Сцинтиляційний матеріал на основі йодиду цезію, активований йодидом талію, та спосіб його одержання

1. Сцинтиляційний матеріал на основі йодиду цезію, активований йодидом талію, що містить C2 2 (19) 1 3 Відомий сцинтиляційний матеріал [а.с. СРСР №1362088, C30B 11/02, 29/12], на основі йодиду цезію, активований талієм і додаткову легуючу домішку у вигляді бромистого цезію, що має склад, що відповідає наступній формулі (CsI)x(CsBr)y(Ti)[1-(x+y)] де 0,947£x£0,948, 0,049£у£0,050 Спосіб його одержання включає плавлення шихти, що містить цезій йодистий, добавку активатора йодистого талію й графіту в якості розкислювача і наступну спрямовану кристалізацію розплаву. При цьому в шихту додатково вводять бромистий цезій у кількості 5мас.% і талій у кількості 0,6-1,0мас.%, а кристалізацію ведуть при залишковому тиску в ампулі не більше 5мм рт.ст. За твердженням авторів, отриманий ними матеріал не має післясвітіння, що, однак, викликає сумнів. Всі матеріальні процеси, у тому числі, і сцинтиляційні, протікають у реальному часі, а матеріали володіють тим або іншим ступенем недосконалості або дефектності. Ці фактори саме й визначають інерційні характеристики сцинтиляційного матеріалу або рівень післясвітіння. Оскільки в описі винаходу ні самого рівня післясвітіння, ні інтервалу часу після якого автори не спостерігали післясвітіння, не приводиться, то залишається припускати, що мова йде про досить більші часи, можливо, 5-6мс. У зв'язку з тим, що масової потреби в сцинтиляторах, що володіють низьким рівнем післясвітіння в 0,1мс діапазоні в часи створення даного винаходу (1982р.) не було, то й відповідних вимірів не проводилося. Недолік цього матеріалу полягає в тому, що поряд з можливим зниженням рівня післясвітіння зменшується його радіаційна стійкість. Так, за нашим даними, втрата світлового виходу зразків кристалів розмірами Æ30´60мм після їхнього Хопромінення дозою в 0,5´105 рад досягає 25-30%. Відомий кристалічний матеріал [а.с. СРСР №1385598, 309ДО 11/61] на основі йодистого цезію, активований талієм, який вмістить додаткову легуючу домішку хлориду при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: таллий 0,01-0,60 хлорид цезію 0,02-0,13 йодид цезію остатнє Спосіб його одержання включає плавлення шихти, що містить цезій йодистий, попередньо висушеної при безперервному вакуумуванні. В отриманий розплав додають йодистий талій, а потім хлорид цезію в кількостях, відповідно, 0,5мас.% і 0,1-0,5мас.%. Отриманий розплав витримують 2 доби, а наступну спрямовану кристалізацію розплаву ведуть зі швидкістю 2мм/ч. Величина післясвітіння отриманого матеріалу становить 0,21-0,62% в 5мс діапазоні. В 0,1мсдіапазоні величина післясвітіння не вимірялася. Відзначимо, що перерахування величини післясвітіння для іншого діапазону часу не може бути зроблений у принципі, оскільки закон загасання світлових імпульсів за рахунок анігіляції дірочноелектронних пар індивідуальна для кожного конкретного зразка й залежить від природи та концентрації домішок і структурних дефектів. 87792 4 Величина радіаційної стійкості, обумовлена відносною деградацією світлового виходу після опромінення зразка, авторами не визначалася, однак за нашим даними, хлорид-утримуючі кристали Csl (ТІ) після опромінення X-джерелом дозою в 0,5 Мрад зменшують світловий вихід на 20-25%. Загальним недоліком наведених способів є той факт, що метод спрямованої кристалізації по Бриджмену-Стокбаргеру в ампулах принципово не дає можливість одержувати великі кристали через їх блочність. Швидкість вирощування даним методом не перевищує 2мм/годину. При спробі вирощування великих бромід- або хлорид-утримуючих кристалів методом автоматизованого витягування з розплаву на затравку, спостерігається втрата теплової стійкості процесу росту, що також утрудняє одержання великих злитків. Останнім часом опубліковані результати досліджень відносно впливу додаткового легування кристалів CsI(Tl) іонами двовалентного європію (Еu2+) [Е.Е. Ovechkina, V. Gaysinskiy, S.R. Miller, C. Brecher, A. Lempiski, V.V. Nagarkar. Multiple doping of Csl:Tl crystals and its effect on afterglow, Radiation Measurements 42 (2007) 541-544]. Кристали CsI(Tl,Eu2+) дійсно мають більше низький рівень післясвітіння (0,15-0,4%) в 0,1мсдіапазоні в порівнянні з матеріалами CsI(Tl,Br) і CsI(Tl,Cl) однак їхня радіаційна стійкість дуже низька. Втрата світлового виходу зразків після опромінення дозою 0,5´105 рад перевищує 50%. Що ж стосується технологічності одержання даного матеріалу, то методом спрямованої кристалізації, як і в наведених аналогах, вдається одержати кристали об'ємом усього в декілька см3. При спробах вирощування великих кристалів методом витягування з розплаву на затравку, спостерігається значне падіння теплової стійкості процесу через ефект глибокого очищення розплаву від кисеньвміщуючих домішок за допомогою двовалентного європію. У результаті збільшення прозорості кристала що росте до теплового випромінювання платинового тигля при температурах 650800°С, швидкість витягування кристала не перевищує 1,5-2мм/годину. Крім цього, увігнутий фронт кристалізації, що властивий об'єктам, прозорим в ІЧ-області, приводить до появи великих газових міхурів у кристалі й до утворення інших фазових включень. Таким чином, одержання великих і однорідних по характеристиках і складу кристалів проблематично. Відомий сцинтиляційний матеріал [пат. України №27013, C30B 29/12,15/04] на основі йодиду цезію, активований талієм, до складу якого входить додаткова легуюча домішка карбонату одноабо двухвалентного металу - Мех(СО3)y де Me - катіонна домішка, 1