Досліджено природу та механізм утворення центрів розсіювання світла (ЦРС) у кристалах NaI і CsI, запропоновано шляхи їх запобігання. Методами оптичної та електронної мікроскопії показано, що домінуючим типом дефектів у смугах захоплення є виділення у вигляді порожнистих стрижнів, які орієнтовані уздовж осі росту. Стрижні утворені газовими каналами діаметром ～ 50 нм, внутрішня поверхня яких покрита полікристалічним нальотом. ЦРС пов'язані з карбонатами натрію та талію тому, що розчинність другої фази у воді є значно меншою у порівнянні з матрицею. Зроблено висновок про гетерогенний механізм утворення таких дефектів. Це припущення узгоджується з даними ІЧ спектроскопії щодо локального оточення іонів карбонату в смугах захоплення та у регулярній гратці. Досліджено вплив умов сушки сировини на утворення ЦРС, теплові умови росту кристалів та їх якість.

Розроблено технологічний процес створення однорідних полікристалів Nal(Tl) великої площі та одержання на їх основі високоякісних детекторів для візуалізації гамма-зображення для систем однофотонної емісійної комп'ютерної томографії (ОФЕКТ). Основними етапами одержання сцинтиляційних детекторів великої площі є: пресування великогабаритних монокристалів за підвищених температур, порізка та фінішне оброблення кристала з наданням зразку високої однорідності розподілу світлового виходу. Для створення матеріалу з однорідними сцинтиляційними характеристиками вдосконалено спосіб високотемпературного деформування. Визначено структурну неоднорідність кристала, що викликана особливостями пластичного плину та напружено-деформованого стану. Виявлено оптимальні умови застосування методу багаторазових повторних релаксацій, які забезпечують фізичну цілісність матеріалу великої площі. Для формування заданої функції розподілу світла по всій поверхні детектора виявлено, що зміна методу оброблення поверхні кристала дозволяє варіювати шириною функції розподілу світла в межах до ЗО мм. Використання матеріалів з різними коефіцієнтами відбиття забезпечують зміну величини виходу світла з периметру детектора від +12 % до -6 % у порівнянні зі середньостатистичним виходом світла в центральній області детектора.

З'ясовано механізми релаксації енергетичних збуджень в кристалах NaI та СsI, як нелегованих, так і со-допованих іонами талію та європію. Показано, що в СsI:Еu і NaI:Еu кристалів при низьких температурах (<100 К), коли дірки автолокалізуються й утворюються АЛЕ, передача енергії від автолокайзовані екситони (АЛЕ) до центрів Еu відбувається за рахунок реабсорбції. При кімнатній температурі для NaI:Еu, аналогічно з NaI:Т1, процес передачі енергії має рекомбінаційний характер, а саме, це пов'язано з послідовним захопленням носіїв заряду активатором. У випадку СsI:Еu перенесення енергії від решітки до активатора є дуже слабким при кімнатних температурах. Механізми передачі енергії від Т1 до Еu центрів в NaI також розглянуто. Показано, що світловий вихід кристалів NaI:Т1, Еu вище на 10 - 15 % в порівнянні з NaI:Т1. Со-допування іонами ТІ та Еu дозволяє змінювати спектрально-кінетичні характеристики та підвищити сцинтиляційну ефективність матеріалу.

Обгрунтовано шляхи удосконалення детекторів складних геометричних форм на основі кристалів йодидів натрію й цезію. Розроблено кремнійорганічні композиції для створення оптичних контактних (ОКП) та захисних покриттів (ЗП) з новими функціями та поліпшеними експлуатаційними властивостями. Запропоновано нові способи обробки поверхні кристалів з урахуванням технологічних операцій склеювання та нанесення покриттів. Показано, що спектрозміщуючі ЗП на поверхні сцинтиляторів у формі зрізаних гексагональних пірамід CsI й призм CsI:TI поліпшують енергетичне розділення, осьову неоднорідність виходу та забезпечують їх стабільність під час експлуатації. Розроблено новий сопосіб корегування осьової неоднорідності світлового виходу сцинтиляційних модулів CsI та CsI:TI за допомогою ЗП. Встановлено, що розроблені ОКП забезпечують поліпшення експлуатаційних характеристик сцинтиляторів NaI:TI великої площі для медичних гамма-камер та з більшим відношенням висоти до діаметра для геофізичної апаратури. Показано, що розширення функцій ОКП та поліпшення їх експлуатаційних властивостей дозволило створити нові конструкції комбінованих детекторів для радіоекологічних досліджень з меншим фоновим випромінюванням та більш високим світловим виходом.

Розроблено науково-технологічні засади модифікації поверхні кристалів CsI, CsI:Tl, CsI:Na і NaI:Tl для корегування їх сцинтиляційних характеристик. Показано, що основний внесок у власне розділення сцинтилятора здійснює складова, взаємопов'язана з неоднорідністю коефіцієнта світлозбору, а не відома раніше непропорційність електронного відгуку енергії. Доведено можливість і ефективність конвертування люмінесценції кристалів CsI, CsI:Na і CsI:Tl в область більшої чутливості фотоприймачів з використанням плівкових конверторів. Показано, що модифікація відбивальних поверхонь кристалів з метою спрямованого змінювання коефіцієнта збирання світла за рахунок впливу на показники заломлення та поглинання кристала до конвертованого світла сцинтиляцій, а також на дзеркальність відбивних поверхонь є ефективним методом покращання спектрометричних характеристик сцинтиляторів незалежно від їх геометричних розмірів. Базуючись на використанні розроблених кремнійорганічних спектрозміщувальних покриттів і адаптованої до них обробки поверхні кристалів, запропоновано новий метод вирівнювання осьової неоднорідності світлового виходу, який значно покращує енергетичне розділення кристалів CsI, збільшує вихід швидкого компонента сцинтиляцій та його значущість у сумарному виході. Показано, що нанесення плівкових конверторів на відбивні поверхні кристалів CsI:Tl дозволяє суттєво зменшити осьову неоднорідність світлового виходу та покращати енергетичне розділення. Обгрунтовано необхідність нанесення захисних покриттів після релаксації спотвореного шару кристалів CsI. Показано, що для сцинтиляторів

Досліджено метод модифікації теплофізичних характеристик кристалів і розплавів CsI:Tl і NaI:Tl за рахунок легування. Встановлено закономірності впливу домішкового складу матеріалу на стабільність процесу росту великогабаритних кристалів, швидкість кристалізації й якість монокристалічних злитків, одержаних методом витягування з розплаву на затравку. Показано, що введення в кристал і розплав домішок, що поглинають теплове випромінення, дозволяє збільшити інтенсивність тепловідводу від фронту кристалізації за рахунок збільшення радіаційної складової, за цього підвищується аксіальний температурний градієнт біля фронту кристалізації та температура в об'ємі та на поверхні розплаву. Доведено, що найпридатнішими для нього є іони <$Eroman...>. Таке легування кристала в діапазоні концентрацій від <$Eroman...> дозволяє зменшити ризик появи паразитної кристалізації на тиглі, уникнути формування плоского чи вгнутого у бік кристала фронту кристалізації та збільшити швидкість витягування злитків на 30 %. Показано, що в якості критерію, який дозволяє оцінити перебіг процесів тепломасообміну у разі вирощування, може використовуватися динаміка зміни температури керувального нагрівача. Розроблено та впроваджено систему керування ростовою установкою, що має високі експлуатаційно-технічні характеристики. Визначено вплив технічних і технологічних факторів на точність роботи системи керування діаметром зростаючого кристала.

Описаны новые сцинтилляторы на основе лютеция, сочетающие высокую эффективность регистрации, большой световой выход и быстродействие. Приведены сравнительные спектрометрические характеристики для ряда кристаллов, измеренные с фотоумножителем и лавинным фотодиодом. Рассмотрены тонкие монокристаллические пленки на основе активированных оксидных кристаллов для радиоизотопного и биологического мониторинга. Проанализированы сцинтилляционные свойства сцинтилляторов NaI(Tl), CsI(Tl), BGO, PbWO4 и определяющие их электронные процессы.

Иодидные комплексы Pt<^>II в растворе ацетона реагируют с избытком CH3I и стехиометрическим количеством метилпропиолата (МР) путем окислительного присоединения CH3I и иодплатинирования тройной связи алкина с образованием [Рt<^>IV(НС=СI - C(O)OMe)(Me)I3]<^>-. Региоселективность иодплатинирования здесь формально противоречит правилу Марковникова: атом Pt образует sigma-связь с терминальным С-атомом исходного алкина. При избытке МР имеет место обратимое иодплатинирование второй молекулы алкина с образованием метил-дивинильного производного Pt<^>IV. Присоединение к атому Pt второй молекулы МР осуществляется в соответствии с правилом Марковникова более электрононасыщенным интернальным атомом углерода.

Встановлено, що для NaI(TI) важливе значення мають процеси гідратації, дегідратації та перекристалізації головної речовини. Досліджено, що на відміну від NaI(TI) у кристалах CsI та CsI(Na) після механічної обробки поблизу вільної поверхні утворюється шар зі збільшеною сцинтиляційною ефективністю, який трансформується в мертвий. Показано, що глибина шару залежить від орієнтації та способу вхідної поверхні. Розроблено методику контролю працездатності детектора в процесі експлуатації в основу якої покладено зміну спектрів люмінесценції. Запропоновано спосіб виготовлення детектора з ефективним дифузійним відбивачем. У кристалів CsI(Na) виявлено збільшення значення <$Eeta> поблизу поверхні після полірування, пов'язане з утворенням дивакансій. Визначено скорочення тривалості сцинтиляцій <$Etau> для квантів низьких енергій збудливого випромінювання (малих d). Даний ефект пояснює зростання <$Eeta> зі зниженням енергії для стандартно упакованих детекторів. Виявлено кореляцію між енергетичним розділенням детекторів та нелінійністю виходу відносно енергії <$Eeta>(E) в області 5,9 - 60 кеВ. Запропоновано підхід до розв'язання проблеми обмеження власного розділення. Даний підхід покращує розділення шляхом керування ступенем непропорційності, що розглядається як осьова неоднорідність сцинтиляційної ефективності.

  Скачати повний текст

Індекс рубрикатора НБУВ: В372.5,022

Рубрики:

Поверхневі явища у твердих тілах

Шифр НБУВ: РА321314 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Установлено рівень, на якому стабілізується загальний вміст органічної речовини в чорноземі опідзоленому, коли культури польової сівозміни тривалий час не удобрюються, та доведено досить значний вплив кислотності грунту на кількісні зміни лабільних власне гумусових речовин. Уперше, з використанням розчину NaI, вивчено кількісні характеристики негуміфікованих органічних решіток та уточнено особливості трансформації фракційних складових органічної речовини чорнозему опідзоленого після тривалого застосування добрив у польовій сівозміні. З'ясовано вплив систематичного застосування добрив на засміченість чорнозему опідзоленого насінням бур'янів і забур'яненість посівів озимої пшениці. Вивчено стан заселеності чорнозему опідзоленого дощовими черв'яками й уточнено характер змін окремих показників біологічної активності грунту під впливом тривалого застосування добрив. Досліджено закономірності зміни кислотності та поживного режиму чорнозему опідзоленого й урожайності та якості продукції культур польової сівозміни під дією різних систем удобрення та насиченості добривами в сівозміні. Визначено дози й обгрунтовано систему застосування добрив, які забезпечують стабільні, економічно виправдані врожаї сільськогосподарських культур для даного регіону та типу грунту.

Проведено комплексне дослідження процесів росту довговимірних (до 600 мм) кристалів CsI(Na), CsI(Tl) діаметром до 300 мм і NaI(Tl) діаметром до 500 мм, вирощених за безперервного методу на установках "РОСТ". Виявлено ідентичні закономірності утворення об'ємних дефектів кристалічної структури. Показано, що теплообмін у ростовій печі складається з трьох стадій. Визначено вплив конденсату розплаву на загальний теплообмін та показано можливість управління кількістю конденсату на поверхні кристалу шляхом зміни швидкості росту та складу газової атмосфери у ростовій печі, що дозволяє керувати формою фронту кристалізації у процесі росту. Виявлено, що у разі вирощування зливків максимального діаметра без додаткової корекції температури бічного нагрівача концентрація активатора збільшується за довжиною кристалу, що зумовлено збільшенням об'єму частини кристала, що занурена в розплав, через зростаючий теплопереніс від бічної поверхні кристала до периферичної кільцевої ємності тигля. Експериментально встановлено зв'язок температурноії інерції системи нагрівач - тигель - кристал з габаритами кристала, що росте. Розроблено та впроваджено у виробництво для вирощування довговимірних кристалів нову двоконтурну систему автоматичного керування процесом вирощування та новий алгоритм керування діаметром кристалу з обмеженням температури донного нагрівача відповідно до стадій росту. Встановлено оптимальні параметри вирощування, що дозволяють одержувати монокристали для виготовлення з них сцинтиляторів довжиною до 550 мм і покращаною на 25 % енергетичною роздільною здатністю (R = 6,9 %).

The types of crystal structure defects (CSD) and the formation causes thereof in CsI(Na), CsI(Tl), and NaI(Tl) crystals of 290 to 520 mm diameter are considered. It has been shown that the CSD of impurity capture type are formed mainly due to disturbed crystallization equilibrium caused by a sharp change in the heat transfer from the growing crystal to water-cooled growth furnace walls. In the ROST units of two generations differing in size and thus in the growing crystal dimensions, this occurs at the height of the crystal cylindrical part of 50 and 70 mm, respectively. The CSD in the form of a local deterioration of the crystal transparence can arise at any crystal height after its exit from the crucible. Those are due to local changes in the crystallization front (CF) shape caused by the temperature variation rate of the controlling heater exceeding the permissible one. This process is accompanied by the crystal diameter increase and acceleration of the crystal linear growth at the CF.

A method is proposed to obtain large area crystal plates using direct crystallization in garnissage that makes it possible to omit the deformation stage of cylindrical crystal obtained by other techniques, thus shortening considerably the process duration. The technology provides the growing of crystal plates with any perimeter shape and of other substances.

Досліджено вплив <$E roman OH sup -> і <$E roman CO sub 3 sup 2-> іонів на теплові умови росту великорозмірних кристалів NaI:Tl та їх якість. Показано, що вихідна сіль йодиду натрію, що піддана тривалій дегідратації за кімнатної температури у вакуумі, дозволяє одержувати кристали без домішок <$E roman CO sub 3 sup 2-> і <$E roman OH sup ->. У спектрах інфрачервоного поглинання вирощених кристалів не спостерігаються смуги <$E roman CO sub 3 sup 2->, а на кривих ТСЛ відсутні піки, пов'язані з запасанням на F-центрах. Виготовлені детектори характеризуються відсутністю хвилинного післясвітіння і не змінюють фонову швидкість рахування після опромінення дозою 50 рад. Покращання теплової стабільності процесу вирощування кристалів із підживленням розплавленою сировиною, що містить іони <$E roman CO sub 3 sup 2-> і <$E roman OH sup ->, пояснено помітною зміною теплофізичних властивостей розплаву та кристала за присутності цих домішок.

Сцинтиляційні монокристали CsSrCl3, активовані домішками Eu<^>2+ 0,5, 1 і 5 мол. %, і SrCl2: 1 мол. % Eu<^>2+ вирощено з розплаву за допомогою методу Бріджмена - Стокбаргера. Спектри радіолюмінесценції CsSrCl3:Eu<^>2+ мають одиничний вузький пік з максимумом, положення якого зміщується від 437 до 448 нм залежно від концентрації активатора, у випадку матеріалу SrCl2:Eu<^>2+ максимум спостерігається за 414 нм. Світловихід CsSrCl3:Eu<^>2+ досягає максимального значення за 5 мол. % Eu<^>2+ і складає 39 % відносно NaI:Tl (близько 16 000 фотонів/МеВ) за енергетичного розділення R = 11,5 %, для SrCl2:1 мол. % Eu<^>2+ світловихід дорівнює 30 % (близько 12 000 фотонів/МеВ) і R = 9,2 %. Криву загасання сцинтиляційного імпульсу для CsSrCl3:Eu<^>2+ можна описати двома компонентами з константами загасання 420 нс і 2,8 мкс і часткою швидшого компонента 0,3.

За допомогою методу Бріджмена - Стокбаргера вирощено сцинтиляційні монокристали на основі броміду ітрію, активованого домішками 0,5, 1 і 2 мол. % Ce<^>3+. Спектри радіолюмінесценції цих матеріалів містять асиметричний пік з максимумом за 422 нм, обумовлений перекриванням двох піків із максимумами за 418 и 456 нм. Криву загасання сцинтиляційного імпульсу одержаних монокристалів можна описати з використанням двох компонент - 36 и 460 нс, частку швидкої компоненти оцінено, як 0,79. Залежність світловиходу YBr3:Ce<^>3+ від концентрації активатора проходить через максимум за 1 мол. % Ce<^>3+, максимальне значення світловиходу дорівнює 43 % у відношенні до NaI:Tl (приблизно 17 000 фотонів/МеВ).

Досліджено вплив активатора <$E C> та пластичної деформації на змінення форми загасання <$E gamma>-сцинтиляцій кристалів CsI - Na та вкладу інтегральної інтенсивності повільної компоненти в інтегральну інтенсивність загасання сцинтиляційного імпульсу за ефективний час <$E tau sub gamma>. Крім того, досліджено вплив <$E C> на змінення спектрів збудження свічення 415 нм цих кристалів у області поглинання активаторних центрів (АЦ) (244 нм) і центрів вакансійної природи (ЦВП) (239 нм), а також на змінення внутрішньоцентрового часу висвічування вказаних центрів. Показано, що у фото- та <$E gamma>-сцинтиляціях кристалів CsI - Na приймають участь як АЦ, так і ЦВП. У <$E gamma>-стинциляціях за компоненту <$E tau sub 1> головним чином відповідають АЦ, у той час як ЦВП відповідають за компоненти <$E {tau sub 1} prime> = 460 нс і <$E tau sub 2> ~ 2 мкс. У цьому випадку скорочення <$E tau sub gamma> від 770 нс до 560 нс за зростання <$E C> від <$E 2~cdot~10 sup -3> мол. % NaI до <$E 3~cdot~10 sup -2> мол. % NaI та після пластичної деформації кристалів (<$E epsilon~=~5~%>) у напрямку осі <$E <<111>> > від 570 нс до 480 нс зумовлено зменшенням кількості ЦВП. Обговорено механізми <$E gamma>-сцинтиляцій кристалів, які вміщують АЦ та ЦВП, а також зменшення кількості ЦВП.

Показано, що взаємодію поверхні кристалів NaI(Tl) з вологою можна описати трьома процесами: гідратацією, квазірівноважним станом та дегідратацією. Дегідратована поверхня є текстурованим полікристалічним шаром, який вміщує кристали основної фази NaI, скупчення другої фази (TlI) та невелику кількість домішки NaOH. У результаті прогріву в атмосфері CO₂ можна знизити вміст NaOH у приповерхневому шарі та використати його як ефективний дифузний світловідбивач.

Відомо, що світловихід L не є пропорціональним енергії електронів E для багатьох сцинтиляційних матеріалів у разі збудження зовнішніми <$E gamma>-квантами. У протилежність цьому, L є пропорціональним E для внутрішніх джерел радіації. Показано, що це протиріччя можна усунути, якщо непропорціональність виходу розглядати як сумарний ефект двох чинників. По-перше, тривалість сцинтиляцій скорочується зі зменшенням енергії квантів, що призводить до збільшення вимірюваної величини L/E у випадку фіксованого часу формування сигналу. По-друге, наявність мертвого шару спричиняє гасіння люмінесценції поблизу поверхні кристала. У разі такого підходу непропорціональність виходу трактується як осьова неоднорідність сцинтиляційноі ефективності залежно від глибини H проникнення радіації. Показано, що провал на залежності L/E vs Е поблизу К-краю поглинання йоду, де H змінюється стрибком на порядок, зникає на залежності L/E vs H.

Зазначено, що енергія рентгенівського випромінювання, що реєструється детекторами на основі NaI(Tl), є незначною (5 - 60 кеВ), тому одержання максимального світлового виходу є особливо важливим. Вивчено фактори, які сприяють збільшенню світлозбору у таких детекторах. Для цього змодельовано процес світлозбору й експериментально досліджено за різних технологічних і конструкційних особливостей виготовлення таких детекторів. Виявлено, що експериментальні результати підтверджують дані розрахунку, проведеного з використанням моделювання.