Контроль працездатності детектора в процесі експлуатації, в основі якої зміна спектрів люмінесценції. Спосіб виготовлення детектора з ефективним дифузійним відбивачем. Утворення дивакансій як додаткового центру свічення в CsI(Na) при ковзанні дислокацій.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИРобота виконана у Науково-дослідному відділенні лужногалоїдних кристалів з дослідним виробництвом Науково-технологічного концерну “Інститут монокристалів” НАН України Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Кудін Олександр Михайлович, Науково-дослідне відділення лужногалоїдних кристалів з дослідним виробництвом Науково-технологічного концерну “Інститут монокристалів” НАН України, старший науковий співробітник Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Дубовик Михайло Федорович, Інститут монокристалів Науково-технологічного концерну Інститут монокристалів” НАН України, старший науковий співробітник; доктор фізико-математичних наук, доцент Мацокін Вадим Павлович, Харківський національний університет ім. Захист відбудеться “20” листопада 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.169.01 Інституту монокристалів Науково-технологічного концерну “Інститут монокристалів” НАН України за адресою: 61001, м.Зроблено висновок, що для кристалів NAI(Tl) після стандартної обробки вхідної поверхні МШ утворюється завжди, за винятком випадку, коли вхідна поверхня - відкол. Глибина МШ як у NAI(Tl), так і в CSI(Na) порівнянна з глибиною проникнення g-квантів низьких енергій і пробігом а-частинок і складає ~20-40 мкм (на відміну від кристалів CSI(Tl), де глибина МШ - порядка частки мікрона). До утворення МШ можуть приводити: відтік носіїв заряду з глибини кристалу на поверхню, де їх безвипромінювальна рекомбінація стимулює радіаційно-хімічні реакції; зміна фізико-хімічного складу приповерхневих шарів, повязана з дифузією активатора на поверхню, що також припускає наявність полегшених механізмів дифузії через наявність ПШ; При дегідратації відбувається кристалізація розчиненої речовини і на поверхні кристалу утворюється напівпрозора “кірка” білого кольору, товщиною якої можна легко керувати за допомогою зміни часу гідратації.1.Процеси взаємодії води з поверхнею кристалів NAI різноманітні і результат залежить від ступеня гідратації. Якщо ступінь гідратації незначний і вода на поверхні представлена адсорбованими моношарами, то характеристики детектора в обуємі не змінюються. Якщо ступінь гідратації досить великий і вода на поверхні утворює рідку фазу, основну роль відіграють процеси розчинення і кристалізації. Адсорбована вода у вигляді молекул або моношарів трансформується в результаті радіаційно-хімічних реакцій у NAIO3, що призводить до поступового зникнення мертвого шару. 4.Показано, що полікристалічний шар, який виникає на поверхні кристалів NAI(Tl) в процесі дегідратації, може бути успішно використаний як ефективний дифузійний відбивач, а його відбивну здатність можна поліпшити обробкою в реакційній газовій атмосфері.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1.Процеси взаємодії води з поверхнею кристалів NAI різноманітні і результат залежить від ступеня гідратації. Якщо ступінь гідратації незначний і вода на поверхні представлена адсорбованими моношарами, то характеристики детектора в обуємі не змінюються. Характерним проявом такої ситуації є утворення мертвого шару. Якщо ступінь гідратації досить великий і вода на поверхні утворює рідку фазу, основну роль відіграють процеси розчинення і кристалізації. У цьому випадку за погіршення обємних характеристик сцинтилятору відповідальна неоднорідність оптичних властивостей, що виникає внаслідок формування гідратованої поверхні.
2.Мертвий шар у NAI(Tl) сформований вже на стадії виготовлення детектора. Адсорбована вода у вигляді молекул або моношарів трансформується в результаті радіаційно-хімічних реакцій у NAIO3, що призводить до поступового зникнення мертвого шару. Процес можна прискорити термічною стимуляцією хімічних реакцій шляхом низькотемпературного відпалу детекторів.
3.Зміну спектрального складу люмінесценції на користь свічення складних активаторних центрів (Tl )n запропоновано використовувати як інструмент контролю працездатності детекторів у процесі експлуатації.
4.Показано, що полікристалічний шар, який виникає на поверхні кристалів NAI(Tl) в процесі дегідратації, може бути успішно використаний як ефективний дифузійний відбивач, а його відбивну здатність можна поліпшити обробкою в реакційній газовій атмосфері.
5.На відміну від NAI(Tl), у монокристалах CSI(Na) мертвий шар утворюється не відразу, а поступово, з характерним часом близько 4 днів за нормальних умов. Кінетика його утворення має експоненціальний характер і не залежить від вологості повітря. Остання впливає лише на рівень, до якого відбувається падіння а-виходу.
6.Механізм утворення мертвого шару в CSI(Na) двохстадійний. На першій стадії відбувається розпад пересиченого розчину власних точкових дефектів (характерний час процесу близько чотирьох днів), на другій - розпад твердого розчину натрію (6 місяців і більш). Місцями розпаду на другій стадії є вакансійні кластери, що утворилися в результаті першої стадії.
7.Типові залежності питомого світловиходу від енергії є результатом сумарного впливу ефектів: скорочення тривалості сцинтиляцій зі зменшенням глибини проникнення випромінювань і мертвого шару. Залежно від матеріалу сцинтилятора й умов експерименту, збільшення виходу викликане: скороченням t, збільшенням числа центрів свічення, наприклад, у CSI(Na) або тільки скороченням t - наприклад, у NAI(Tl) із вхідною поверхнею у вигляді відколу.
8.Між ступенем непропорційності і розділенням детектора спостерігається чітка кореляція - розділення мінімальне при мінімальному ступені непропорційності навіть в межах низьких енергій, де, за теоретичними уявленнями, внесок непропорційності є нехтовно малим. Показано, що зміною умов світлозбирання можна зменшити ступінь непропорційності і поліпшити енергетичне розділення.
9.Непропорційність виходу відносно енергії електронів не можна розглядати як фундаментальну властивість вивчених у роботі сцинтиляторів, тому що і ступінь непропорційності, і її знак значною мірою визначаються типом відбивача, концентрацією центрів свічення, кристалографічною орієнтацією вхідної для випромінювань поверхні, а також обраним часом формування сигналу.
У додатку наведена методика контролю працездатності детектора NAI(Tl) у процесі експлуатації.
Список литературы
1. Розенберг Г.Х., Выдай Ю.Т., Птицын Г.В., Чайковский Э.Ф. Кинетика распада твердого раствора NAI вблизи поверхности кристаллов CSI // Изв. АН СРСР, сер. физ. -1977. - Т. 41, №11. -С. 2365-2368.
2. Гринев Б.В., Семиноженко В.П. Сцинтилляционные детекторы ионизирующих излучений для жестких условий эксплуатации. - Харьков: Основа, 1993. - 155 с.
3. Leutz H., DAMBROSIO C. On the Scintillation Response of NAI(Tl) Crystals // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1997. -V.44, No.2. - P. 190-193.
4. Vasetsky S.I., Gershun A.S., Gres V.Yu., Kudin A.M., Yachnis G.I. Characteristics changes of unsealed NAI(Tl) detector under atmospheric moisture effect // Funct. Mat. - 1998. - V. 5, № 4. - P. 495-498.
5. Vasetsky S.I., Gershun A.S., Gres V.Yu., Kudin A.M., Mateychenko P.V., Tkachenko V.F. Surface hydration and dehydration processes in NAI(Tl) crystals // Funct. Mat. -1999. - V. 6, №4. - P. 777-781.
6. Gres V.Yu., Grinyov B.V. Revealing of dislocation structure of NAI(Tl) polycrystals // Funct. Mat. - 1998. - V.5, №1. - P. 124 -126.
7. Kudin A.M., Ananenko A.A., Vyday Yu.T., Gres V.Yu., Sysoeva E.P. Shortening of Scintillation Decay Time in CSI(Na) and CSI(Tl). // Funct. Mat. -2002. - V.9, №2. - P. 229-231.
8. Zaslavsky B.G.,Vasetsky S.I., Gres V.Yu., Kudin A.M., Shpilinskaya L.N., Charkina T.A., Kovaleva L.V., Sumarokov S.Yu. Scintillation and Mechanical Properties of CSI(Tl,Br) Crystals Pulled from Melt // Journal of Crystal Growth. - 2001. -V. 222 , №4 - P. 751-754.
9. Кудин А.М., Ананенко А.А., Выдай Ю.Т., Гресь В.Ю., Заславский Б.Г., Зосим Д.И. Сцинтилляционный отклик кристаллов CSI(Tl) и CSI(Na) на возбуждение рентгеновскими и гамма-квантами низких энергий // Вопросы Атомной Науки и Техники, серия: физ. рад. поврежд. и рад. матер.(80). - 2001. - № 4. - С. 111-116.
10. Спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора: Пат. № 98115845, Україна, МКІ G 01 T 1/202 // Гершун О.С., Гресь В.Ю., Кудін О.М., Чаркіна Т.О., Заславський Б.Г.; Заявл. 03.11.1998; Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2. - 2 с.
11. Гресь В.Ю. Универсальный травитель для выявления структуры поликристаллов NAI(Tl) // Тезисы II Российского симпозиума “Процессы тепломассопереноса и рост монокристаллов и тонкопленочных структур”. - Обнинск. - 1997. - С. 115.
12. Выдай Ю.Т., Гресь В.Ю., Кудин А..М., Заславский Б.Г., Добротворская М.В. Процессы, приводящие к образованию мертвого слоя в кристаллах NAI(Tl) и CSI(Na) // Труды Междун. конф. “Сцинтилляционные материалы и их применение” (SCINTMATУ2000).- Екатеринбург (Россия).- 2000. - С. 31-32.
13. Выдай Ю.Т., Ананенко А.А., Гресь В.Ю., Кудин А..М. Влияние состояния поверхности сцинтилляторов на регистрацию слабопроникающих излучений // Вопросы Атомной Науки и Техники. Труды XIV Международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению. Алушта, 2000. - Харьков. - 2000. - С. 327-328.
14. Kudin A.M., Gres" V.Yu., Vyday Yu.T., Ananenko A.A., Zosim D.I. The Responce of CSI(Tl) and CSI(Na) to Alpha Particles and Low Energy Gamma Rays // Abstracts VI Inter. Conf. on Inorganic Scintillators and their use in Scientific and Industrial Applications. - Chamonix (France). - 2001.- P. SM-P_11.
15. Vasetsky S.I., Gershun A.S., Gres V.Yu., Kudin A.M., Mateychenko P.V., Tkachenko V.F. Surface hydration and dehydration processes in NAI(Tl) crystals // Abstracts EMRS-1"Advanced Materials".Symposium B. - Kiev (Ukraine).-1999. - P. 135.
16. Заславский Б.Г., Васецкий С.И., Кудин А.М., Гресь В.Ю., Трефилова Л.Н., Ковалева Л.В., Митичкин А.И., Сумароков С.Ю. Автоматизированное вытягивание из расплава кристаллов CSI(Tl,Br) и их сцинтилляционные и механические свойства // Тезисы докладов ІХ Национальной конференции по росту кристаллов “НКРК”. - Москва (Россия). - 2000. - С. 606.
17. Ананенко А.О., Видай Ю.Т, Гресь В.Ю. Вплив стану поверхні кристалофосфорів на реєстрування малопроникаючих випромінювань // Book of abstracts: Int. Students and Young Scientists Conf. in Theoretical and Experimental Physics “EURICA-2001”. -Lviv (Ukraine). - 2001. - P. 119.
18. Гресь В.Ю., Ананенко А.А., Сысоева Е.В. Исследование энергетического разрешения и непропорциональности выхода энергии электронов для кристаллов CSI(Na) и CSI(Tl) // Тезисы докладов первой региональной конференции молодых ученых “Современные проблемы материаловедения”. - Харьков. - 2002. - С. 53.