Способ термообработки детекторов рентгеновского и мягкого гамма-излучения Советский патент 1985 года по МПК C30B33/00 C30B29/12 

СП

:А

00

со I 1 Изобретение относится к технологии изготовления детекторов ионизирующих излучений, предназначенных для регистрации и спектрометрии рент геновского и мягкого гамма-излучения Важной сцинтилляционной характеристикой детекторов, предназначенных для регистрации рентгеновского излучения, является параметр пик/долина, представляющий отношение числа импульсов, зарегистрированных в максимуме пизса фотоэлектрического поглощения, к числу импульсов, зарегистрированных за то же время в минимуме пика. При низком значении параметра пик/долина (меньше 5-10) наблюдается асимметрия. фотоэлектрического поглощения со стороны низких энергий Низкое значение параметра пик/долина приводит к ухудшению разрешающей спо собности детектора, а также к высокому уровню паразитных ш.умов, что искажает ре: ультаты измерения эффек(Тивности счета и относительных интен сивностей различных элементов при |рентгеноструктурном и рентгеноспектральном анализе и делает такие детек торы непригодными для практического использования (даже если они обладают ВЫСОК1-1М световым выходом) . Известен способ термообработки кристаллов йодистого натрия, активированных таллием, заключающийся в том, что, с целью снятия внутренних напряжений, возникающих при росте кристалла, осуществляют нагрев заготовок до 5.80-600°С и выдерживают при этой температуре в течение 6 ч, затем производят охлаждение со скоростью 15-20 град./ч до 450°С, со скоростью 10 град./ч - до 200°С, а от 200°С до комнатной - при отключенной печи lj . Недостатком этого способа является, то, что детекторы, у которых в качестве основы используются обработа1П ые указанным способом кристаллы, обладают низким значением параметра пик/долина (менее 15) .Это связано с тем что при последующем после термообработки выкалывании криста.ллов из заго товки по плоскостям спайности образу ются дефекты в тонком поверхностном слое сцинтиллятора, приводящие к появлению неравномерного распределения активатора в слое, в котором и проис ходит возникновение сцинтилляций. 32 Наиболее близким к изобретению является способ термообработки детекторов рентгеновского излучения, заключающийся в том, что свежеизготовленные детекторы на основе монокристаллов, йодистого натрия, активированных таллием, выдерживают в течение 6-8 мес при комнатной температуре, что приводит к незначительному улучшению параметра пик/долина 2 . Недостатками известного способа являются большая продолжительность процесса естественного старения и недостаточно высокое значение параметра пик/долина. Цель изобретения - увеличение параметра пик/долина детекторов рентгеновского и мягкого гамма-излучения и сокращение продолжительности термообработки. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термообработки детекторов рентгеновского и мягкого гамма-излучения на основе монокристаллов йодистого натрия, активированных Таллием, включающему отбор детекторов по задаваемому параметру, их нагрев до температуры термообработки, вьщержку и охлаждение, отбор ведут по концентрации активатора (3-4)-10 (2-3) мас.%, нагрев - до 80-90°С, а выдержку осуществляют в тече11ие 4-5 ч. Сущность способа заключается в том, что при концентрации активатора в основе детектора (3-4)-10 мас.% наблюдается низкое значение параметра пик/Долина (:5) вследствие низкого светового выхода. Прогрев таких детекторов по предлагаемому способу не приводит к увеличению параметра пик/ долина, так как при этом остается низкий световой выход и существенен вклад в спектр амплитуд импульсов шумовых сигналов фотоэлектронного умножителя. При концентрации активатора в основе детектора более (2-3) мас.% образуются сложные таллиевые центры в поверхностном слое, которые приводят к появлению послесвечения и, в результате, к низкому значению параметра пик /долина. Термообработка по предлагаемому способу таких детекторов не обеспечивает увеличения параметра пик/долина, поскольку при этом не происходит распад сложных таллиевых центров.

Нагрев детекторов до температуры ниже воС не приводит к существенному увеличению параметра пик/долина, так как при этом вследствие недостаточной скорости диффузионных процессов сохраняется неравномерность распределения активатора по глубине в поверхностном слое кристалла (-10 мкм), в котором происходит поглощение возбуждающего излучения.

Нагрев детекторов выше 90 С недопустим, так как это приводит к разрущению детектора.

Выдержка детекторов при указанной температуре менее 4 ч не приводит к максимальному улучшению параметра пик/долина, так как при этом не обеспечивается равномерное распределение активатора по глубине в поверхностном слое сцинтиллятора, вследствие недостаточного времени для протекания диффузионных процессов. При выдержке детекторов более 5 ч не наблюдается дальнейшее улучшение параметра пик/ долина, поскольку 5-часовой выдержки уже достаточно для получения равномерного распределения активатора по глубине в поверхностном слое сцинтиллятора .

Пример. Отобрано 10 детекторов на основе NaJ(Fe) размером х2 мм с концентрацией активатора 0,07-0,1 мас.. Концентрацию таллия в основе детектора определяют с помощью неразрушающего контроля, методом рентгеновского флюоресцентного анализа.

В соответствии с предлагае1 ым нием детекторы нагревали до вьщерживают при этой температуре течение 4,5 ч, а затем охлаждают

. Наоднойгрев и охлаждение производили с и той же скоростью 2 град/мин.

Спектры амплитудного распределения импульсов снимают до и после термообработки детекторов. По полученным спектрам определяют значение параметра пик/долина. Для проведения измерений используют амплитудный ана Лизатор импульсов типа АИ-256-6, фотоэлектронный умножитель типа ФЭУ-37 с низким уровнем собственных шумов. Возбуждение сцинтилляций осуществляется с помощью радионуклида 55 Fe (5,9 кэВ).

Результаты измерения параметра пик/долина для предлагаемого и известного детекторов представлены в таблице.

Известрещеи

Таким образом, предлагаемый способ термообработки детекторов позволяет увеличить параметр пик/долина в среднем на 83%, при этом время, затраченное на обработку по предлагаемому способу, уменьшается на три порядка по сравнению с известным спо.собом.

СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ДЕТЕКТОРОВ РЕНТГЕНОВСКОГО И МЯГКОГО ГАММАИЗЛУЧЕНИЯ на основе монокристаллов йодистого натрия, активированных таллием, включающий отбор детекторов по задаваемому параметру, их нагрев до температуры термообработки, выдержку и охлаждение, отличающийс я тем, что, с целью увеличения параметра пик/долина и сокращения продолжительности термообработки, отбор ведут по концентрации активатора