Спосіб вирощування сцинтиляційних монокристалів легованого вольфрамату кадмію

1. Спосіб вирощування сцинтиляційних монокристалів легованого вольфрамату кадмію, що включає наплавлення шихти стехіометричного складу і вирощування методом Чохральського, який відрізняється тим, що додатково використовують сполуки літію в кількості 5х10-4-1х10-1мол. % як легуючу добавку. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що сполуками літію є вольфрамат літію та/або карбонат літію. (19) (21) 20041210826 (22) 27.12.2004 (24) 15.12.2006 (46) 15.12.2006, Бюл. №12, 2006р. (72) Нагорна Людмила Лаврентіївна, Вострецов Юрій Якович, Гриньов Борис Вікторович, Тупіцина Ірина Аркадіївна (73) ІНСТИТУТ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НАН УКРАЇНИ (56) SU 1515796 A1, 07.12.1992 RU 2164562 C1, 27.03.2001 RU 2132417 C1, 27.06.1999 3 того монокристала (приклад 2). Проте, як показали наші дослідження, на величину ж післясвічення введення кремнію не впливає або навіть приводить до його незначного збільшення в порівнянні з номінальне чистими монокристалами, при цьому неоднорідність післясвічення склала >20%. В способі вирощування сцинтиляційного монокристала легованого вольфрамату кадмію традиційним методом Чохральського [в.з. Японії №09325186, G01T 1/202, С09К 11/00] в розплав стехіометричного складу як легуючу добавку додатково вводять кобальт в кількості 1 10-3-5 10-3мол.%. Введення вказаної добавки хоча і приводить до зменшення післясвічення в 5 разів і більш, проте при цьому зменшується світловий вихід до величини 90% щодо номінальне чистого монокристала. Так, автори показують, що світловий вихід і післясвічення номінальне чистого монокристала складало 100% і 155ppm, відповідно (приклад 4). Після введення в початковий розплав 2,5 10-3мол.% кобальту, вирощений з нього монокристал мав світловий вихід 96% щодо номінальне чистого монокристала і післясвічення 32-55ppm. Неоднорідність післясвічення монокристала з кобальтом складає 42%. Як прототип нами вибраний останній з аналогів. В основу цього винаходу поставлена задача розробки способу вирощування сцинтиляційних монокристалів легованого вольфрамату кадмію з низькою величиною післясвічення, без зниження світлового виходу і підвищеною однорідністю післясвічення по довжині монокристалічної булі. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що в способі вирощування сцинтиляційних монокристалів легованого вольфрамату кадмію, що включає наплавлення шихти стехіометричного складу і вирощування методом Чохральського, згідно винаходу, як легуючу добавку в шихту або розплав вводять сполуки літію в кількості 5 10-41 10-1мол.%. Сполуками літію можуть бути карбонат літію (Lі2СО3) та/або вольфрамат літію (Li2WO4). Причиною наявності післясвічення в монокристалах вольфрамату кадмію є дефекти (аніонні або катіонні вакансії, гетеровалентні домішки металів), які створюють центри захоплення носіїв зарядів при дії іонізуючого випромінювання. Введення сполуки літію як легуючої домішки в кількостях, що заявляються, призводить до того, що одновалентний іон літію (Li1+) заміщає двовалентний катіон кадмію (Сd2+) в кристалічній гратці вольфрамату кадмію, тим самим, компенсуючи надмірний заряд гетеровалентних домішок металів, що містяться, хоча і в малих кількостях, в початковій шихті, і зменшуючи кількість власних дефектів (вакансій кадмію і кисню), що утворюються в процесі вирощування. Внаслідок цього зменшується кількість центрів забарвлення і захоплення носіїв заряду, обумовлених цими дефектами, що і приводить до зниження післясвічення, збільшення його однорідності, без зменшення світлового виходу. При введенні сполук літію в кількостях менших 5 10-4мол.% у монокристалі спостерігається після 77543 4 свічення більше 100ppm (приклад 7). Збільшення кількості домішки більше 1 10-1мол.% приводить до зниження прозорості і збільшення світлорозсіювання монокристала, а, таким чином, до зниження світлового виходу (приклад 12). В таблиці приведені параметри монокристалів, вирощених за запропонованим способом порівняно з аналогами і прототипом. Запропонований спосіб може бути реалізований на ростових установках типу «Кристал-3М», «Кристал-607», «Донець» таким чином. Сполуку літію, наприклад карбонат літію, заздалегідь прожарюють на повітрі при температурі 600 °С протягом 4 годин. Отриманий порошок, в кількості 1,25 10-3кг (5 10-2мол.%), додають в початкову шихту вольфрамату кадмію чистотою 99,990-99,995% і ретельно перемішують. Шихту, леговану літієм, засипають в платиновий тигель в кількості 2,5кг і розплавляють при температурі 1280°С. Вирощування здійснюють методом Чохральського в кисневмісній атмосфері (приклад 10). Як легуючу сполуку літію може бути використаний вольфрамат літію (приклад 13) або суміш карбонату літію і вольфрамату літію (приклад 14). При цьому вирощування монокристалів проводять в аналогічних умовах. Вирощену монокристалічну булю розрізають на елементи розміром 10 10 2мм3 для вимірювання величини післясвічення і розміром 10 10 10мм3 для вимірювання величини світлового виходу. Величину післясвічення виміряють через 20мс після припинення опромінювання рентгенівським випромінюванням з енергією 120кеВ протягом 1мін. Величина післясвічення для зразків кристалів з різною кількістю легуючої домішки в межах величин, що заявляються, склала 15-45ppm при вимірюванні через 20мс після припинення опромінювання, тоді як для номінальне чистого монокристала за аналогічних умов ця величина складає 180-220ppm. Величина світлового виходу не змінювалась, або збільшувалася на 5-10% в порівнянні з номінальне чистим кристалом. При цьому елементи відрізнялися високою однорідністю величини післясвічення по всій висоті монокристалічної булі (неоднорідність 10%) за рахунок зменшення дефектів в монокристалі. Як випливає з таблиці, рішення задачі забезпечується тільки в межах кількостей легуючої добавки, що заявляються (приклади 8-11). Вихід за граничні значення (приклади 7, 12.) приводить до погіршення світлового виходу і однорідності післясвічення по довжині монокристала, хоча післясвічення краще, ніж у номінальне чистого кристала. Таким чином, пропонований спосіб забезпечує: - зменшення величини післясвічення більш ніж в 1,5-3 рази в порівнянні з прототипом і більш ніж на порядок в порівнянні з аналогами; - при цьому зберігається високий світловий вихід (100-110%) щодо номінальне чистого кристала; - зменшення неоднорідності післясвічення кристала (