Матеріал-сцинтилятор на основі рідкісноземельних елементів зі зниженим радіоактивним фоновим шумом, спосіб його одержання, детектор та його застосування

1. Неорганічний матеріал-сцинтилятор загальної формули АnLnpХ(3p+n), в якій Ln являє собою один або більше рідкісноземельних елементів, Х являє собою один або більше атомів галогену, вибраних із F, Сl, Вr або І, і А являє собою один або більше лужних металів, таких як К, Li, Na, Rb або Cs, n і р являють собою такі величини, при яких n може дорівнювати нулю, менше або дорівнює 2р, і р більше або дорівнює 1, який відрізняється тим, що вміст у ньому дочірніх елементів урану і торію є досить низьким, що забезпечує, зумовлену альфа-випромінюванням цих елементів, активність, меншу ніж 0,7 Бк/см3. 2. Матеріал за попереднім пунктом, який відрізняється тим, що він має формулу AnLnpxLn'xX(3p+n), в якій Ln вибраний із Y, La, Gd, Lu або 2 (19) 1 3 87683 4 або в галузях ядерної медицини, фізики, хімії, теріалів при радіаційному захисті або при вияврозвідки нафти, пошуку слідів радіоактивних маленні небезпечних або заборонених речовин. Даний винахід стосується матеріалусцинтилятора зі зниженим радіоактивним фоновим шумом, головним чином, сцинтилятора кристалічного типу і його застосування, зокрема - у детекторах гамма-випромінювання і/або рентгенівського випромінювання. Кристали, які сцинтилюють, широко використовуються в детекторах гамма-випромінювання, рентгенівського випромінювання, космічного випромінювання і частинок, які мають енергію близько 1кеВ і також більшу, ніж ця величина. Кристал, що сцинтилює, являє собою прозорий в інтервалі довжин хвиль сцинтиляції кристал, який реагує на падаюче випромінювання випромінюванням світлового імпульсу. Виходячи з подібних кристалів, звичайно - у вигляді монокристалів, можливе виробництво детекторів, в яких світло, що випромінюється кристалом, який входить /до складу детектора, взаємодіє із засобом детектування світла і дає електричний сигнал, пропорційний кількості світлових імпульсів, що одержуються, та їхній інтенсивності. Схожі детектори використовують, зокрема, у промисловості для вимірювання маси або товщини покриття, у галузях ядерної медицини, фізики, хімії, розвідки нафти, при виявленні небезпечних або заборонених речовин. Недавно були розроблені нові кристали, що сцинтилюють, на основі галогенідів рідкісноземельних елементів. Наприклад, вони являють собою кристали легованого церієм хлориду лантану (LaCl3:Ce), легованого церієм броміду лантану (LaBr3:Ce) і легованого церієм K2LaI5. Ці нові сполуки можуть бути описані формулою: AnLnpX.n+3p де А являє собою лужний елемент або суміш лужних елементів, таких як Li, Na, K, Cs, Rb, переважно - Li, Na, Cs; Ln являє собою рідкісноземельний елемент або суміш рідкісноземельних елементів із валентністю 3+' зокрема - Sc, Y, La, Gd, Lu; і X являє собою один або більше галогенів, таких як СІ, Вr, І, причому ці композиції також можуть бути леговані Се або Рr. Ці нові матеріали мають бажані властивості для застосувань у галузі сцинтиляції, такими як: щільність і затримуюча здатність, краща, ніж у NaI:Tl, невеликі часи загасання сцинтиляції та хороше розділення за енергією. Однак, одна проблема обмежує їхні переваги при застосуваннях у галузі гамма-спектроскопії: ці матеріали демонструють радіоактивний фоновий шум високої енергії через наявність у них випромінювачів альфа-частинок. Присутність радіоактивних атомів у слідових кількостях у матеріалі призводить до наявності ліній, які накладаються на лінії гамма-випромінювання, яке необхідно детектувати. Застосування, що ускладнюються радіоактивним фоновим шумом, являють собою, наприклад, детектори для радіаційного захисту, розвідки нафти і для пошуку слідів радіоактивних матеріалів у навколишньому середовищі. Випадок наявності радіоактивного фонового шуму найбільш вивчений у сімействі галогенідів лантаноїдів, таких як LaCl3:10%Ce ("Comparison of LaCl3:Ce and NaI:Tl scintilators in gamma-ray spectrometry", Marcin Balcerzyk, Marek Moszynski and Maciej Kapusta, Nuclear Instruments & Radiation Measurements, Section А). Повинно бути зазначено, що як "LaCl3:10%Ce" фахівці в даній галузі техніки звичайно позначають хлорид лантану (La) і церію (Се), в якому число молей Се становить 10% від загального числа молей Се+La. Іншими словами, можна сказати, що ступінь молярного заміщення La на Се становить 10%. У разі цього кристала спостерігаються піки емісії, зумовлені розпадом випромінювачів альфа-частинок сімейства урану-235, а зокрема - 227Th, 223Ra, 219Rn, 215Po, і 214Ро із ланцюжка розпаду урану-238. Хоча і в менших кількостях також спостерігаються елементи, що походять із ланцюжка розпаду торію-232. Емісійний вихід випромінювання, згенерованого альфа-випромінюванням даної енергії, варіюється від матеріалу до матеріалу. Цей емісійний вихід звичайно виражається шляхом порівняння емісійного виходу, зумовленого альфа-частинками, із виходом, зумовленим гамма-випромінюванням. У випадку LaCl3 цей вихід альфа/гамма становить 0,33±0,01. У випадку LaBr3 цей вихід альфа/гамма становить 0,29±0,01. Тому у випадку LaCl3 альфавипромінювання, що випускається при розпаді 214 Ро на 7,7МеВ, буде присутнім у спектрі у вигляді гамма-лінії з енергією 2,5МеВ (у випадку LaBr3 вона присутня з енергією 2,23МеВ). Тоді, при проведенні гамма-спектроскопії вона точно співпадає з лінією, яку намагаються детектувати. Тому цілком ясно, що присутність такого радіоактивного фонового шуму ускладнює застосування сцинтилятора, такого як LaCl3. Схожі лінії простіше детектувати при використанні сцинтилятора більшої маси і при збільшенні часу підрахунку, що використовується в області, яка відповідає гамма-випромінюванню з енергією 1-3МеВ. Тому подібне явище може бути виявлене тільки для досить великих зразків (декілька грам недостатньо). Тому метою винаходу є запропонування способу, що дозволяє у принаймні 10 разів знизити цей радіоактивний фоновий шум, який відповідає альфа-випромінюванню з енергією між 4 і 8МеВ. Оскільки це випромінювання утворюється внаслідок розпаду урану і його дочірніх елементів, то можна припустити, що рішення є достатньо простим - вистачить визначити кількісний вміст урану у вихідних матеріалах і виявити ті вихідні матеріали, які не містять слідів урану. Для кристала LaCl3, що має швидкість підрахунку 0,89 імпульс/см3/с, тобто 0,89Бк/см3, кількість урану, що відповідає такому забрудненню, становить 1,4чнм (частин на мільйон), яка є такою, що легко виявляється за допомогою МСЖР. Однак аналіз цього ж кристала за допомогою МСЖР показав вміст урану