CS220542B1

CS220542B1 - Způsob přípravy monokrystalů ytritohlinitého granátu pro scintilační detektory

Info

Publication number: CS220542B1
Application number: CS195881A
Authority: CS
Inventors: Josef Vecernik; Josef Kvapil; Jiri Kvapil; Karel Blazek; Eva Vecernikova
Original assignee: Josef Vecernik; Josef Kvapil; Jiri Kvapil; Karel Blazek; Eva Vecernikova
Priority date: 1981-03-18
Filing date: 1981-03-18
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Podstatou předloženého vynálezu je příprava aktivního materiálu pro scintilátory na bázi ytritohlinitého granátu (YAG). Způsob přípravy podle vynálezu je vyznačen tím, že monokrystaly YAG se pěstují z taveniny kysličníků hliníku a ytria v atomárním poměru AI : Y = 5 : 2,9 — 3,1 obsahující dále 10~5 až 10“2 hmotnostních procent titanu a nejvýše 1,2 hmotnostních procent vzácných zemin, přičemž pěstování monokrystalů je prováděno v redukční atmosféře vodíku ve směsi s inertním plynem.

Description

Vynález se týká způsobu přípravy aktivního materiálu pro scintilátory s vysokou účinností detekce alfa a beta záření, krátkou dobou života luminiscence a značnou chemickou, mechanickou a radiační odolností, které jsou použitelné k detekci radioaktivního záření, zejména v jaderně technologickém provozu.

Mezi novými typy aktivních látek pro scintilátory zaujímá význačné místo monokrystal ytritohlinitého granátu, dále YAG, který je v současné době používán k registraci sekundárních elektronů. Především se YAG používá jako aktivní materiál laserů. U obou aplikací je YAG aktivován některým prvkem vzácných zemin. V případě scintilátorů pro registraci sekundárních elektronů je aktivátorem cer a u laserů je to neodym.

Autoři předloženého vynálezu zjistili, že monokrystaly YAG nedotované nebo dotované prvky vzácných zemin vykazují též fluorescenci pod účinkem radioaktivního záření. Je proto možné z nich připravit scintilátory, které se vyznačují mimořádně vysokou mechanickou, tepelnou, radiační a chemickou odolností. Uvedené vlastnosti mají význam pro detekci jaderného záření, zvláště alfa a beta, v jaderně technologických provozech při vyšších teplotách a tlacích nebo v silně agresivním prostředí. Vynikající fyzikálně chemické vlastnosti monokrystalů YAG však nejsou současně doprovázeny vhodnými fluorescenčními vlastnostmi. Ve srovnání s komerčně dostupnými alfa a beta scintilátory mají scintilátory připravené z monokrystalů YAG malé rozlišení mezi alfa a beta zářením a vykazují sekundární dosvit.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob přípravy monokrystalů YAG podle tohoto vynálezu, který je vyznačen tím, že monokrystaly YAG se pěstují z taveniny kysličníků hliníku a ytria v atomárním poměru AI: : Y = 5 : 2,9 — 3,1, obsahující dále 10“⁵ až 10 ² hmotnostních procent titanu a nejvýše

1,2 hmotnostních procent vzácných zemin, přičemž pěstování monokrystalů je prováděno v redukční atmosféře vodíku ve směsi s inertním plynem. Vzácnými zeminami jsou zde míněny lanthanoidy, to je prvky s atomovým číslem 57 až 71.

Uvedený způsob přípravy monokrystalů YAG se odlišuje od známých způsobů příprav v tom, že do základní taveniny je přidáván titan a v průběhu vlastního tažení je udržována redukční atmosféra. V současné době používané tažení na vzduchu se podle tohoto vynálezu nepoužívá, neboť i za přítomnosti titanu v tavenině se fluorescenční vlastnosti monokrystalů YAG zhoršují. Monokrystaly připravené podle tohoto vynálezu se řezáním, broušením a leštěním upraví do požadovaného tvaru scintilátoru. Fluorescenční vlastnosti takto připravených scintilátorů jsou závislé na množství a druhu přidaných vzácných zemin a na množství titanu. Přídavky titanu zlepšují rozlišení, v případě registrace monoenergetického beta záření, za současného zvýšení odstupu signálu pro alfa a beta částice. Radiometrická účinnost při detekci alfa a beta záření přitom zůstává stejná, to je 12 až 15 % z celkové 4 aktivity. Vzhledem ke gama záření se radiometrická účinnost monokrystalů YAG, připravených podle tohoto vynálezu, pohybuje od 0,1 do 5 % v porovnání s účinností scintilátorů z Nal(Tl).

Příklad 1

Základní surovina ve formě směsi kysličníků hliníku a ytria v atomárním poměru AI: Y = 5:3 spolu s 1.10~⁵ hmotnostními procenty titanu a 1,2 hmotnostními procenty ceru nebo kteréhokoliv z dalších prvků vzácných zemin se taví v elektrické peci v molybdenovém kelímku pod ochrannou redukční atmosférou složenou z argonu a 0,1 objemovými procenty vodíku. Monokrystal YAG se z této taveniny vypěstuje tažením metodou Czochralskiho nebo Stockbargerovou do tvaru válce o průměru 30 a délce 80 mm.

P ř í k 1 a d 2

Základní surovina ve formě směsi kysličníků hliníku a ytria v atomárním poměru AI: Y = 5 : 2,9 spolu s 5.10“⁴ hmotnostními procenty titanu a 1,0* hmotnostními procenty neodymu nebo kteréhokoliv z dalších prvků vzácných zemin se taví v elektrické peci v molybdenovém kelímku pod ochrannou redukční atmosférou složenou z argonu a 10 objemovými procenty vodíku. Monokrystal YAG se z této taveniny vypěstuje tažením metodou Czochralskiho nebo Stockbargerovou do tvaru válce o průměru 30 a délce 80 milimetrů.

Příklad 3

Základní surovina ve formě směsi kysličníků hliníku a ytria v atomárním poměru AI: Y = 5 : 3,1 spolu s 1.10 -³ hmotnostními procenty titanu a 0,75 hmotnostními procenty europia nebo kteréhokoliv z dalších prvků vzácných zemin se taví v elektrické peci v molybdenovém kelímku pod ochrannou redukční atmosférou složenou z helia a 2 objemovými procenty vodíku. Monokrystal YAG se z této taveniny vypěstuje tažením metodou Czochralskiho nebo Stockbargerovou do tvaru válce o průměru 30 a délce 80 mm.

Přikládá

Základní surovina ve formě směsi kysličníků hliníku a ytria v atomárním poměru AI: Y = 5 : 3,1 spolu s 1.10^-2 hmotnostními procenty titanu se taví v elektrické peci v molybdenovém kelímku pod ochrannou redukční atmosférou složenou z helia a 0,01 objemovými procenty vodíku. Monokrystal YAG se z této taveniny vypěstuje tažením metódou Czochralskiho nebo Stockbargerovou do tvaru válce o průměru 30 a délce 60 milimetrů.

Claims

Způsob přípravy monokrystalů ytritohlinitého granátu pro scintilační detektory vyznačený tím, že monokrystaly ytritohlinitého granátu se pěstují z taveniny kysličníků hliníku a ytria v atomárním poměru AI: Y rovná se 5 : 2,9 — 3,1 obsahující dále 10^-5až 10^-2 hmotnostních procent titanu a příynAlezu pádně 0 až 1,2 hmotnostních procent některého z prvků vzácných zemin, přičemž pěstování monokrystalů je prováděno v ochranné redukční atmosféře inertního plynu s přídavkem 0,01 až 10 objemových procent vodíku.