Монокристаллический люминесцентный и сцинтилляционный материал

Монокристаллический люминесцентный и сцинтилляционный материал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ Л№1И11ЕСЦЁНТНЫЙ И СЦИНТИЛЛЯЦИОННЬЙ МАТЕРИАЛ на основе иттрий-алюминиевого граната , содержащего активирующую примесь, отличающийся, тем,что,с целью повышения равномерностн люминесцентного по объему материала при получении сцинтилляций в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра, он содержит в качестве активирующей примеси оксид скандия при следующем соотношении компойентов, мае.%: Оксид скандия 0,5-12,0 Иттрий-алюминиевый гранатОстальное % (Л

CO03 COBETGHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И):

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Остальное е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3340927/23-26 (22) 01. 10. 81 (46) 30. 12.85. Бюл. Р 48 (72) Я.А.Валбис, В.А.Письменный, И В.Гагауз, Т.И.Киселева,А.А.Нагорный, В,В.Померанцев и И.A.Òàëå (53) 546.623:641:621.3.032.35(088.8) (56) 1. Иарковский Л.Я., Пекерман Ф.М., Петошнна Л.И. Люминофоры.—

М. Л.: "Химия" 1966, с ° 152.

2. Kvapil I. et al. — Chechoslovak. Jdurnal of Physics. 1980.

Ч. В 30, Ф 2, р. 185 †. 192. (54) (57) ИОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЛККИ11ЕСЦЕНТНЫЙ И СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫИ MATEPHAII на основе иттрий-алюминиевого граната, содержащего активирующую примесь, отличающийся. тем, что, с целью повышения равномерйости" люминесцентного излучения по объему материала при получении сцинтилляций в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра, он содержит в качестве активирующей примеси оксид скандия при следующем соотношении компойентов, мас.Х:

Оксид скандия 0,5-12,0

Иттрий-алюминиевый гранат

)075727

25

50 (ас

О, > †)2,0

Ок(tf.l склндн3! ! (TTp !I! f —,331>r>< f1 f ff Jt() i3i rl l

,>г I.i!l Г! ><

t р )} :>"

Изобретение относится к тех!шке л!омино4>оров,а именно к монокристаллическим люмииесцентньгl и cöèí TJITIляционным материалам, используett)III для рентгеновского излучения, для пригoтовления л(оминесцентных экраJt0f3 Элеi

Известен люминесцентный материал !О на ocfi013Q оксидов алюмшшя, крем)шя и кальция, содержащий примесь церия в количестве 1,5 мас.7 и люминес— цирующ)пt в области )00 jiff L1) .

Од(((3ко 13 этом материале IIQ>tîñтл-то гнл равномерность люм)шссцентного из tytfefijfff по объему, а также jf)f:?кшi

0fI(>ргстl1ileñêèé выход излуtfeïtff! .

11;шб оп ее бл!(эким по те хш п(е ской

cy!t(jj o(: T! f к изобретен)гю я)зля(т cfl ,<(Онг>)<РИС Г(:(ЛП ГЕС)ПШ СПО)ПШ(СЦ П Гвнй сц(п!т !лляц;(онпь(й матер!! 1)I на о(—

II 0i3 t> И 1 Tf) 1 If! Пl!?ИЕ)3 0 ГO ГР ЛН ЛТЛ > со;,t> (>ж;(;)(с О лкT)f!30 Top — ((ерий, Опт)смл! If>lioe ко.:и! (ес..тво котop01 î cOcò(IU. ля(т 1 (лс. 7, и»0!Ió÷;)fîöåt 0 в жел— то-:e! е (ой об)еасти спектра (2 ). (J;(tI()!<0 ???? .)(>)(()пц:1(>ПТ ра()lipC, )Е IQIIII)I

ПРИМОCIf ЦЕРИЯ В ДЛНПОМ I IOIIOI

1jQp(J!3!J0>Ieрпости люмш(сгцс((т (Ого и.злу еfjjfff по объе:(у матp(>iif I I пр)(13 О э б у жд е! l! 1! f:3 3 f е 1< т р 01! i!! >1м J I >"-! О: . 1. «О

МЕ> ТОI 0 > CIIQ) T()<3.3I t>ft(>fj! СО(Т Ii3 Э ТО(- 0

JI:3.I> t)Ql:ИЯ lie COO I )3(ТСТ)3У (.Т МЛКСИМ < му наибо-lee чувстви (ельны:< (1>от(оэ)fei<— тр((чесl< jfj)ltL>MI))if<013 It (;>Оторсгlicòðè

РУЮЩИХ МатЕР)(ЛЛСгч3, Цель изобретс (ия — пов(щвепие рлв— номсрвос и(;пом(п(есцентпого излу Ie— ния по объему мо((окристллпическОГO

3)jO«tffjeC(reff TffO) 0 И СЦ((1!тн:f)ISII3,»aftftot

МатePltaпа На ОСНО!)С) Ит TP«; — Л>ПОМПНИЕ— вО! с) 1 Раната при получении сц)п!тилляцш(в видимой it б)шжней ультрафиолетовой области спектра.

fIOCÒñ(f333L>IIIIËß )Le)>If> ДОСТПI ЛЕТCST

J e f > Го мои окристллл!!ческий! )поми)(есцептjl>IJI и сцинтилляцион(п,:и млте—

1 )лл пл основе иттр!гй — a)ff(3(!ii)IJ(åf30ãо г)3;)п(1.(.с(содержит 13 качестве лк II?Jf рующей примеси оксиц скл)(дия tip!i

C (С Д<, Jt) J>e f CÎÎTil0!!JPlf it!i г<омfiг)ПС ii 1 01?

1Ip(3!i!f<(Ã 3PtIl>JII f(3iiOl<(>IIС ?лли>(IQCI

ЛИ jill! PC JJP!iTI)l>i! I Ji (! If J!! iТI!:J!1>II(JIGJIIIЫН (! Л Т Г P i < (П! Н Л O (? f t 0 i? (3 I Т I, > I i i >((ПО . !111! J f C.

1-О ГО ГP (! I;lт;(СО)r ()Р<П вЂ” -3 i:;1:;Е С 1 )3Е

c!f< 1 И(?ПРУ(О(((Гfi ПРИМОCI! С:);(«f(;.!«ff)fc т)рн 1?ЫШС>> КЛ 3((!lit ОМ r- t> " Т 1>С>П! C):(!;и(1<0 I— (>0!1(., .Iт О)?

ПРЕДЛЛГа(.МЫй J O(fOI<>)IICTQ. ЛИ> ЕСК fl!

СПОМ)П(ЕСЦЕптпый! И Сfrl(li. . II fi, li;,r>lf; !й матp))fi(1!I обеспе швает пов)п((еп! j) :I- —

f10t JQPfJ Ог 1 и .Iю>мине сцеl!" I jot o ".3. (>, ч е: (IЯ по объему материала 3 три рлэл получение сциптилляц Iif I? 131(>;имо."(5r J)F> Tp<3t1)Jt0;IQTot30Jf 0DJ3 1cTsIх спек l рл .

fIclJt0OтIL)e -<т >Обfll;)", - )< т)Г(t I p;jfr)т(т

Прн ЭТОМ ПЕран:ОМсрпг)СТЬ СВГ;.С?Гifi

iIp(, (О)ес. и ol (3 ((I T (3)> i! !!I г ?! (;т;) <>; ",>,>. В (.О It() Q и );;3)Г

)3 Г С f I O 1 <) М < 1 1 Q P j 1 ". r 1;t О П (1 (> (! : .:! .

:(>И ?if, 0 — Х) (,f;irl(< )- > <> Г < -;; >< °; б ) > ТС)illÿ 3(1 j< 1>О>т > t- j ()< >т "г, CllJJ, СI ЛПДИ<т 3f >т >г т т )Г(: т:

;!Ттр((й — Л)ПОМ(П(1 Е:)ОГО Г,) >r!ЛТЛ, Об«С-Псr) ;)?:3;(Р(11? ВОМЕР (О:! Р;1«l!;>t ;; ЛГ >t(С(1;ТИ;>(1 (OP<1 if РЛ13 (O: (Е;)(!(>(Э t!!30 I(: !> ((> тЭСЕГО С>бЪСМЛ f I;(I C))rf 33(1;? 3!);) т >il б (! >r rr(!r -..; f lr >В(>((0)(Г> ) ОВ<)!r )r> (Л, я (J! el: 1 ()>;1 .

t (;>!>50ò) НрЕЛС ° О(? (0 f>-"P(>П т С ),; т-, Л (кл:(дп)(}3 п«ед глглемо.! . (лтt;)fi(!! е )(1;)(цсс! <>с. „ с,! (. -.".Об) () t(тit*. Jог т! ° ю . >Ост::"жСПiИЯ С) О Рат?)(С>МЕРНОГО;)С СПР:.:.:г . if l

1!(> (!(> J:P. i; т ) Ji« ((1>I IQ П;) i CO .:I 1! I Г! И)!

В,jс((",,t;; Е "O 3(Ю;)(П>Гг Цг;т J !Ii,l, ;т >! fi 1(>i(! !.f!.; <;, I j) 3 !< „ С;)f) (т )

Jfr)l! f.,t>!itl(. П I,»; là ;;;; :, ) t (tl т > (.:r - т тт и t !l!>jJt j) .> . л c ..,. . ., f!!,: <3)>: б .! ". >,(1:. > ! ill 3 i > f t Т ! C i 1 ? i) 0 t Ь >О т С, e 1 fit, J !«P; (; (: f I (i J (В т) . « 0 П (),(?! f J (>,,,i, i! .:, >

12, д le«.,- пл« ;и .. „(гтся : гп):::«:? (.

ЭП Е!) (СТJ!:i< С Ко l О iti I <г);(г» М)(!!>i! (? С: (:! .t! i т(((тfi!!(>!()r";(РО)(13 Il ((т>)(,: .,)(. ? Oi3(>J! .!(t!ftI! t»r)() П(;;ГГ II !);! (!) !:

1)С) >! < Ч (3! (!! Е . О l i <) i, « i I с ." Л:!.: i i>i С. C (:. t! Г 0

М(lтс,)ii(1!1<3 1(0 Jf! О(Р()ТСПИЮ Осi1:tee "!3.1!I

IОТ ll 3 >3((!.ПЫ,(-,(,!(; О ЛМИ В С: ) Тт -Л-I j) i Ойт

11.11. t ОРi i 3 О(f Тc>3! . : . .)I ° J< Рl tс ТЛ. IJ!iн.?> . . .i) I (°

110!!01,prrcò! i)(>l ) >,)!f13;I:с: в .) 1< " )с—

liLi!c3 .. Сг> !()O i!!3 (L lijif " !>Oil>, »Р. <г<»"

П(> 1;3 Е I?;ITQ:(Я: lf! i? !3()К >;МС. т!.)i! В i! f! e i) !

l t)lf Jt. l! т?(>С(ГГЛПС)13ИТ(:)ЬПОП (Iтij«>C,,>C " . .

r1pll f3L > l lI! 11 т )I Э p;j!?t: )i!!j i ))Jff. — 1 Д i 1!IЗ (;;,!!! !j К .>(с<" (l?(Т:ji :)Я if !!O;li т, >;тт(б;г !It>f?) (тт)у(i!<3 fi; !1 i ?? ;)!("tiif??;!>i i 1I .)1! It>;i(!l:X !Iз . .(О. и(б>;т(itо т« I т> . If! т "(;?

>!()(:, г,> I>i вt ) t. !!!? .!j!(>! м тjокр!(г! ):I т » ° ) т, г ; ((, ; ;, ) : > . . . ? ; . » — ; ; » . (), 1075727

Сцинтилляционные свойства полу- 45 ченного монокристалла исследуют на установке, содержащей многоканальный амплитудный анализатор АИ-256, блок питания ФЭУ, предусилитель и осциллограф. 50

Монокристалл иттрий-алюминиевого граната, полученньлй по примеру 1, люминесцирует в ближней ультрафиолетовой области спектра с максимумом излучения около 4,2 эВ.

Коэффициент распределения скандия в этом кристалле близок к 1, что обеспечивает повышение равноспособами: из порошка иттрии- алюми- . ниевого граната и оксида скандия или из смеси оксидов иттрия, алюминия и скандия, взятых в количествах, соответствующих заданному составу кристалла.

Пример 1. 180 г порошка иттрий-алюминиевого граната смешивают с 20 r порошка оксида скандия (1 мас./). Полученную смесь загружа — !О ют в молибденовую трубку с внутренним диаметром 15 мм и помещают в печь для выращивания кристаллов методом направленной кристаллизации.

В рабочей камере создают вакуум 15

-5

5 10 торр и включают ток в цепи нагревателя. Шихту- расплавляют и расплав выдерживают при 1950-2000 С в течение 30 мин для гомогенизации.

После этого включают систему опуска- 2О ния контейнера. После окончания процесса кристаллизации ток в нагрева- . теле постепенно умень|пают с целью медленного охлаждения кристалла. В систему напускают воздух и изплека- 25 ют контейнер с кристаллом.

Далее исследуют люминесцентные и сцинтилляционные характеристики полученного монокристалла иттрийапюминиевого граната, активпрованного скандием.

Для оптических измерений из монокристалла вырезают пластинки диаметром 10 мм и толщиной 1 мм. Плоскости шлифуют и полируют до оптического качества. Подготовленные образцы

35 помещают в вакуумный криостат. Спектры рентгенолюминесценции измеряют с использованием монохроматора МДР-2, фотоэлектронного умножителя и системы

4О фотонного счета. Образцы возбуждают излучением рентгеновской трубки

БСВ ?-И через алюминиевь|й фильтр толщиной 1 мм. мерности излучения по объему кристалла. При этом неравномерность свечения его не превышает 207, в то время как у известного материала она составляет более 60/.

Пример 2. Лналогпчно примеру 1 выращивают монокристалл иттрий-алюминиевого граната иэ шихты, содержащей. 199 г порошка иттрий-алюминиевого граната и 1 г оксида скандия (0,5 мас.X).

Полученньпя монокристалл люминесцирует в бпижней ультрафиолетовой области с максимумом -излучения около 4,2 эВ. Равномерность излучения по объему кристалла аналогична описанной в примере 1.

Пример 3. Из шихты, содержащей 176 r порошка иттрий-алюминиевого граната и 24 r оксида скандия (12,0 мас Л), синтезируют монокрис- талл аналогично примеру 1.

Синтезированный монокристалл люминесцирует в ультрафиолетовой и видимой части спектра с максимумом излучения 3,8 эВ. Характер распределения свечения по объему кристалла близкий к равномерному,- отклонение от равномерности не превышает 207. . В таблице приведены данные по люминесцентным свойствам монокристаллов, синтезированных по изобретению, для различных значений концентрации оксида скандия в сравнении со свойствами известного материала при рентгеновском возбуждении.

Монокристаллический люминесцентный материал, полученный по изобретению, обладает сцинтилляционными характеристиками, сравнимыми с наиболее широко используемыми сцинтилляционными материалами.

Значительная часть излучени г. предлагаемого материала соответствует ультрафиолетовой области спектра, а сцинтилляционной аппаратуре желательно применять фотоумножители, .чувствительные к УФ-излучению, на- пример ФЭУ-39. Если же не нужна максимальная амплитуда импульсов, можно работать также с фотоумножителями типа ФЭУ-82 с наиболее употребительной спектральной характеристикой типа С-8.

Время высвечивания сцинтилляционного материала по данному изобретению при возбуждении как < -частица1075727

Интегральная интенсивность .свечения, отн, единицы

Положение

Содержание оксида скандия,мас.%

Монокристаллический материал на основе иттрийалюминиевого грамаксимума излучения, эВ ната

Известный

1.иттрий-апюминиевый гранат с примесью 1 мас.% церия

1600

2,25

Предлагаемый пример 1 пример 2 пример 3

1264

4,20

1,0

1122

4,20

0,5

1610

3,8

12,0

1845

4,0

6,0

1012

3,7

18,0

Составитель С.Хлебников

Техред И.Асталош

Редактор С.Титова

КоРРектоР С.Черни

Заказ 8138/4

Тираж 629 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектнвя, 4 ми, так и у -квантами составляет

0,3 мкс, oc /g отношение 0,7.

Амплитуда сцинтилляционного импульса от К -частиц с энергией

5,15 мэВ, например, для монокристалла иттрий-алюминиевого граната с концентрацией оксида скандия 3,0мас.% составляет 42% от амплитуды импульса для одного иэ наиболее используемых сцинтилляторов NaI : TE u более, чем в два раза превышает аналогичную-характеристику для известного материала (20%).

Таким образом, монокристалпический люминесцентный материал по изобретению обеспечивает повышение равномерности люминесцентного излучения по обьему кристалла более, чем в три раза по сравнению с прото-. типом при получении сцинтилляций.в ! видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра, что позволяет использовать для регистрации сцинтилляций наиболее чувствительные фотоприемники.

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется повышенной равномерностью свечения по объему кристалла иттрий-алюминиевого. граната, активированного скандием, удобной для регистрации спектральнои областью излучения, а также его высокими эксплуатационными характеристиками, что делает указанный материал перспективным для использования в люминесцентных экранах, в сцинтилляционных счетчиках и спектрометрах, а также визуализации различных видов излучения.