СТЕКЛО Российский патент 2007 года по МПК C03C3/64 C03C4/12 

Изобретение относится к составам стекол, люминесцирующих под действием рентгеновского излучения, для изготовления экранных преобразователей радиационного излучения в излучение видимого диапазона и может найти применение в контрольно-измерительной технике, в промышленной дефектоскопии и интроскопии, в дозиметрических системах, основанных на пропускании и люминесценции различных стекол.

Широко известны неорганические сцинтилляторы, имеющие кристаллическую структуру, например, NaI (Tl), KI (Tl), CsI (Tl). Однако наряду с заметным световым выходом они обладают рядом недостатков, таких как высокая гигроскопичность кристаллов, соответственно повышенные требования к их герметизации, пониженная стойкость к ударным нагрузкам, трудность выращивания больших монокристаллов, относительная дороговизна и сложность изготовления в виде экранов.

Для флюоресцирующих экранов и экранов рентгеновских электронно-оптических преобразователей обычно применяют рентгенолюминофор (Zn, Cd)S:Ag, главным недостатком которого является низкая разрешающая способность, связанная с малым коэффициентом поглощения рентгеновских лучей.

Известно, что эффективной способностью к сцинтилляции обладают также некоторые типы неорганических стекол со специально подобранным составом. Эти стекла обладают рядом преимуществ перед монокристаллами и кристаллическими порошками благодаря высокой химической стойкости, механической прочности, изотропности свойств стекла, высокой однородности, отсутствию старения, простоте изготовления изделий любой формы и удобству применения в виде люминесцирующих экранов, относительной дешевизне в массовом изготовлении.

Ярким свечением обладают стекла, содержащие активаторы люминесценции. Каждому из активаторов присущи свои характерные спектры люминесценции, находящиеся в связи со спектрами поглощения. Состав стекла и активатор должны быть выбраны так, чтобы спектр излучения лежал в области максимальной чувствительности фотоэлектронного умножителя и не перекрывался заметным образом со спектром поглощения. Максимальная чувствительность спектрометрических ПЗС - матриц интроскопов, регистрирующих свечение сцинтилляторов, соответствует 500-600 нм.

Активаторами интенсивной люминесценции стекол с характерными спектрами являются редкоземельные элементы (р.з.э). Спектры люминесценции р.з.э. в стекле зависят от длины волны возбуждающего излучения, природы матричного стекла, концентрации р.з.э., температуры и других факторов. Качественные характеристики спектров определяются, прежде всего, природой самих р.з.э., тогда как другие факторы имеют второстепенное значение. Преимуществом рентгенолюминофоров на основе соединений р.з.э. является высокий коэффициент поглощения рентгеновского излучения, относительно высокая интенсивность видимого излучения. Большое влияние на интенсивность люминесценции оказывает состав стекла.

Известно люминесцентное стекло для преобразования излучения вакуумного ультрафиолета /БУФ/ и ультрафиолета /УФ/ в излучение видимого диапазона (патент RU 22017693, кл. С 03 С 3/21, 1994). Стекло содержит (в мас.%): оксид фосфора 53,5-57,8; оксид вольфрама 12-15,5; оксид тербия 10,2-15; оксид калия 15,5-20. Область люминесценции стекла 400-620 нм. Недостатками изобретения являются высокая трудоемкость и дороговизна синтеза стекла золь-гель методом, связанная с наличием дополнительных операций сушки и термообработки, а также возможность преобразования в видимую область только ультрафиолетового излучения.

Известен состав халькогенидного стекла, обладающего свойством преобразования инфракрасного излучения в видимое излучение при одновременном сохранении области прозрачности люминесцентного стекла за счет введения в его состав Al, Br, В, Er, Ln (патент RU 2237029, кл. С 03 С 3/32, 2004). Известно, что халькогенидные стекла быстро и легко кристаллизуются, что требует специфических свойств их выработки.

Наиболее близким к изобретению является сцинтиллирующее стекло марки 3-56-8 (взятое за прототип) для гамма-спектрометров. Стекло имеет следующий состав (в мас.%): SiO₂ - 64,81; BaO - 18,21; Li₂O - 9,68; В₂О₃ - 7,29; СеО₂ - 0,08; NH₄F - 2 (Справочник по производству стекла. Под ред. Китайгородского И.И., т.1, с.812-813). Сцинтилляционная эффективность такого стекла при возбуждении рассеянными γ-лучами составляет 2-3% по отношению к кристаллу NaI(Tl), а при облучении α-частицами - 3%. Недостатком стекла является относительно невысокая способность к сцинтилляции, а также введение в состав стекла дополнительного компонента (NH₄)HF₂, который обладает повышенной улетучиваемостью и способностью к глушению стекла, что осложняет технологический процесс его выработки.

Технической задачей изобретения является обеспечение люминесценции стекла под действием рентгеновского излучения в видимое излучение при одновременном сохранении области прозрачности люминесцентного стекла.

Поставленная задача достигается тем, что стекло содержит SiO₂, В₂О₃ и дополнительно содержит Al₂О₃, Na₂O при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 37,67-40,17; B₂О₃ 34,08-34,59; Al₂О₃ 16,14-17,14; Na₂O 9,11-10,6 и дополнительно сверх 100% вводится Tb₄O₇ в количестве 10% и GdO в количестве 50% от содержания оксида тербия.

Известно, что выраженный эффект гашения сцинтиллятора вызывают уже ничтожные следы железа, содержащиеся в сырьевых материалах, поэтому варка должна проводиться из чистейших материалов и желательно в платиновых тиглях. Для получения стекла по данному изобретению использовали реактивы марок х.ч. и о.с.ч.: силикагель, оксид бора, оксид алюминия, карбонат натрия, оксид тербия, оксид гадолиния.

Исходные сырьевые материалы, взятые в требуемом соотношении, смешивали, варку осуществляли в тиглях из инертных материалов, при температуре 1350°С. Выработку производили путем отлива в формы при температуре 1100°С. Кристаллизации не наблюдалось.

Конкретные составы стекол приведены в табл.1.

Пример.

Для приготовления 100 г шихты используются химически чистые реактивы в следующем количестве (г): силикагель - 39,17; ангидрид бора - 39,192; оксид алюминия - 16,64; карбонат натрия - 17,838. Взвешенные компоненты перемешиваются, в шихту вводится смесь оксида тербия - 10 г и оксида гадолиния - 5 г. Приготовленная шихта варится в закрытом тигле из инертного материала при температуре 1350°С с выдержкой при максимальной температуре 15 мин. Стекломасса выливается в металлическую форму, образец отжигается при температуре 500°С.

Уровень люминесценции полученных стекол в 2-3 раза выше по сравнению с аналогом. Люминесцентные свойства описываемых стекол при возбуждении рентгеновским излучением 120 кВ, мощностью дозы 20 Р/мин на расстоянии 50 см от фокуса рентгеновской трубки и экспозиции 4 сек приведены в табл.2. Сцинтилляционная эффективность стекол при возбуждении рентгеновским излучением составляет в среднем 10% по отношению к кристаллу NaI (Tl).

Стекло предлагаемого состава способно преобразовывать рентгеновское излучение в видимое и обладает люминесценцией в спектральной области максимальной чувствительности многих широкоприменяемых преобразователей (≈500 нм), что дает возможность эффективно его использовать в качестве сцинтиллирующего материала.

Таблица 1.КомпонентыСостав стекла, мас.%123SiO₂37,6739,1740,17В₂О₃34,5934,0834,58Al₂O₃17,1416,6416,14Na₂O10,610,119,11Tb₄O₇101010GdO555Таблица 2.Характеристики составовПоказатели123Интенсивность люминесценции при возбуждении рентгеновским излучением 120 кВ, усл.ед.162016301650

Изобретение относится к составам стекол, люминесцирующих под действием рентгеновского излучения, и может найти применение в контрольно-измерительной технике, в промышленной дефектоскопии и интроскопии, в дозиметрических системах, основанных на пропускании и люминесценции различных стекол. Техническая задача изобретения - создание стекла, обладающего свойством преобразования рентгеновского излучения в излучение видимого диапазона при одновременном сохранении области прозрачности люминесцентного стекла. Указанный эффект достигается тем, что стекло содержит (в мас.%): SiO₂ 37,67-40,17; В₂О₃ 34,08-34,59; Al₂О₃ 16,14-17,14; Na₂O 9,11-10,6; Tb₄O₇ в количестве 10% сверх 100% и GdO - 50% от содержания оксида тербия. 2 табл.

Стекло, люминесцирующее под действием рентгеновского излучения, включающее SiO₂, В₂О₃, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Al₂O₃, Na₂O при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 37,67-40,17; B₂O₃ 34,08-34,59; Al₂O₃ 16,14-17,14; Na₂O 9,11-10,6 и дополнительно сверх 100% вводят Tb₄O₇ в количестве 10% и GdO в количестве 50% от содержания оксида тербия.