RU115506U1

RU115506U1 - MATRIX TRANSDUCER OF IONIZING RADIATION (OPTIONS)

Info

Publication number: RU115506U1
Application number: RU2011149006/28U
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Гапоненко; Всеволод Семенович Кортов; Мария Владимировна Руденко; Владимир Алексеевич Пустоваров; Сергей Владимирович Звонарев; Ирина Александровна Николаенко
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2012-04-27

Abstract

1. Матричный преобразователь ионизирующего излучения, включающий каналы, каждый из которых имеет дно с одной стороны и выходит на поверхность матрицы с другой стороны, в каждом из каналов размещен люминофор, чувствительный к ионизирующему излучению, отличающийся тем, что матрица с каналами выполнена из нанопористого анодного оксида алюминия, а люминофор размещен слоем на стенках и дне каналов. ! 2. Матричный преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что в качестве люминофора использован легированный тербием ксерогель оксида алюминия или легированный тербием ксерогель граната или ксерогель виллемита, легированного ионами марганца, или ксерогель оксида титана, легированного стронцием и тербием. ! 3. Матричный преобразователь ионизирующего излучения, включающий каналы, каждый из которых имеет дно с одной стороны и выходит на поверхность матрицы с другой стороны, в каждом из каналов размещен люминофор, чувствительный к ионизирующему излучению, отличающийся тем, что матрица с каналами выполнена из нанопористого анодного оксида алюминия, люминофор размещен слоем на стенках и дне каналов, в качестве люминофора использован легированный тербием ксерогель оксида алюминия или легированный тербием ксерогель граната или ксерогель виллемита, легированного ионами марганца, или ксерогель оксида титана, легированного стронцием и тербием. 1. Matrix converter of ionizing radiation, including channels, each of which has a bottom on one side and comes out to the surface of the matrix on the other side, in each of the channels there is a phosphor sensitive to ionizing radiation, characterized in that the matrix with channels is made of nanoporous anode aluminum oxide, and the phosphor is placed in a layer on the walls and bottom of the channels. ! 2. Matrix converter of ionizing radiation according to claim 1, characterized in that the phosphor used is terbium-doped alumina xerogel or terbium-doped garnet xerogel or willemite xerogel doped with manganese ions, or xerogel of titanium oxide doped with strontium and terbium. ! 3. Matrix converter of ionizing radiation, including channels, each of which has a bottom on one side and comes out on the surface of the matrix on the other side, in each of the channels there is a phosphor sensitive to ionizing radiation, characterized in that the matrix with channels is made of nanoporous anode aluminum oxide, the phosphor is placed in a layer on the walls and bottom of the channels; as a phosphor, a terbium-doped alumina xerogel or a terbium-doped garnet xerogel or a willemite xerogel doped with manganese ions or a titanium oxide xerogel doped with strontium and terbium is used as a phosphor.

Description

Полезная модель относится к матричным преобразователям ионизирующего излучения (рентгеновское, электронное, гамма-излучение), которые могут быть использованы для получения изображений просвечиваемых объектов в медицинских рентгеновских установках с высоким пространственным разрешением, для детектирования ядерных излучений, для неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами.The utility model relates to matrix converters of ionizing radiation (x-ray, electron, gamma radiation), which can be used to obtain images of translucent objects in medical x-ray installations with high spatial resolution, to detect nuclear radiation, for non-destructive testing of materials and products by radiation methods.

Известен микроканальный преобразователь рентгеновского излучения в видимый свет [патент России 88164], содержащий совокупность микроканалов, заполненных рентгеночувствительным люминофором. Стенки указанных микроканалов выполнены из оптически прозрачного материала, например, стекла или пластика.Known microchannel Converter of x-ray radiation into visible light [Russian patent 88164], containing a set of microchannels filled with x-ray phosphor. The walls of these microchannels are made of optically transparent material, for example, glass or plastic.

Недостатком известного преобразователя рентгеновского излучения в видимый свет является пониженное пространственное разрешение, ограниченное размером диаметра микроканала, находящегося в диапазоне от 1 до 30 микрон. Кроме того, прозрачность стенок микроканалов ухудшает пространственное разрешение за счет размывания границ между изображениями, создаваемыми пятнами излучения люминофора, расположенного в микроканалах.A disadvantage of the known X-ray to visible light converter is the reduced spatial resolution, limited by the size of the diameter of the microchannel, which is in the range from 1 to 30 microns. In addition, the transparency of the walls of the microchannels worsens the spatial resolution due to blurring of the boundaries between the images created by the radiation spots of the phosphor located in the microchannels.

Известно также оптическое спектральное конвертирующее устройство, представляющее собой пленку прозрачного направленно структурированного материала (материал с микроканалами), содержащего распределенную в микроканалах (микропорах) субстанцию, преобразующую длину волны излучения [международная заявка PCT/BY2004/000023, WO2006/034561]. Указанная субстанция выполнена в виде ксерогеля, содержащего квантоворазмерные структуры, обладающие сильными квантоворазмерными эффектами. Ксерогель выполнен, в частности, на основе оксида алюминия Аl₂О₃ и содержит нанокристаллы на основе полупроводниковых соединений А^IIB^IV или A^IB^VII или А³B^V. Нанокристаллы легированы ионами марганца Мn²⁺ или тербия Tb³⁺.An optical spectral converting device is also known, which is a film of a transparent directionally structured material (material with microchannels) containing a substance that converts radiation wavelength distributed in microchannels (micropores) [international application PCT / BY2004 / 000023, WO2006 / 034561]. The specified substance is made in the form of a xerogel containing quantum-sized structures with strong quantum-sized effects. Xerogel is made, in particular, on the basis of aluminum oxide Al ₂ About ₃ and contains nanocrystals based on semiconductor compounds A ^II B ^IV or A ^I B ^VII or A ³ B ^V. Nanocrystals are doped with manganese ions Mn ²⁺ or terbium Tb ³⁺ .

Недостатком является то, что используемая для заполнения пор субстанция имеет усложненный состав (оксиды, нанокристаллы и ионы металлов, внедренные легированием в нанокристаллы), так что при изготовлении субстанции требуется использование разнородных технологических приемов. Испускаемое находящимися в субстанции дефектными центрами излучение ослабляется вследствие его прохождения через толщу указанной субстанции тем в большей степени, чем глубже находится в субстанции центр излучения. Кроме того, известное устройство предназначено для преобразования волн одного видимого диапазона (250-450 нм) в другой видимый диапазон (550-800 нм).The disadvantage is that the substance used to fill the pores has a complicated composition (oxides, nanocrystals and metal ions introduced by alloying into nanocrystals), so the use of heterogeneous technological methods is required in the manufacture of the substance. The radiation emitted by the defective centers located in the substance is attenuated due to its passage through the thickness of the substance, the more so, the deeper the radiation center is in the substance. In addition, the known device is designed to convert waves of one visible range (250-450 nm) into another visible range (550-800 nm).

Известен материал в виде подложки, покрытой композиционной пленкой на основе мезопористого неорганического слоя, содержащего наночастицы, образованные внутри слоя [международная заявка PCT/FR2002/002673, WO2003/010103, заявка России 2004105271]. Композиционная пленка имеет структуру периодической решетки, в которой наночастицы упорядочены периодически в масштабе доменов по меньшей мере в 4-х периодах по толщине пленки. Наночастицы размещены в порах пленки, не имеющих сообщения с наружной поверхностью пленки. Мезопористый неорганический слой выполнен на основе по меньшей мере одного оксида металла, в частности, с использованием алюминия. Наночастицы могут включать металлические соединения, формирующие требуемые оптические, магнитные или фотолюминесцентные свойства материала.Known material in the form of a substrate coated with a composite film based on a mesoporous inorganic layer containing nanoparticles formed inside the layer [international application PCT / FR2002 / 002673, WO2003 / 010103, Russian application 2004105271]. The composite film has a periodic lattice structure in which nanoparticles are periodically ordered at the domain scale in at least 4 periods across the film thickness. Nanoparticles are placed in the pores of the film that do not communicate with the outer surface of the film. The mesoporous inorganic layer is based on at least one metal oxide, in particular using aluminum. Nanoparticles can include metal compounds that form the desired optical, magnetic or photoluminescent properties of the material.

Указанный материал предназначен для широкого круга применений. Недостатком при использовании материала в качестве люминесцентного является ослабление излучения, испускаемого находящимися в порах наночастицами, вследствие его прохождения через толщу мезопористого слоя тем в большей степени, чем глубже находятся в субстанции центры свечения.The specified material is intended for a wide range of applications. The disadvantage when using the material as a luminescent material is the weakening of the radiation emitted by the nanoparticles located in the pores, due to its passage through the thickness of the mesoporous layer to a greater extent, the deeper the glow centers are in the substance.

Известны сцинтилляционные композиции, имеющие структуру кристалла граната, включающие тербий или лютеций и предназначенные для обнаружения излучений высокой энергии, таких как рентгеновское излучение, бета- и гамма-излучения [патент США 6630077]. Такие композиции характеризуются высокой светоотдачей, уменьшенным временем послесвечения, высокой тормозной способностью к рентгеновским квантам. Эти материалы используются в качестве составной части детекторов излучения в таких приборах, как счетчики, усилители яркости изображения, сканеры компьютерной томографии. Для обеспечения высокого пространственного разрешения требуется использование указанных композиций в соответствующих, например, матричных преобразователях ионизирующих излучений, конструкции которых не рассматриваются в патенте США 6630077.Known scintillation compositions having the structure of a garnet crystal, including terbium or lutetium, and designed to detect high-energy radiation such as x-rays, beta and gamma radiation [US patent 6630077]. Such compositions are characterized by high light output, reduced afterglow time, high inhibitory ability to x-ray quanta. These materials are used as part of radiation detectors in devices such as counters, image intensifiers, and computed tomography scanners. To ensure high spatial resolution requires the use of these compositions in the corresponding, for example, matrix converters of ionizing radiation, the designs of which are not considered in US patent 6630077.

Известны результаты исследования люминесценции тербия в ксерогеле оксида алюминия, сформированном в матрице анодного оксида алюминия при различных видах возбуждения [Физика и техника полупроводников, 2011, т.45, в.7, стр. 980-983]. Легированные тербием слои ксерогеля оксида алюминия размещены в порах (каналах) пленки оксида алюминия толщиной 1 мкм с диаметром пор 140-180 нм, выращенной на кремнии. Нанесенные на образцы матрицы анодного оксида алюминия методом центрифугирования слои ксерогеля располагаются на поверхности образцов, а также на стенках и на дне каждой поры (канала) матрицы оксида алюминия. Для такой структуры обнаружена люминесценция тербия при возбуждении рентгеновскими лучами и импульсным электронным пучком с наиболее интенсивной полосой видимого излучения при 542 нм, без оценки реализации повышенного уровня пространственного разрешения, который потенциально может быть достигнут при использовании нанопористой матрицы анодного оксида алюминия. Продемонстрирована принципиальная возможность создания наноразмерного матричного люминесцентного преобразователя ионизирующего излучения в видимое излучение.The results of a study of terbium luminescence in an xerogel of alumina formed in an anodic alumina matrix under various types of excitation are known [Physics and Technology of Semiconductors, 2011, v. 45, v.7, p. 980-983]. Terbium-doped aluminum oxide xerogel layers are located in the pores (channels) of an aluminum oxide film 1 μm thick with a pore diameter of 140-180 nm grown on silicon. Xerogel layers deposited on the samples of the matrix of anodic alumina by centrifugation are located on the surface of the samples, as well as on the walls and at the bottom of each pore (channel) of the matrix of aluminum oxide. For such a structure, terbium luminescence was detected upon excitation by X-rays and a pulsed electron beam with the most intense band of visible radiation at 542 nm, without evaluating the implementation of the increased level of spatial resolution that could potentially be achieved using a nanoporous anodic alumina matrix. The fundamental possibility of creating a nanoscale matrix luminescent transducer of ionizing radiation into visible radiation is demonstrated.

Известны также результаты исследования люминесценции в матричном преобразователе видимого излучения одной длины волны в фотоизлучение с другой длиной волны [АСТА PHYSICA POLONICA А, 2007, Vol.112, No.5, стр.737-749, Фиг.5]. Матричный преобразователь фотоизлучения выполнен в виде слоя нанопористого анодного оксида алюминия на кремнии. Слой нанопористого анодного оксида алюминия включает каналы, каждый из которых имеет дно с одной стороны и выходит на поверхность матрицы с другой стороны. На поверхности матрицы, а также на стенках и дне каждого из каналов, размещен слой люминофора в виде золь-гель оксидов (ксерогелей), легированных, в частности, тербием.Also known are the results of a study of luminescence in a matrix transducer of visible radiation of one wavelength into photoemission with a different wavelength [ASTA PHYSICA POLONICA A, 2007, Vol.112, No.5, pp. 737-749, Figure 5]. The matrix photoelectric converter is made in the form of a layer of nanoporous anodic aluminum oxide on silicon. The nanoporous anodic alumina layer includes channels, each of which has a bottom on one side and extends to the surface of the matrix on the other side. On the surface of the matrix, as well as on the walls and bottom of each channel, a phosphor layer is placed in the form of sol-gel oxides (xerogels) doped, in particular, with terbium.

Вследствие того, что излучающий слой ксерогеля с тербием нанесен как на стенки и дно каждого из каналов матрицы пористого оксида алюминия, так и на поверхность матрицы, рассматриваемый преобразователь формирует фотоизлучением изображение, имеющее пониженное пространственное разрешение. Кроме того, это известное устройство предназначено для фотопреобразования волн одного видимого диапазона в другой видимый диапазон с максимумом на длине волны 550 нм или в инфракрасный диапазон (800 нм).Due to the fact that the emitting layer of the xerogel with terbium is deposited both on the walls and the bottom of each channel of the matrix of porous alumina, and on the surface of the matrix, the considered converter forms a low-resolution image by photoradiation. In addition, this known device is intended for photoconversion of waves of one visible range into another visible range with a maximum at a wavelength of 550 nm or in the infrared range (800 nm).

Наиболее близким к предложенному техническому решению является матричный экран-преобразователь ионизирующего излучения [патенты России 2391649 или 84137]. Матрица имеет микроканалы, открытые с одной стороны матрицы и заполненные порошковым люминофором состава Gd202S:Tb(Eu), включающим тербий. Микроканалы имеют непрозрачные для света стенки. Матрица с микроканалами с друой стороны покрыта светоотражающим материалом, образующим непрозрачное для света дно каждого микроканала, открытого с другой стороны. Диаметр каждого микроканала составляет несколько микрон, толщина пластины - несколько сотен микрон.Closest to the proposed technical solution is a matrix screen-converter of ionizing radiation [Russian patents 2391649 or 84137]. The matrix has microchannels open on one side of the matrix and filled with a powder phosphor of the composition Gd202S: Tb (Eu), including terbium. Microchannels have opaque walls for light. The matrix with microchannels on the other side is covered with reflective material, which forms an opaque to light bottom of each microchannel open on the other side. The diameter of each microchannel is several microns, the plate thickness is several hundred microns.

Люминофор Gd₂O₂S:Tb (Eu) обеспечивает регистрацию (преобразование) трех видов излучений: тепловых и быстрых нейтронов, рентгеновских и гамма лучей. Порошковый люминофор наносят на матрицу и втирают в нее кисточкой. Зерна порошка достаточно малого по сравнению с микроканалом размера проникают в каждый микроканал, другие ссыпаются в сторону. Повторяя такую процедуру несколько раз, обеспечивают толщину слоя люминофора в микроканалах практически на всю толщину матрицы.The phosphor Gd ₂ O ₂ S: Tb (Eu) provides registration (conversion) of three types of radiation: thermal and fast neutrons, x-rays and gamma rays. The phosphor powder is applied to the matrix and rubbed into it with a brush. Powder grains of a sufficiently small size as compared with a microchannel penetrate into each microchannel, while others pour to the side. Repeating this procedure several times, provide the thickness of the phosphor layer in microchannels for almost the entire thickness of the matrix.

Недостатками такого матричного преобразователя рентгеновского излучения в видимый свет являются ослабление излучаемого люминофором света вследствие его прохождения через толщу люминофора, а также пониженное пространственное разрешение, ограниченное размером диаметра микроканала, составляющего несколько микрон. Кроме того, имеющееся непрозрачное для света дно каждого канала не позволяет регистрировать возбуждаемую люминесценцию с обоих сторон матрицы преобразователя.The disadvantages of this matrix Converter of x-ray radiation into visible light are the attenuation of the light emitted by the phosphor due to its passage through the thickness of the phosphor, as well as reduced spatial resolution, limited by the diameter of the microchannel, which is several microns. In addition, the available opaque to light bottom of each channel does not allow to register the excited luminescence from both sides of the transducer matrix.

Задачей полезной модели является увеличение пространственного разрешения и повышение интенсивности излучения, а также обеспечение возможности регистрировать возбуждаемую люминесценцию с обоих сторон матрицы преобразователя.The objective of the utility model is to increase the spatial resolution and increase the radiation intensity, as well as providing the ability to register the excited luminescence from both sides of the transducer matrix.

Задача решена двумя вариантами полезной модели.The problem is solved by two variants of the utility model.

По первому варианту матричный преобразователь ионизирующего излучения, включающий каналы, каждый из которых имеет дно с одной стороны и выходит на поверхность матрицы с другой стороны, в каждом из каналов размещен люминофор, чувствительный к ионизирующему излучению, отличается тем, что матрица с каналами выполнена из нанопористого анодного оксида алюминия, а люминофор размещен слоем на стенках и дне каналов.According to the first embodiment, the matrix converter of ionizing radiation, including channels, each of which has a bottom on one side and goes to the surface of the matrix on the other side, a phosphor sensitive to ionizing radiation is placed in each channel, characterized in that the matrix with channels is made of nanoporous anodic aluminum oxide, and the phosphor is placed on a layer on the walls and bottom of the channels.

Кроме того, матричный преобразователь ионизирующего излучения по первому варианту отличается тем, что в качестве люминофора использован легированный тербием ксерогель оксида алюминия или легированный тербием ксерогель граната или ксерогель виллемита, легированного ионами марганца, или ксерогель оксида титана, легированного стронцием и тербием.In addition, the matrix ionizing radiation converter according to the first embodiment is characterized in that the phosphor is terbium doped xerogel of aluminum oxide or terbium doped xerogel of garnet or xerogel of willemite doped with manganese ions or xerogel of titanium oxide doped with strontium and terbium.

Матричный преобразователь ионизирующего излучения по второму варианту, включающий каналы, каждый из которых имеет дно с одной стороны и выходит на поверхность матрицы с другой стороны, в каждом из каналов размещен люминофор, чувствительный к ионизирующему излучению, отличается тем, что матрица с каналами выполнена из нанопористого анодного оксида алюминия, люминофор размещен слоем на стенках и дне каналов, в качестве люминофора использован легированный тербием ксерогель оксида алюминия или легированный тербием ксерогель граната или ксерогель виллемита, легированного ионами марганца, или ксерогель оксида титана, легированного стронцием и тербием.The matrix ionizing radiation converter according to the second embodiment, comprising channels, each of which has a bottom on one side and exits on the matrix surface on the other side, a phosphor sensitive to ionizing radiation is placed in each channel, characterized in that the matrix with channels is made of nanoporous anodic alumina, the phosphor is placed on a layer on the walls and bottom of the channels, the phosphor used is terbium-doped xerogel of aluminum oxide or terbium-doped xerogel of garnet or serogel of willemite doped with manganese ions, or xerogel of titanium oxide doped with strontium and terbium.

В матричном преобразователе ионизирующего излучения по первому и второму вариантам выполнение матрицы с каналами из нанопористого анодного оксида алюминия, с размещением люминофора слоем на стенках и дне каналов, обеспечивает повышение пространственного разрешения за счет уменьшения диаметра каналов матрицы до 40-180 нм.In the matrix ionizing radiation converter according to the first and second embodiments, the implementation of the matrix with channels of nanoporous anodic aluminum oxide, with the phosphor being placed in a layer on the walls and the bottom of the channels, provides an increase in spatial resolution by reducing the diameter of the matrix channels to 40-180 nm.

Повышение пространственного разрешения предложенного матричного преобразователя ионизирующего излучения обеспечивается также тем, что матрица с каналами из нанопористого анодного оксида алюминия обладает свойством направленного излучения видимого диапазона вдоль осей каналов (анизотропией люминесценции с максимумом вдоль каналов пор матрицы анодного оксида алюминия) [Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, 2004, январь-март, №2, стр. 133-145)].The spatial resolution of the proposed matrix ionizing radiation converter is also ensured by the fact that the matrix with channels of nanoporous anodic aluminum oxide has the property of directed radiation of the visible range along the channel axes (luminescence anisotropy with a maximum along the pore channels of the matrix of anodic aluminum oxide) [Reports of the Belarusian State University of Informatics and Radio Electronics, 2004, January-March, No. 2, pp. 133-145)].

Образующееся в размещенном в каждом канале матрицы люминофоре излучение видимого диапазона выходит с одной стороны матрицы через открытый в эту сторону конец каждого канала. Так как материал матрицы в виде анодного пористого оксида алюминия обладает прозрачностью в широком оптическом диапазоне, то излучение, образующееся в размещенном в каждом канале люминофоре выходит из матрицы также через с другой ее стороны, через прозрачное дно матрицы. Обеспечивается возможность регистрировать возбуждаемую люминесценцию с обоих сторон матрицы преобразователя.The visible radiation generated in each phosphor channel in each matrix channel exits from one side of the matrix through the end of each channel open to this side. Since the matrix material in the form of anodic porous alumina has transparency in a wide optical range, the radiation generated in the phosphor placed in each channel leaves the matrix also through its other side, through the transparent matrix bottom. It is possible to register the excited luminescence on both sides of the transducer matrix.

Кроме того, за счет нанесения люминофора слоем на стенках и дне каналов, обеспечивается повышение интенсивности излучения путем устранения ослабления излучаемого люминофором света в толще люминофора.In addition, due to the deposition of the phosphor in a layer on the walls and the bottom of the channels, an increase in the radiation intensity is achieved by eliminating the attenuation of the light emitted by the phosphor in the thickness of the phosphor.

Использование в матричном преобразователе ионизирующего излучения по первому и второму вариантам в качестве люминофора легированного тербием ксерогеля оксида алюминия или легированного тербием ксерогеля граната или ксерогеля виллемита, легированного ионами марганца, или ксерогеля оксида титана, легированного стронцием и тербием обеспечивает дополнительное повышение интенсивности излучения за счет свойств этих материалов.The use in the matrix converter of ionizing radiation according to the first and second variants as a phosphor of terbium-doped xerogel of aluminum oxide or terbium-doped garnet or xerogel of willemite doped with manganese ions or xerogel of titanium doped with strontium and terbium provides an additional increase in radiation intensity due to the properties of these materials.

Первый и второй варианты предложенного устройства обладают единством, так как решают одну и ту же задачу аналогичными средствами.The first and second variants of the proposed device have unity, since they solve the same problem by similar means.

Полезная модель поясняется фигурой, на которой изображено сечение матричного преобразователя ионизирующего излучения.The utility model is illustrated by a figure, which shows a section of a matrix converter of ionizing radiation.

Матричный преобразователь ионизирующего излучения содержит слой (пленку) 1 нанопористого анодного оксида алюминия, имеющего каналы 3, множество которых составляет матрицу преобразователя. Слой 1 нанопористого анодного оксида алюминия расположен на подложке 2, выполненной, например, из непрозрачных в оптическом диапазоне материалов - кремния, ситалла, алюминия, или из прозрачных в оптическом диапазоне материалов - монокристаллического кварца, стекла, в частности, из аморфного кварцевого стекла, фосфатного, боратного стекол и других прозрачных в оптическом диапазоне материалов.The matrix converter of ionizing radiation contains a layer (film) 1 of nanoporous anodic aluminum oxide having channels 3, many of which make up the matrix of the converter. Layer 1 of nanoporous anodic alumina is located on a substrate 2 made, for example, of materials that are opaque in the optical range - silicon, glass, aluminum, or transparent materials in the optical range - single crystal quartz, glass, in particular, amorphous silica glass, phosphate , borate glasses and other materials transparent in the optical range.

Каждый из каналов 3 открыт в сторону поверхности 4 слоя 2 нанопористого анодного оксида алюминия и имеет стенки 5 и дно 6. Нанопористый анодный оксид алюминия и, соответственно, стенки 5 и дно 6 каждого из каналов 3 являются прозрачными для светового излучения. На стенках 5 и дне 6 каждого канала 3 размещен слой 7 чувствительного к ионизирующему излучению люминофора. В качестве люминофора могут быть использованы легированный тербием ксерогель оксида алюминия, например, смесь 30% Tb2O3 - 70% Аl2O3 (масс.%), или легированный тербием ксерогель граната (в частности, алюмоиттриевый гранат состава Tb_0.15Y_2.85Al₅O₁₂) или ксерогель виллемита, легированного ионами марганца (Zn₂SiO₄:Mn), или или ксерогель оксида титана, легированного стронцием и тербием (TiO₂:Sr,Tb), а также другие материалы, чувствительные к ионизирующим излучениям.Each of the channels 3 is open towards the surface 4 of the layer 2 of the nanoporous anodic alumina and has walls 5 and a bottom 6. The nanoporous anodic alumina and, correspondingly, the walls 5 and the bottom 6 of each of the channels 3 are transparent to light radiation. On the walls 5 and bottom 6 of each channel 3 there is a layer 7 of a phosphor sensitive to ionizing radiation. As the phosphor, terbium-doped xerogel of aluminum oxide can be used, for example, a mixture of 30% Tb2O3 - 70% Al2O3 (wt.%), Or terbium-doped xerogel of garnet (in particular, yttrium aluminum garnet with the composition Tb _0.15 Y _2.85 Al ₅ O ₁₂ ) or xerogel of willemite doped with manganese ions (Zn ₂ SiO ₄ : Mn), or xerogel of titanium oxide doped with strontium and terbium (TiO ₂ : Sr, Tb), as well as other materials sensitive to ionizing radiation.

В случае выполнения подложки 2 из непрозрачных в оптическом диапазоне материалов - кремния, ситалла, алюминия, при воздействии на слои 7 ионизирующего излучения 8 каждый канал 3 со слоем 7 люминофора образует отдельное цилиндрическое пятно на стороне 4 матрицы преобразователя, формирующее отдельный пучок излучения 9, выходящего из слоя 1 нанопористого анодного оксида алюминия.If the substrate 2 is made of materials opaque in the optical range - silicon, glass, aluminum, when exposed to layers 7 of ionizing radiation 8, each channel 3 with a phosphor layer 7 forms a separate cylindrical spot on the side 4 of the transducer matrix, forming a separate beam of radiation 9 emerging from layer 1 of nanoporous anodic alumina.

При выполнении подложки 2 из прозрачных в оптическом диапазоне материалов - монокристаллического кварца или стекол, при воздействии на слои 7 ионизирующего излучения 8 каждый канал 3 со слоем 7 люминофора образует отдельное цилиндрическое пятно на противоположной стороне 10 матрицы преобразователя, формирующее отдельный пучок излучения 11, выходящего из слоя 1 нанопористого анодного оксида алюминия со стороны 10 и проникающего через подложку 2.When the substrate 2 is made of materials that are transparent in the optical range — monocrystalline quartz or glasses — when exposed to layers of ionizing radiation 8, each channel 3 with a phosphor layer 7 forms a separate cylindrical spot on the opposite side 10 of the transducer matrix, forming a separate radiation beam 11 emerging from layer 1 of nanoporous anodic alumina from side 10 and penetrating through the substrate 2.

Диаметр каждого канала 3 составляет 40÷180 нм, диаметр каждой ячейки матрицы, содержащей канал 3, находится в пределах 120÷250 нм. Толщина слоя (пленки) 1 нанопористого анодного оксида алюминия составляет от 1 мкм до 150 мкм. Толщина подложки 2 выбирается из условия обеспечения приемлемого для работы устройства ослабления ионизирующего излучения 7. Толщина слоя 7 люминофора на стенках 5 и дне 6 каналов 3 определяется требуемой интенсивностью излучения видимого диапазона.The diameter of each channel 3 is 40 ÷ 180 nm, the diameter of each cell of the matrix containing channel 3 is in the range 120 ÷ 250 nm. The thickness of the layer (film) of 1 nanoporous anodic alumina is from 1 μm to 150 μm. The thickness of the substrate 2 is selected from the condition of providing an attenuation device for ionizing radiation acceptable for operation 7. The thickness of the phosphor layer 7 on the walls 5 and the bottom 6 of the channels 3 is determined by the required radiation intensity of the visible range.

В процессе работы на матричный преобразователь ионизирующего излучения со стороны подложки 2 действует ионизирующее излучение 8 (рентгеновское излучение, гамма-излучение, электронное излучение). Воздействие ионизирующего излучения 8 на слои 7 люминофора вызывает излучение 9 (11), сформированное в виде пучков от каждого отдельного канала 3. Каждый из пучков излучения 9 (11) имеет в поперечном сечении размер, соответствующий наноразмерному диаметру канала 3, что обеспечивает высокое пространственное разрешение при формировании изображения объекта, располагаемого между ионизирующим излучением 8 и подложкой 2.In the process, an ionizing radiation 8 (x-ray, gamma radiation, electron radiation) acts on the matrix converter of ionizing radiation from the side of the substrate 2. The effect of ionizing radiation 8 on the phosphor layers 7 causes radiation 9 (11), formed in the form of beams from each individual channel 3. Each of the radiation beams 9 (11) has a cross-sectional size corresponding to the nanoscale diameter of channel 3, which provides high spatial resolution when forming an image of an object located between the ionizing radiation 8 and the substrate 2.

Claims

1. Matrix converter of ionizing radiation, including channels, each of which has a bottom on one side and goes to the surface of the matrix on the other hand, in each channel there is a phosphor sensitive to ionizing radiation, characterized in that the matrix with channels is made of nanoporous anode aluminum oxide, and the phosphor is placed in a layer on the walls and bottom of the channels.

2. The matrix ionizing radiation converter according to claim 1, characterized in that the phosphor is terbium doped xerogel of aluminum oxide or terbium doped xerogel of garnet or xerogel of willemite doped with manganese ions or xerogel of titanium doped with strontium and terbium.

3. A matrix converter of ionizing radiation, including channels, each of which has a bottom on one side and goes to the surface of the matrix on the other hand, in each channel there is a phosphor sensitive to ionizing radiation, characterized in that the matrix with channels is made of nanoporous anode aluminum oxide, the phosphor is placed in a layer on the walls and the bottom of the channels, the phosphor used is terbium-doped xerogel of aluminum oxide or terbium-doped xerogel of garnet or xerogel ville one doped with manganese, xerogel or titanium oxide doped with strontium and terbium.