CZ302527B6 - Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií - Google Patents
Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií Download PDFInfo
- Publication number
- CZ302527B6 CZ302527B6 CZ20032329A CZ20032329A CZ302527B6 CZ 302527 B6 CZ302527 B6 CZ 302527B6 CZ 20032329 A CZ20032329 A CZ 20032329A CZ 20032329 A CZ20032329 A CZ 20032329A CZ 302527 B6 CZ302527 B6 CZ 302527B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- scintillator
- lead
- wolframate
- pwo
- scintillation
- Prior art date
Links
- NKTZYSOLHFIEMF-UHFFFAOYSA-N dioxido(dioxo)tungsten;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][W]([O-])(=O)=O NKTZYSOLHFIEMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 14
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 241000283014 Dama Species 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- JNSGIVNNHKGGRU-JYRVWZFOSA-N diethoxyphosphinothioyl (2z)-2-(2-amino-1,3-thiazol-4-yl)-2-methoxyiminoacetate Chemical compound CCOP(=S)(OCC)OC(=O)C(=N/OC)\C1=CSC(N)=N1 JNSGIVNNHKGGRU-JYRVWZFOSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého má molární pomer WO.sub.3.n./PbO vyšší než 1. Jeho celková scintilacní úcinnost je vyšší v porovnání s materiálem stechiometrickým a muže být dále zvýšena dopováním molybdenem.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká scintilátoru na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrii připraveného z nestechíometrické taveniny s nadbytkem wolframu.
Dosavadní stav techniky
Scintilační materiály užívané k detekci elektromagnetického a korpuskulámího záření přeměňují dopadající fotony a částice na fotony z ultrafialové nebo viditelné oblasti spektra, kteréjsou pak detekovány fotonásobičem, případně polovodičovým detektorem. Od konce minulého století byla objevena takovýchto materiálů celá řada a jsou dále vyvíjeny s ohledem na specifické nároky na jejich užití ve fyzice vysokých energií, v lékařské technice (tomografické zobrazovací metody), v průmyslu, v bezpečnostních systémech a pod.
Monokrystalický wolframan olovnatý PbWO4 (zkráceně označovaný PWO) byl v devadesátých letech předmětem intensivního výzkumu, protože bylo zjištěno, že může být použit ve scintilačních detektorech vysokoenergetického záření (částic) v urychlovačích ve fyzice vysokých energií. Pro tyto aplikace je navržen a vyráběn materiál, který převádí energii záření na světlo v modré oblasti spektra (420 nm), které vzniká na emisních centrech typu autolokalizovaného excitonu na komplexním aniontu (WO4)2'. Dotace PbWO4 vybranými trivalentními ionty (La, Y, Lu, Gd) dále výrazně zvýšila radiační odolnosti a rychlost scintilační odezvy materiálu (viz přehledový článek: M. nikl, phys. stát sol. (a) 178, 595 (2000)). Ve finálním uspořádání je tento materiál průmyslově vyráběn s dvojnou dotací (Y, Nb) (viz A. Annenkov, E. Auffray, S. Borisevich, M. Korzhik, P. Lecoq, V. Ligun, nucl. Instr. meth. Phys. Res. A426, 486 (1999)).
Takto připravený materiál vykazuje extrémně rychlou scintilační odezvu, ale jeho celková scintilační účinnost je oproti klasickým scintilátorům, jakým je na příklad germaničitan bismutítý Bi4Ge3Oi2 (BGO), velmi nízká, takže jeho použití mimo fyziku vysokých energií je prakticky nemožné. Vzhledem k teplotě indukovanému rozkladu excitovaného centra při teplotách nad cca 150 K (viz V. Murk, M. Nikl, E. Mihokova, K. Nitsch: J. Phys. Cond. mat. 9, 249 (1997)) je teoreticky možné zachytit na jiných emisních centrech uvolněné elektrony a díry ajejich zářivou rekombinací tak zvýšit celkovou produkci světla (integrální scintilační účinnost). Nejznámějším systémem tohoto typu je molybdenem dopovaný PWO (PbWO4:Mo), kde (MoO4)2 anion poskytuje nové emisní centrum s maximem na vlnové délce kolem 500 nm (viz M. Kobayashi et al., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A373, 333 (1996), dále R.Y. Zhu, D.A.Ma, H.B.Newman, C.L. Woody, J. A. Kierstead, S.P. Stolí, P.W.Levy, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A376, 319 (1996), a též M. bohm et ak, phys. stát. sol (a) 167, 243 (1998)). Emise na podobné vlnové délce je přiřazována i defektivní skupině WO3 (viz J. A. Groening, G. Blase, J. Sol. St. chem, 32, 9 (1980)). U takových zeleně emitujících PWO se ale vždy vyskytovaly pomalé komponenty v dosvitu v časové škále mikro-milisekundy, kteréjsou pro rychlou scintilační konversi nežádoucí (viz M. nik. K. nitsch, K, Polák. E. Mihokova, I. Dafinei, E. Auffray, P. Lečo q, P. Reiche, R. LJecker: phys. stát. sol. (b) 195, 311 (1996)). Potlačení těchto pomalých scintilačních komponent na úroveň nedopovaného PWO bylo dosaženo v dvojitě dotovaném PWO:Mo,Y, který současně vykazuje cca 2 až 3x vyšší celkovou scintilační účinnost ve srovnání s nedopovaným krystalem (viz M. nik., P. Bochacek, A. Vedda, m. Martini, G.P. Pazzi, P. Fabent, M. Kobayashi: pohys. stát. sol. (a) 182, R3 (2000)). Ve zmíněné práci je ale současně ukázáno, že kodotace ionty Y vede ke snížení celkové scintilační účinnost (cca 2x pro koncentraci Y 100 ppm v tavenině), pokud srovnáme PWO:Mo a PWO:Mo, Y systémy s jinou stejnou koncentrací iontů Mo v krystalu. Celkovou scintilační účinnost systému PWO:Mo se podařilo několikanásobně zvýšit (ko)dotací niobem nebo tantalem (víz M. Nikl, P. Bohaček, E. Mihokova, N. Solovieva, A. Vedda, M. Martini, G.P.
- 1 CZ 302527 B6
Pazzi, P. Eabeni, M. Kobayashi, M. Ishii, J. Appí. Phys. 91(2001)5041). Toto řešení bylo předmětem přihlášky vynálezu PV 2001-2452.
Scíntilátory PWO mají prokazatelné výhody: vysokou měrnou hmotnost, technicky zvládnutou přípravu monokrystalů a v neposlední řadě nízkou výrobní cenu (zejména pokud je k dotaci užit molybden, který tvoří hlavní přirozenou příměs wolframu, není tedy potřeba vstupní WO3 surovina s vysokou čistotou). S pětimocnými dopanty jsou však spojena záchytná centra, která významně zpomalují scintilační odezvu krystalu.
Podstata vynálezu
Uvedenou nevýhodu odstraňuje scintilátor na bázi nestechiometrického wolframanu olovnatého u kterého je molární poměr WO3/PbO vyšší než I.
Bylo zjištěno, že uvedená úprava vede ke zhruba sedminásobnému zvýšení celkové scintilační účinnosti nedopovaného stechiometrického krystalu. Tím je umožněno konstruovat scintilátor na bázi PWO bez užití doposud používaných pětimocných dopantů. Dalšího zvýšení celkové scintilační účinnosti je možno dosáhnout dotací molybdenem. Tím je možno dosáhnout hodnot celkové scintilační účinnosti srovnatelných s BGO. Účinky případných záchytných centech spojených s molybdenem je možno eliminovat yttriem.
O stechiometrickém složení mluvíme, když stechiometrický poměr, to jest poměr molámích koncentrací PbO a WO3, resp. Pb a W, je roven 1 - jako je tomu tehdy, když složení přesně odpovídá formuli PbWOít. Při nadbytku wolframu je stechiometrický poměr Pb/W menší než 1, molární koncentrace W je tedy větší než molámí koncentrace Pb. Při užití dopantů se jejich koncentrace přičítají ke koncentracím základních prvků stejného mocenství, takže stechiometrický poměr je v obecném případě vyjádřen schematicky vzhledem (Pb)/(W + Mo). Podle našeho zjištění (viz: P. Boháček, M. Nikl, J. Novák, Z. Málková, B. Trunda, J. Ryšavý, S. Bacarro, A. Cecil ia, I, Dafinei, M. Diemoz, K. Jurek, J, Electrical Engineering 50(1999)38) je v nedopovaných krystalech PWO pěstovaných Czochralskiho metodou spolehlivě dosaženo nadbytku wolframu, když je v tavenině, z níž krystal roste, zastoupení wolframanu vyšší než 50,1 % mol. Nadbytek W v krystalu je však vždy nižší než v tavenině a i při zastoupení v tavenině kolem 1 % mol. a vyšších nepřesáhne nadbytek W v krystalu několik desetin procenta. Těchto několik desetin procenta však postačuje k podstatnému zvýšení scintilační účinnosti takto připraveného krystalu.
Příklady provedení vynálezu
Metodologie měření, definice pojmů:
Celková scintilační účinnost je odvozena od maxima spektra rádio]umiňiscence (dále ozn. RL). RL je excitována rentgenovým zářením (rentgenka s molybdenovou antikatodou, napětí 35 kV) a měřena na stejně tvarovaných vzorcích (typ. destičky o tloušťce 2 mm oboustranně leštěné) v přesně stejných experimentálních podmínkách při pokojové teplotě. Spektra jsou korigována na spektrální závislost detekční části aparatury (další detaily viz M. Nikl et al., phys. stát. sol, (b) 195, 311 (1996)).
Příklad 1
Příklady krystalů PWO pěstovaných metodou Czochralskiho z tavenin různého složení jsou uvedeny v tabulce I. Zastoupení hlavních složek i příměsí jsou uvedena v molámích procentech. Naměřené maximální hodnoty intensity emise ve spektru RL, veličiny (RLmax), jsou srovnávány s hodnotou stejné veličiny odpovídající krystalu BGO a vyjádřeny v procentech.
Tabulka 1: Složení taven i n před krystalizací a celkové sc int i lační účinnosti vzorků ze tří krystalů.
| vzorek | složení taveniny | RLma? | ,(PWO)/RLmax(BGO) (v %) |
| 1 | 50,0 % PbO 50,0 % WO3 | 3,5 až 5,5 | |
| 2 | 49,0 % PbO 51,0% WO3 | 35,9 | |
| 3 | 49,0 % PbO 50,992 % WO3 + 0,008 % MoO3 | 52,1 |
Výchozí stav (nedopovaný krystal vypěstovaný ze stech iometrické taveniny) jev tabulce 1 zastoupen vzorkem 1.
io Průmyslová využitelnost
Scintilátor podle vynálezu lze využít kromě vědeckých aplikací ve fyzice středních a vysokých energií především v průmyslové detekci rentgenového a gama záření a ve vybraných aplikacích ve zdravotnictví.
Claims (1)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Scinti látor na bázi wolframanu olovnatého PbWO4, vyznačující se tím, že jeho složení je nestechiometrické v tom smyslu, že molámí poměr WO3/PbO je vyšší než 1.25 2. Scintilátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že je dopován molybdenem.Konec dokumentu
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20032329A CZ302527B6 (cs) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20032329A CZ302527B6 (cs) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20032329A3 CZ20032329A3 (cs) | 2005-04-13 |
| CZ302527B6 true CZ302527B6 (cs) | 2011-06-29 |
Family
ID=34384006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20032329A CZ302527B6 (cs) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ302527B6 (cs) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2045795A (en) * | 1979-03-28 | 1980-11-05 | Hitachi Ltd | Scintillator and method of producing same |
| US5360557A (en) * | 1990-06-29 | 1994-11-01 | General Electric Company | Hole-trap-compensated scintillator for computed tomography machine |
| EP0795631A1 (en) * | 1996-02-23 | 1997-09-17 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Scintillation crystals having reduced afterglow and method of making the same |
| EP1132754A2 (en) * | 2000-03-07 | 2001-09-12 | Marconi Medical Systems, Inc. | Scintillator for X-ray detector |
-
2003
- 2003-08-28 CZ CZ20032329A patent/CZ302527B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2045795A (en) * | 1979-03-28 | 1980-11-05 | Hitachi Ltd | Scintillator and method of producing same |
| US5360557A (en) * | 1990-06-29 | 1994-11-01 | General Electric Company | Hole-trap-compensated scintillator for computed tomography machine |
| EP0795631A1 (en) * | 1996-02-23 | 1997-09-17 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Scintillation crystals having reduced afterglow and method of making the same |
| EP1132754A2 (en) * | 2000-03-07 | 2001-09-12 | Marconi Medical Systems, Inc. | Scintillator for X-ray detector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ20032329A3 (cs) | 2005-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yanagida | Inorganic scintillating materials and scintillation detectors | |
| Melcher | Perspectives on the future development of new scintillators | |
| Annenkov et al. | Improved light yield of lead tungstate scintillators | |
| US6818896B2 (en) | Scintillator crystals and their applications and manufacturing process | |
| KR100706705B1 (ko) | 섬광 결정과 이를 제조하는 방법과 이를 사용하는 방법 | |
| EP3305949B1 (en) | Crystal material, crystal production method, radiation detector, non-destructive inspection device, and imaging device | |
| Kantuptim et al. | Optical and scintillation characteristics of Tb-doped La2Si2O7 single crystal | |
| US9404036B2 (en) | Alkali metal and alkali earth metal gadolinium halide scintillators | |
| Tratsiak et al. | Scintillation efficiency of binary Li2O-2SiO2 glass doped with Ce3+ and Tb3+ ions | |
| Průša et al. | Garnet scintillators of superior timing characteristics: material, engineering by liquid phase epitaxy | |
| Visser et al. | The scintillation intensity and decay from Nd3+ 4f25d and 4f3 excited states in several fluoride crystals | |
| Takaku et al. | scintillation properties of Dy-doped TeO2–Al2O3–BaO glasses | |
| Kobayashi et al. | Doping PbWO4 with different ions to increase the light yield | |
| Takabe et al. | Performance evaluation of newly developed SrI2 (Eu) scintillator | |
| Endo et al. | Photoluminescence and scintillation properties of Tb-doped CaHfO3 single crystals | |
| Wen et al. | Scintillator‐oriented near‐infrared emitting Cs4SrI6: Yb2+, Sm2+ single crystals via sensitization strategy | |
| Wu et al. | Ultralow-concentration Sm codoping in CsI: Tl scintillator: A case of little things can make a big difference | |
| Koshimizu et al. | Luminescence properties of Gd2Si2O7: Ce and Gd2Si2O7: La, Ce under vacuum ultraviolet irradiation | |
| Annenkov et al. | Slow components and afterglow in PWO crystal scintillations | |
| Chowdhury et al. | Studies of radiation tolerance and optical absorption bands of CsI (Tl) crystals | |
| CZ302527B6 (cs) | Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií | |
| Zhong et al. | Radioluminescence properties of Ce3+-activated MGd (PO3) 4 (M= Li, Na, K, Cs) | |
| CN101701154B (zh) | 溴化稀土闪烁材料及溴化稀土闪烁晶体的制备方法 | |
| CZ295948B6 (cs) | Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého | |
| Annenkov et al. | Systematic Study of the PbWO4 Crystal Short Term Instalibity Under Irradiation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20130828 |