3Al5O12:Ce (еталон) (1) і кристала CdI2:Pb (2). 39947 4 Для доведення можливості реалізації вказаної корисної моделі проведено дослідження спектрально-кінетичних характеристик кристала CdI2:Pb, вирощеного методом БріджменаСтокбаргера зі солі кваліфікації "чда", додатково очищеної комплексним методом. Концентрація домішки свинцю РbІ2 у шихті при вирощуванні кристала складала приблизно 1,0мол.%. Зразки у вигляді пластин розміром ~15´15´1мм3 вирізано із кристалічного злитка і сколото вздовж шарів перпендикулярно до С-осі тонким лезом бритви. Дослідження проводились у металічному кріостаті в умовах вакууму ~10-4Торр. Спектри люмінесценції вимірювали за допомогою монохроматора СФ-4А з фотоелектронним помножувачем ФЕП-51, сигнал з якого через підсилювач постійного струму подавався на двохкоординатний реєструющий пристрій ПДА-1. Для дослідження кристалів використовувався апарат УРС-55А (трубка БСВ2-Сu, U=45кВ, I=12мА). При дослідженні спектрів рентгенолюмінесценції випромінювання проходило через товщу зразка. Вимірювання кінетичних параметрів люмінесценції кристалів проводили при α-збудженні і при імпульсному рентгенівському збудженні (півширина імпульсу ∆t=1,5нc) з використанням статичного метода рахунку поодиноких квантів. При оцінці часу загасання люмінесценції кристалів кінетичні криві, отримані при кімнатній температурі, перебудовувались у координатах lgI-t. Дослідження світловиходу і енергетичного розділення зразків сцинтиляторів проводили при встановленні їх у стандартні блоки детектування на основі фотоелектронного помножувача ФЕП110. Збудження сцинтиляторів проводилось ачастинками джерела Рu239 (Е=5,5МеВ) з навчального набору "Плутон". Кристал CdI2:Pb, виготовлений у вигляді пластини розміром ≈12x12x1мм3, встановлювався на ФЕП без оптичного контакту. Як еталонний сцинтилятор використовувалась монокристалічна епітаксіальна плівка Y3Al5O12:Ce на підкладці Y3Al5O12 з максимумом спектра випромінювання 550нм (прототип). Зразок еталонного сцинтилятора також встановлювався на ФЕП без оптичного контакта. При дослідженні спектрально-кінетичних характеристик встановлено, що спектральний склад стаціонарної рентгенолюмінесценції отриманого кристала CdI2:Pb при кімнатній температурі представлений неелементарною смугою з максимумом близько 575нм (Фіг.1). З пониженням температури CdI2:Pb до 240К світловихід рентгенолюмінесценції зростає приблизно у два рази. При кімнатній температурі імпульс сцинтиляцій кристала CdI2:Pb формується в основному двома компонентами з t1≈10нc и t2=200-250нc. З даних, представлених на фіг. 2, випливає, що форми амплітудних спектрів імпульсів еталона і запропонованого сцинтилятора практично однакові. При реєстрації α-частинок джерела Рu239 сцинтилятори Y3Al5O12:Ce і CdI2:Pb характеризуються енергетичними розділеннями 23% і 19%, відповідно. При цьому світловихід сцинтилятора на основі йодистого кадмію 5 39947 становить ~1,2 від світловиходу найближчого аналога. У випадку використання CdI2:Pb з оптимальною концентрацією легуючої домішки (0,7-1,7мол.%) і встановлення кристала на вхідне вікно ФЕП за допомогою імерсійної рідини (наприклад, вазелінового масла) є можливість збільшити амплітуду сцинтиляцій приблизно у 1,51,8 рази і покращити енергетичне розділення до 8-10%. Отримані результати дослідження люмінесцентних характеристик кристалів при кімнатній температурі узгоджуються з результатами дослідження люмінесценції кристалів CdI2:Pb [Болеста И.М., Кравчук И.М., Лыскович А.Б. Оптические свойства активированных кристаллов йодистого кадмия // УФЖ. 1981. Т.26. №1. С.39-42; Новосад С.С., Турчак P.M., Кушнир О.Б., Пастырский Я.А. Спектрально-кинетические характеристики Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 6 активированных кристаллов йодистого кадмия //Неорган, материалы. 2001. Т.37. №8. С.10051009]. Перевагами матеріалу, що заявляється у порівнянні з найближчим аналогом є те, що він має більший світловихід, краще енергетичне розділення і краще спектральне узгодження з фотоприймачем на основі кремнію. Як перетворювачі іонізуючого випромінювання кристали на основі йодистого кадмію, володіючи достатньо високими значеннями густини і ефективного атомного номера, характеризуються доброю ефективністю використання випромінювання і високою радіаційною стійкістю. Хороша спайність шарів кристалів перпендикулярно до оптичної осі С6 забезпечує можливість отримання методом сколювання якісних поверхонь, які не потребують подальшої обробки. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601