Способ определения годности сцинтилляционного материала на основе кристаллов Советский патент 1993 года по МПК G01T1/202 

Изобретение относится к регистрации ноинзируклцего излучения и может быть использопано для определения годности сциитилляционного материала для изготовления детелторой ионизи™ рующего излучени й па основе кристаллов NaJ(Tl).

Цепь изобрет«1гая упрощение способа путем исключения непроизводй- тельных затрат iia изготовление детекторов-ионизирующего излучения иа Основе кристаллов NaJ(Tl) из выращенной кристаллической були.

Согласно изобретению из выращеннйх кристаллических буль йодийтог.о натрия активированного галлием, с введенными йодат-ионами для получения радиационно прочных детекторов, работоспособных в широкой области температур, в отобранных пробах определяют содержание таллия и йодат-ионов и в соответствии с экспериментально установлен- ной зависимостью интенсивности пиков термостимулированной люминесценции от содержания таллия и йодат-ионов судят о степени пригодности материала для получения определенйого типа детекторов.

. При содержании:

таллия . -

3-10 нас.доли мае.доли % . и йодат ионов

.-5

. 6-10 мае.доли % iJO,1, 4 10 мае.

35

45

доли %

материал (кристаллическая буля) при- годен для изготовления радиационнопрочньк детекторов, работоспособных в широкой области температур 233- .«

зззк-,

при содержании: таллия

.доли 2, мае. - доли % йодат-ионов

6 10 мас.доли % J05 1,А 10 мае. доли %материал пригоден для изготовления радиациокно прочных детекторов, ра- бртоспособных при комнатной темпера- Туре. ,

.

При отсутствии в кристаллической буле йодат-ионов, но при наличии таллия 3-10 нас .доли %. Т1 2 10 мае. доли % материал пригоден для изготов- ленил детекторов ионизирующего излучения общего назначении.

0/

5

5

«

-

Впервые экспериментально установлена СВЯЗЬ соотношения содержания таллия и йодат-ионов с радиационной прочностью детекторов, работоспособных в определенном температурном диапазоне.

Дефекты, созданные радиацией в кристаллах NaJ(Tl), исследовали методом термостимулированной люминесценции (тел). Кривые тел, измеренные в широком температурном интервале, Дают наглядное представление о полном спектре уровней захвата и влиянии разнообразных факторов на это распределение. Установлено, что основной вклад в запасание светосуммь детекторов на основе кристаллов NaJ(Tl), а значит и увеличение фоновой скорости счета в области комнат- ньпс температур вносят электронные центры окраски (Р-центры) различной устой швости с температурой разру-. шения , и 313 К, а в облас-. тй 240 К в запасание светосуммы вНо- сят вклад активаторпые центры окраски ,раздичнг к структур с температурой разрушения в области 240 К: Tl (236 К) и тг У (251 К) (фиг.Г,1).

Для получения детекторов, радиа- ционно прочных в широкой области температур (213-333 К), при выращивании кристаллов необходимо еоздать условия, обеспечивающие снижение уровня образования дефектов, стимулирующих

возникновение электронных центров окраски (F - ц) с температурой разру- шения 295 и 313 К и актива- торных центров окраски различных структур е температурой разрушения. . в области 240К,

-.. I

Впервые экспериментально установлено, что, при содержании йодат-иоиов в диапазоне 1,4-Ю мае.доли % пики тел п областях 251, 295, 313К отсутствуют, а интенсивность пика 236К уменьшается в несколько раз (фиг.1,3). При содержании йодат- ионов выше 1,4-10 мае.доли % Снижается после,свечепие. При этом изменение фоновой сксроети света (uN имп/с) при 233К остаетея в пределах ТУ, однако световыход детекторов падает из- за увеличения миграционных потерь возбуждающего излучения и ухудшения прозрачноетн кристаллов к активатор- ному свечению. Что же касается содержания таллия, то предел 3-10 мае.доли % ограничен величиной световыхода детекторов NaJ(Tl): при содержании Т1 3 1СГ мае .доли % резко падает свётовыход детекторов. При содержании таллия более 6-10 мае.доли % при том же еодержании йодат-ионов увели- .чиваетея интенсивноеть пика ТСЛ в области 251К и соответственно запасание светоеуммы и изменение фоновой Ю скорости счета &N имп/л при 2331(5 200 имп/с (по ТУ на детекторы СДН-43 . 200 имп/е) .Таким;образом,при содер- жании таллия и йодат-ионов в установленных пределах: t5

.6 ,доли ,i 10 мае,до- ли %

Пример 1. Из пыращопной кристаллической були размерами 90x120 мм отбирают две пробы: № 1 и № 2

-определяют содержание йодат-ионов на спектрофотометре 1ГР 20 (или ИКС-22)

№ 1 - 810 мае.доли % 2 - 1,.доли %

-методом лазерного микроспектрального анализа определяют содержание таллия в НИХ

№ 1 - 3,9-10 мае,доли %,

2

10 мае, доли № 2 - 5,8 мае.доли

З Ю мае.доли %Л1.6-10 мае.доли %, : вся кристаллическая булЯ пригодна для изготовления радиационно прочных Детекторов (СДН-43), работоспособных в области температур 213-ЗЗЗК,

Если содержание таллия превышает 6-10 мае .доли %, но не вьппе 2,1 «10 мас,долй %, а содержание йодат- иЬнов остается в тех же пределах, растет интенсивность пика ТСЛ в области 240К, в то время как пики ТСЛ в области 295 и 313К отсутствуют (фиг.1,2). Данный материал пригоден для изготовления радиадионно прочных детекторов, работающих при комнатной температуре (, ).

Если при нарушении технологического процесса в кристалл1Меской буле отсутствуют йодат-ионы, а содержание таллия находится в рассматриваемых

пределах:

3 10 мае .доли % Т1 i2,1 лн %,

и спектре ТСЛ наблюдаются интенсивные пики в областях 240,295,313К (фиг.1, 1). Материал пригоден дтш изготовления детекторов ионизирунлцего излучения общего назначения, для которых не требуется радиационная прочность, а необходимы топько световой выход и энергетическое разрешение

Спектр термостимулированной люминесценции соответствует, (фиг,1,3). Вся кристаллическая буля пригодна для изготовления радиаи(ионно прочных . детекторов , работоспособных в широкой 20 области температур (), соот- ветствующих ТУ с большим запасом (AN и 200 имп/с при 233К) , j Таким образом, из кристал1сической були размером 90x120 мм изготовили 26 11 детекторов СДИ-43 размером 63x5 мм Технологические отходы составили 3%. Пример 2. Содержание йодат- ионов в выращенной кристалличеекой буле осталось в тех же пределах 30 8 «10 мае.доли ,.дo- . ли %, а содержание таллия увеличилось до 2,1 10 мае.доли %. Спектр термостимулированной люмииесцен1дии соответствует (фиг.1,2). Вся кристал- 35 лйческая буля пригодна для изготовления радиационно прочных детекторов, работоспособных при комнатных темпе- . ратурах СЗООК) (, ). , . Из каждой кристаллической були 10 мае.до- 40 размерами 90x120 мм изготовили два детектора 30x63 мм и один детектор 30x90 мм. В таблице приведены характеристики детекторов , размерами 30x63 мм по одному 4б-из каждой були.

Пример 3. При нарушении технологического процесса в выращенной кристаллической буле отсутстпуют йодат-ионы, а содержание таллия на50

мае .доли %

ходится в пределах 3-10 Т1 «;. 2, мае .доли %.

Спектр термостимулироБапион люми- несценц1щ соответствует (фиг.1,1). Вся кристаллическая буля пригодна

Следует отметить, что впервые введен контроль за содержанием йодатг Ионов и таллия в отобранных пробах и впервые установлена связь сортногае- gg для изготовления детекторов общего ния содержания таллия и йодат-ионов назначения, для которых но требуется с радиационной прочностью детекторов, радиационная прочность (РП), я только работрспособных в определенном тем- спектрометрия: энергетическое р.тэре- пературном диапазоне.шение и световой выход (К„. ,%, Счесе)

Пример 1. Из пыращопной криталлической були размерами 90x120 мм отбирают две пробы: № 1 и № 2

-определяют содержание йодат-ионов на спектрофотометре 1ГР 20 (или ИКС-22)

№ 1 - 810 мае.доли % 2 - 1,.доли %

-методом лазерного микроспектрального анализа определяют содержание таллия в НИХ

№ 1 - 3,9-10 мае,доли %,

2

10 мае, доли № 2 - 5,8 мае.доли

Пример 3. При нарушении технологического процесса в выращенной кристаллической буле отсутстпуют йодат-ионы, а содержание таллия на0

мае .доли %

ходится в пределах 3-10 Т1 «;. 2, мае .доли %.

Спектр термостимулироБапион люми- несценц1щ соответствует (фиг.1,1). Вся кристаллическая буля пригодна

g для изготовления детекторов общего назначения, для которых но требуется радиационная прочность (РП), я только спектрометрия: энергетическое р.тэре- шение и световой выход (К„. ,%, Счесе)

Таким образом, предлагаемьк способ определения годности сцинтилляциоино- го материала на оснЬве кристаллов NaJ(Tl) для изготов-пення детекторов g Ионизирующего излучения исключает непроизводительные затраты на изгото а- ление детекторов и позволяет .использовать все выращенные кристаллические були для изготовления детекторов on- ю ределенного типа.

Формула изобретения

1. Способ определеш я годности сцинтилляционного материала на основе t5 кристаллов NaJ(Tl) для изготовления детекторов ионизирующего излучения, включаю1 щй оценку годности по соответствию, установленным параметрам характеристик отобранных проб, о т20

л и ч а К) щ и и с я тем, что, с цё- лькг упрощения путем исключения иепроиздодительных затрат на изготовление детекторов из кристаллической булИ йодистого натрия с йодат-ионами и активированного таллием, в отобранных .пробах определяют содержание таллия , и йодат-ионов, пр предваритель- ио построенной зависимости иитенсИв- нoctи пиков термостимулированной люминесценции от содержания таллия и йодат-ионрв судят о степени пригодности материала ;у1я получения определенного типа детекторов,

2, Способ По П.1, о т л и .4 а 1о- щ и и с я тем, что при содержании таллия .доли % Т1 с . Доли %, йодат-ионов 6 .доли % Jo,; 1,4 10 мае.доли % материал считают пригодным для изготовления ра- диационно прочных детекторов, работоспособных в широкой области температур

5

0

тем,

.доли % Т1 «iZ,-. ,, йодат ионов 6

м-;

5

0

3. Способ по П.1, отличи .ю- , щ и и с я , что при содержании .таллия 3

.

х 10 мае .доли

10 мае .доли % 0-. 1,4 .доли % материал пригоден для изготовления радиационно прочных детекторов, работоспособных при комнатйой температуре. ,

1

4, Способ по П.1, отличающийся тем, что при содержании таллия 3 10 мае. доли % Т1 2,1 10 мае : доли % и отсутствии йодат-ионов мате- риал пригоден для изготовления детекторов ионизирзпощего излучения общего . назначения.

Изобрете1ше относится к регистрации ионизирующего излучения и может быть использовано в азрокосмическом и радиационном приборостроении, а также в геологии и ядерной физике. Цель изобретения -.исключение непро- извйдительных затрат на изготовление детекторов и обеспечение промьйпленйос- ти безотходным производством получения .сцинтшшяционных детекторов. Способ определения годности сцинтилляционно го материала на основе кристаллов Йодистого натрия, активированного тйл- лием с введенными йодат-ионаки для получения радиационнопрочных детекторов, работоспособных в широкой области температур, состоит в том, что в, отобранных пробах определяет содержание талли 1 и йодат-ионов и по предварительно построенной зависимости ий- тенсйвности пиков термостимулиройан- ной лю№1несценции от содержания таллия и йодат-ионов судят о степени пригодности материала в качестве ис йодного для получения определенного типа детекторов. 3 з.п. ф-лы, 1 1Ш. (Л

ту

не менее 0,1 УЕСВ

не более 45%

0,16 0,15 6,17 0,18 0,17

25 26 29 26

27

Т а б л и ц а 1

не более 100

не более 200

О 8 7 О О

О О О О

О

8 Продолжение табл.1

Таблица2

ТУ-06-26 70-78

С

Те

ТаблицаЗ

1,9

11

ISO гтд tao