Сцинтиляційний монокристал на основі вольфрамату цинку

Реферат: Винахід належить до галузі сцинтиляційної техніки. Сцинтиляційний монокристал на основі вольфрамату цинку додатково легований магнієм і створює твердий розчин заміщення ZnxMg1-xWO4 при 0,05х0,95, де х - частка домішкових іонів магнію в катіонній підґратці. Винахід забезпечує розширення номенклатури сцинтиляційних кристалів, придатних для їх застосування в сцинтиляційних детекторах, в тому числі кріогенних, для реєстрації рідкісних подій з підвищеними параметрами. UA 105335 C2 (12) UA 105335 C2 UA 105335 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цей винахід належить до області сцинтиляційної техніки, а саме до кристалічних сцинтиляторів, які можуть бути використані у складі сцинтиляційного детектора для реєстрації рентгенівського і γ-випромінювання та в комп'ютерних томографічних і інтроскопічних пристроях, а також як болометр для кріогенного фонон-сцинтиляційного детектора для проведення експериментів з реєстрації рідкісних подій, таких як подвійний безнейтринний бетарозпад ядер і взаємодія з частинками "темної матерії". Сцинтиляційний кристал, який використовується також як болометр для проведення експериментів з реєстрації рідкісних подій, має відповідати таким вимогам: висока сцинтиляційна ефективність; термічна і радіаційна стабільність; негігроскопічність; відсутність власних випромінюючих ізотопів. Для підвищення достовірності результатів експериментів з пошуку темної матерії передбачається використання сцинтиляційних кристалів, до складу яких входять різні хімічні елементи як "важкі", так і "легкі", що мають властивості, описані вище. На сьогоднішній час таким вимогам відповідають сцинтиляційні монокристали на основі важких оксидних кристалів вольфрамату кадмію, цинку, магнію та свинцю [L.L. Nagornaya, F.A. Danevich, A.M. Dubovik, B.V. Grinyov, S. Henry, V. Kapustyanyk, H. Kraus, D.V. Poda, V.M. Kudovbenko, V.B. Mikhailik, M. Panasyuk, O.G. Polischuk, V. Rudyk, V. Tsybulskyi, I.A. Tupitsyna, Yu.Ya.Vostretsov, Tungstate and molybdate scintillators to search for dark matter and double beta decay, IEEE Trans. Nucl. Sci. 56 (2009) 2513-2518], які можуть бути використані як кріогенний сцинтилятор за умови можливості вдосконалення технології вирощування монокристалів великого розміру. Відомий сцинтиляційний кристал вольфрамату магнію [патент України № 90642, С30В 15/00]. Однак, люмінесцентні властивості має тільки низькотемпературна β-фаза MgWO4, а при температурах понад 1250 °C відбувається фазовий перехід в α-фазу MgWO4, яка не люмінесцує. Цей факт створює певні проблеми при одержані люмінесцентного MgWO 4, 137 Енергетичне розділення MgWO4 складало 11 % при збудженні Cs (Eγ = 662 кеВ), світловий вихід - 35 % від CdWO4, 33 % від ZnWO4 при 7 K. Відомий сцинтиляційний кристал вольфрамату цинку. Світловий вихід сцинтиляційного 3 3 кристалу 10×10×10 мм складає 50 % відносно кубика 10×10×10 мм вольфрамату кадмію та 137 має енергетичне розділення 8,5 % по γ-лінії Cs (Eγ = 662 кеВ), і для гексагональної призми розміром 40 × 40 мм світловий вихід складає 27 % та енергетичне розділення - 10,7 %. При зниженні температури з 300 K до 7 K (близької до робочої температури кріогенного детектора) світловий вихід зростає майже у три рази. Рівень власного радіаційного фону зразків цих кристалів за загальним α-випромінюванням становить 0,2-0,4 мБк/кг [P. Belli, R. Bernabei, F. Cappella, R. Cerulli, F.A. Danevich, A.M. Dubovik, S. d'Angelo, E.N. Galashov, B.V. Grinyov, A. Incicchitti, V.V. Kobychev, M. Laubenstein, L.L. Nagomaya, F. Nozzoli, D.V. Poda, R.B. Podviyanuk, O.G. Polischuk, D. Prosperi, V.N. Shlegel, V.I. Tretyak, L.A. Tupitsyna, Ya.V. Vasiliev, Yu.Ya. Vostretsov, Radioactive contamination of ZnWO4 crystal scintillators, Nuclear Instraments and Methods in Physics Research A 626-627 (2011) 31-38]. Найближчим аналогом за сукупністю загальних ознак вибрано останній з наведених аналогів. Задачею винаходу є розробка сцинтиляційного монокристалу на основі вольфрамату цинку, що забезпечить розширення номенклатури сцинтиляційних монокристалів, придатних для їх застосування в сцинтиляційних детекторах, в тому числі кріогенних, для реєстрації рідкісних подій з покращеними параметрами. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що сцинтиляційний монокристал на основі вольфрамату цинку, згідно з винаходом, додатково легований магнієм, що створює твердий розчин заміщення ZnxMg1-xWO4 при 0,05х0,95, де х - частка домішкових іонів магнію в катіонній підґратці. 2+ Як показали наші дослідження, введення Mg в кристалічну комірку ZnWO4 (в межах від 0,05 мол. % до 0,95 мол. %) не призводить до зміни її типу і спостерігається безперервний ряд твердих розчинів заміщення. Отриманий монокристал ZnxMg1-xWO4, при 0,05