Спосіб відновлення робочих характеристик сцинтиляторів на основі вольфрамату свинцю

29131 Винахід відноситься до галузі сцинтиляційної техніки і може використовуватись як у виробництві нових, так і відновленні робочих характеристик сцинтиляторів, що застосовуються для реєстрації та спектрометрії гама-квантів та інших елементар-них частинок. Відомо, що радіаційна дія на сцинтилятор мо-же призводити до різного виду пошкоджень; пору-шенню самого механізму сцинтиляцій, зниженню світлопропускання завдяки утворенню центрів за-барвлення (радіаційно-наведене поглинання), ви-никненню додаткової фосфоресценції. Всі ці пошкодження погіршують робочі харак-теристики сцинтиляторів і, як правило, роблять неможливим їх подальше використання в реєструю-чих пристроях. Радіаційно-наведене поглинання (утворення центрів забарвлення) можна зменшити двома шляхами: опроміненням світлом (оптичне обезба-рвлювання) та термічною обробкою, причому ефе-ктивність оптичного обезбарвлювання залежить як від довжини хвилі, так і від часу експозиції під опромінюючим світлом. Відомий спосіб термообробки радіаційно-пош-коджених монокристалів дігідрофосфату калію (пат. України № 10513А кл. С30В33700, 1993 р.). Цей спосіб полягає у тому, що кристали екра-нують від поверхні печі, що випромінює, шляхом обмотування їх трьома шарами фольги, відокрем-лених один від одного пористими прокладками, закладають кристали у безградієнтну піч, розігріва-ють їх ступенево з пониженням швидкості розігрі-ву від 3°с/год. до 0,03°с/год. при температурі 190-200°С. Далі витримують кристали при цій тем-пературі протягом 20-24 годин. Потім кристали рівномірно охолоджують до кімнатної температури зі швидкістю 3°С/год. Контроль параметрів криста-лів проводять до та після їх відпалювання. Недоліком цього способу є те, що він не за-безпечує відновлення робочих характеристик ін-ших кристалів, зокрема, вольфрамату свинцю, за таких температур; не дозволяє оперативно (не проводячи розбирання пристрою, зокрема, кало-риметра, що містить порядку 100 тисяч кристалів) відновити працездатність сцинтиляційного крис-талу. Крім того, вказаний спосіб є набагато енерго-ємнішим у порівнянні з тим, що пропонується. Відомий також спосіб термообробки кристалів фториду барію (Da-an Ma and Ren yuan Zhu. On optical bleaching of barium fluoride crystals. Nuclear Instruments and Methods of Physics Research, A322, (1993), 113120), який полягає у тому, що радіацій-но-ушкоджені кристали підлягають оптичному оп-роміненню видимим світлом довжиною хвилі 400 нм з енергетичною освітленістю 0,85 мВт/см2 на протязі 10 годин. Недоліком цього способу є те, що він не забезпечує повністю відновлення робо-чих характеристик. Найбільш близьким та обраним як прототип за сукупністю істотних ознак є спосіб відновлення ро-бочих характеристик сцинтиляторів на основі во-льфрамату свинцю (R.Y. Zhu, D.A.Ma, H.B. New-man et al. A study of the properties of lead tungstate crystals. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A376, (1996), 319-334). Спосіб полягає у тому, що монокристали во-льфрамату свинцю, що після радіаційного опромі-нення погіршили свої характеристики (зокрема, зменшилося пропускання), відновлюють шляхом опромінення видимим світлом з довжиною хвилі 500, 600, 700 нм на протязі 12 годин. Недоліком цього способу є те, що відновити величину пропу-скання до рівня власного (до опромінювання гама-квантами) навіть за такий довгий час не видається можливим. Відновлення характеристик кристалів за цим способом припускається можливим лише при їх нагріванні до 200°С на протязі двох годин, для способу, що пропонується, є неприйнятним, бо для цього потрібні матеріальні та часові витра-ти, пов'язані з розбиранням калориметра та насту-пним відпалюванням всіх видалених кристалів. В основу винаходу покладено задачу розробити спосіб відновлення робочих характеристик сцинтиляторів на основі вольфрамату свинцю, який забезпечив би ефективне і повне відновлення їх після радіаційної дії. Вирішення задачі досягається тим, що в спо-собі відновлення робочих характеристик сцинти-ляторів на основі вольфрамату свинцю, що вклю-чає опромінювання їх видимим світлом, згідно з винаходом, опромінювання проводять на довжині хвилі 530-580 нм енергетичною освітленістю 0,15-0,2 мВт/см2 на протязі 25-30 хвилин. Експериментально встановлено, що під час опромінювання сцинтиляторів світлом з довжина-ми хвиль у вказаному діапазоні та вказаною освіт-леністю відбувається найбільш ефективне усунен-ня центрів забарвлення, утворених в сцинтиляторі під радіаційною дією гама-квантів. Припускається, що центри забарвлення, які виникають у кристалах PWO, подібні до F-центрів у лужногалоїдних кристалах і пов'язані із власни-ми дефектами в аніонній підгратці кристала. Це підтверджується достатньо близьким розташуван-ням полос наведеного поглинання, а також одно-типним характером відновлення наведеного по-глинання, що відбувається під час опромінення кристала світлом в області наведеного погли-нання. Діапазон довжин хвиль опромінюючого світла, експериментально вставлено таким, що тільки в цьому діапазоні відбувається повне відновлення пропускання сцинтиляторів PWO. Опромінення сцинтиляторів як більш короткохвильовим, так і більш довгохвильовим світлом поза даним діапа-зоном не призводить до повного відновлення про-пускання. За значеннями енергетичної освітленості, мен-шими за 0,15 мВт/см2, тривалість процесу обезбарвлювання сцинтилятору збільшується, а викорис-товувати освітленість більшу, ніж 0,2 мВт/см2, недоцільно, бо подальшого поліпшення характерис-тик не спостерігається. 29131 Опромінення сцинтилятору світлом на протязі менше 25 хвилин не приводить до повного віднов-лення робочих характеристик сцинтилятору, а час опромінювання більше 30 хвилин також недоціль-ний, зважаючи на відсутність подальшого поліп-шення характеристик. Спосіб, що пропонується, включає такі опера-ції: 1. Вимірюють пропускання та світловий вихід сцинтиляторів, що підлягали дії радіації. 2. Опромі-нюють сцинтилятори видимим світлом на довжині хвилі 530-580 нм, енергетичною освітленістю 0,15-0,2 мВт/см2 на протязі 25-30 хвилин. 3. Вимірюють пропускання та світловий вихід опромінених види-мим світлом сцинтиляторів. На фіг. 1 наведено криві пропускання сцинти-лятору PWO до радіаційного опромінення гама-квантами (крива 1), після опромінення (крива 2) та наступного обезбарвлювання видимим світлом (крива 3) згідно з заявленим способом. На фіг. 2 наведені відповідні криві вимірюван-ня спектрів рентгенолюмінесценції. Величину від-носного світлового виходу сцинтиляторів PWO ви-значали за величиною площі під кривою рентгено-люмінесценції. Приклад реалізації способу, що пропонується. Сцинтилятор PWO розмірами 22х22х200 мм, опромінений гама-квантами дозою 800 крад (дже-рело 60 Со), було розміщено під пучком світла дов-жиною хвилі в діапазоні 530-570 нм з енергетич-ною освітленістю 0,2 мВт/см2. Світло спрямовува-ли на торцеву поверхню кристала 22х22 см2. Оп-ромінювання зразка проводилося на протязі 30 хвилин. Були проведені лабораторні випробування способу та за прототипом. Оптичному обезбарв-люванню підлягали більше 20 сцинтиляторів. Характерні результати випробувань наведено у таблиці для сцинтиляторів розміром 22х22х х200 мм. Ступінь обезбарвлення визначали вели-чиною зміни пропускання DТ=Т1-Т2, де Т1 - пропус-кання сцинтилятору PWO до опромінювання гама-квантами дозою 800 крад, а Т2 - пропускання сцин-тилятору PWO після його оптичного обезбарвлю-вання, так і величиною зміни відносного світлового виходу DС=С1С2, де С1 - величина світлового ви-ходу сцинтилятору PWO до опромінення гама-ква-нтами дозою 800 крад, а С2 - величина світлового виходу після його оптичного обезбарвлювання. В таблиці наведено результати проведених випробувань згідно зі способом, що пропонується, та за прототипом. Як видно з таблиці, використання способу оп-тичного обезбарвлювання, що пропонується, до-зволяє повністю відновити робочі характеристики сцинтиляторів PWO, що деградували в результаті дії радіації. 29131 Таблиця Змінення робочих характеристик сцинтиляторів, після радіаційного опромінювання дозою 800 Krad у різних режимах оптичного обезбарвлення Довжина хвилі опромінюючого світла l, нм 5 Змінення пропускання на довжині хвилі DT, % 6 № досліду Розмір зразка, мм Час опромінювання t, хв. 1 2 3 Потужність опромінюючого світла W, мВт/см2 4 1 22x22x200 60 0,2 700 3 0,05 2 22x22x200 30 0,3 600 2 0,05 3 22x22x200 60 0,2 450 5 0,1 4 22x22x200 30 0,1 550 4 0,08 5 22x22x200 30 0,2 520 2 0,05 6 22x22x200 30 0,2 580 1 0,02 7 8 9 22x22x200 22x22x200 22x22x200 30 30 30 0,2 0,2 0,2 570 550 530 0 0 0 0 0 0 10 22x22x200 10 0,4 540 10 0,15 11 22x22x200 30 0,1 550 4 0,08 Змінення світлового виходу, DС, відн. од. 7 Від режиму 8 по прототипу, позамежний по способу по прототипу позамежний по способу позамежний по способу позамежний по способу граничний по способу граничний по способу по способу по способу по способу близький до оптимального близький до оптимального 29131 Фіг. 1 Фіг. 2