RU2056638C1 - Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующих излучений высоких энергий (варианты) - Google Patents
Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующих излучений высоких энергий (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2056638C1 RU2056638C1 SU5036881A RU2056638C1 RU 2056638 C1 RU2056638 C1 RU 2056638C1 SU 5036881 A SU5036881 A SU 5036881A RU 2056638 C1 RU2056638 C1 RU 2056638C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cef
- cdf
- ionizing radiation
- fluoride
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Использование: в области сцинтилляционных материалов для регистрации ионизирующих излучений высоких энергий. Сущность изобретения: предложены высокочастотные
(ρo= 6,12 г/см3)
и радиационностойкие (109 рад) материалы, которые можно применять в качестве сцинтилляторов в системах регистрации ионизирующих излучений, в частности в электромагнитных калориметрах. Монокристаллические материалы представляют собой твердый раствор на основе CdF2 с добавкой фторида RF3, где R - церий, лантан или их смесь, соответствующий эмпирическим формулам Cd1 - xClxF2 + x, Cd0 , 9 9 La0 , 0 1F2 , 0 1, Cd0 , 9 8La0 , 0 1 Cl0 , 0 1 F2 , 0 1. Другой материал представляет собой твердый раствор на основе монокристаллического фторида церия с добавкой фторида кадмия, соответствующей эмпирической формуле Cl0 , 9 9 5 Cd0 , 0 0 5 F2 , 9 9 5. Монокристаллы выращены методом Бриджмена-Стокбаргера в графитовых тиглях во фторирующей атмосфере. 2 с. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
(ρo= 6,12 г/см3)
и радиационностойкие (109 рад) материалы, которые можно применять в качестве сцинтилляторов в системах регистрации ионизирующих излучений, в частности в электромагнитных калориметрах. Монокристаллические материалы представляют собой твердый раствор на основе CdF2 с добавкой фторида RF3, где R - церий, лантан или их смесь, соответствующий эмпирическим формулам Cd1 - xClxF2 + x, Cd0 , 9 9 La0 , 0 1F2 , 0 1, Cd0 , 9 8La0 , 0 1 Cl0 , 0 1 F2 , 0 1. Другой материал представляет собой твердый раствор на основе монокристаллического фторида церия с добавкой фторида кадмия, соответствующей эмпирической формуле Cl0 , 9 9 5 Cd0 , 0 0 5 F2 , 9 9 5. Монокристаллы выращены методом Бриджмена-Стокбаргера в графитовых тиглях во фторирующей атмосфере. 2 с. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области создания высокоплотных и радиационностойких материалов, применяемых в качестве сцинтилляторов в системах регистрации ионизирующих излучений в физике высоких энергий, ядерной медицине и других областях.
Рост интенсивностей пучков на новых экспериментальных установках современных ускорителей и необходимость работы в жестких радиационных условиях обуславливают интерес к радиационной стойкости используемых материалов. Это особенно актуально для электромагнитных калориметров, элементы конструкций которых должны выдерживать радиационные нагрузки больше 107 рад/г. Известно, что электромагнитные калориметры, в которых используются тяжелые сцинтилляторы, позволяют получить требуемое высокое энергетическое разрушение. Это ограничивает круг пригодных материалов высокоплотными оптическими средами (6-8 г/см3 и выше). Такие материалы должны иметь пропускание не хуже 80% в УФ-области спектра при длинах волн λ 200-300 нм.
Среди фторидов металлов известен ряд соединений LaF3, CaF2, SrF3, BaF2 и др. имеющих радиационную стойкость 105-106 рад при плотности ρ 4,24-5,95 г/см3.
Ближайшими к предлагаемому материалу на основе CdF2 являются монокристаллы дифторида тяжелого металла SrF2 ( ρ4,24 г/см3, λ= 200 нм), имеющие радиационную стойкость 8 · 105 рад [1] Однако этот материал, обладающий хорошими характеристиками, имеет недостаточно высокую плотность и радиационную стойкость для работы современных систем регистрации ионизирующих излучений высоких энергий.
Ближайшими к предлагаемому материалу на основе СеF3 являются монокристаллы СеF3 ( ρ 6,12 г/см3, λ 300 нм), имеющие радиационную стойкость 107 рад [2] Хотя этот материал имеет более высокую плотность и радиационную стойкость, чем монокристаллы SrF2, однако эти показатели все еще низки для работы современных систем регистрации ионизирующих излучений высоких энергий.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является увеличение радиационной стойкости и повышение плотности монокристаллов.
Технический результат достигается тем, что полученные монокристаллы представляют собой твердые растворы на основе CdF2 и CeF3 и соответствуют эмпирическим формулам
Cd1-xCexF2+x (x 0,01-0,03);
Cd0,99La0,01F2+0,01;
Cd0,98Ce0,01La0,01F2+0,02;
Ce0,995Cd0,005F2,995.
Cd1-xCexF2+x (x 0,01-0,03);
Cd0,99La0,01F2+0,01;
Cd0,98Ce0,01La0,01F2+0,02;
Ce0,995Cd0,005F2,995.
Монокристаллические материалы указанных составов выращивались методом Бриджмена-Стокбаргера в графитовых тиглях во фторирующей атмосфере, создаваемой продуктами пиролиза тетрафторэтилена. Скорость опускания тигля из горячей зоны в холодную составляла 3 мм/ч. Для кристаллизации использовались реактивы CdF2, CeF3 и LaF3 марки ОСЧ. Хотя при выращивании кристаллов Сe1-xCdxF3-x исходная концентрация CdF2 в шихте составляла 1-8 мол. во всех кристаллах содержание CdF2 составило лишь≈0,005 мол. что связано с испарением CdF2 в процессе выращивания.
Кристаллы, полученные на основе CdF2, принадлежат к кубической сингонии (пространственная группа Fm3m), а кристаллы, полученные на основе CeF3, к тригональной сингонии (пространственная группа R3c1).
В таблице представлены данные по радиационной стойкости, плотности и спектру пропускания предложенных и известных материалов. На фиг. 1, 2 и 3 представлен их спектр пропускания после облучения дозой 109 рад.
Смешанные монокристаллы, выращенные на основе CdF3 и CeF3, имеют более высокую радиационную стойкость и плотность, чем монокристаллы SrF2 и CeF3 (таблица, фиг. 1).
Как видно из таблицы, при выращивании смешанных кристаллов на основе CdF2 м CeF3 решаются задачи повышения радиационной стойкости и плотности материала. Это достигается, с одной стороны, введением CdF2 в CeF3 в количестве 0,005 мас. а с другой стороны, получением кристаллов твердых растворов на основе CdF2 с содержанием либо CeF3 1-3 мол. либо LaF3 1 мол. либо по 1 мол. как CeF3, так и LaF3.
При концентрации CeF3 или LaF3 меньше 1 мол. радиационная стойкость не достигает 109 рад, при содержании CeF3 или LaF3 больше 3 мол. радиационная стойкость не поднимается выше 109 рад, а плотность материала уменьшается, что нежелательно. Поэтому выбрана оптимальная концентрация введения добавок CeF3 и LaF3 в монокристаллы CdF2.
Таким образом, введение CdF2 в монокристаллы CeF3 повышает их радиационную стойкость на два порядка практически без изменения плотности материала и без смещения края оптического пропускания в УФ-области по сравнению с СeF3. Получение смешанных монокристаллов на основе CaF2 с добавлением CeF3 и LaF3 в количестве 1-3 мол. повышает радиационную прочность также на два порядка, а плотность материала на 8% облегчает процесс выращивания кристалла, поскольку температура плавления этих составов на 350о ниже, чем температура плавления СeF3.
П р и м е р 1. Для выращивания монокристаллов Ce0,995Cd0,005F2,995 используют исходные предварительно проплавленные во фторирующей атмосфере реактивы CeF3 и CdF2 марки ОСЧ. Берут навеску СeF3 и CdF2 в отношении 99-92 и 1-8 мол. соответственно. Навески помещают в графитовый тигель, который нагревается в графитовой двухзонной печи сопротивления до температуры 1470-1490oС, расплав гомогенизируется и фторируется продуктами пиролиза тетрафторэтилена в течение 1 ч. Затем тигель с расплавом опускают из верхней более горячей в нижнюю тепловую зону со скоростью 3 мм/ч, в результате чего получают монокристаллы Ce0,995Cd0,005F2,995. Из выращенного кристалла вырезают образцы, механически полируют их, исследуют спектры пропускания и радиационную стойкость. Спектр пропускания выращенного кристалла Сe0,995Cd0,005F2,995 до и после γ-облучения представлен на фиг. 1.
П р и м е р 2. Для выращивания монокристаллов состава Cd0,99Ce0,01F2,01 берут навеску реактивов CdF2 и CeF3 марки ОСЧ, предварительно проплавленные во фторирующей атмосфере, в отношении 99 и 1 мол. соответственно. Тигель с готовыми навесками устанавливают в двухзонную графитовую печь сопротивления и нагревают до температуры 1075оС. После того, как расплав гомогенизируется и профторируется в течение 1 ч, тигель опускают из верхней горячей зоны в нижнюю со скоростью 3 мм/ч, в результате чего происходит рост монокристалла состава Cd0,99Ce0,01C2,01, из которого затем получают образцы нужного размера, полируют их и исследуют спектры оптического пропускания и радиационную стойкость. Спектр пропускания кристалла состава Сd0,99Ce0,01F2,01 до и после γ -облучения показан на фиг. 2.
П р и м е р 3. Для получения монокристаллов состава Сd0,99La0,01F2,01 готовят навески из проплавленных во фторирующей атмосфере реактивов CdF2 и LaF3 марки ОСЧ в отношении 99 и 1 мол. соответственно. Навески засыпают в тигель, который помещают в графитовую двухзонную печь сопротивления. Верхнюю зону нагревают до температуры 1075оС в течение 1 ч, расплав гомогенизируется и фторируется продуктами пиролиза тетрафторэтилена. Затем тигель с расплавом опускают в нижнюю более холодную зону со скоростью 3 мм/ч. Таким образом, получают монокристалл состава Сd0,99La0,01F2,01, вырезают из него образцы, механически полируют их и исследуют на спектры пропускания и радиационную стойкость. Спектр пропускания кристалла Cd0,99La0,01F2,01 до и после γ -облучения приведен на фиг. 3 (кривая 1).
П р и м е р 4. Для получения монокристалла состава Cd0,98La0,01Ce0,01F2,02 готовят навески из предварительно проплавленных реактивов CdF2, LaF3, CeF3 марки ОСЧ в соотношении 98:1:1 мол. соответственно. Все последующие операции выполняют, как описано в примерах 2 и 3. Спектр пропускания кристалла Cd0,98La0,01Ce0,01F2,02 до и после γ -облучения представлен на фиг. 3 (кривая 2).
На фиг. 1-3 видно, что спектры пропускания полученных материалов не изменяются после γ -облучения с дозой 109 рад.
Таким образом, выращенные монокристаллы представляют собой оптические материалы с плотностью 6,12-6,64 г/см3 и характеризуются радиационной прочностью 109 рад, что делает возможным их использование в качестве сцинтилляционных регистраторов ионизирующих излучений в физике высоких энергий и других областях.
Claims (2)
1. Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующих излучений высоких энергий, содержащий монокристаллический дифторид тяжелого металла, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавку фторида RF3, где R - церий, лантан или их смесь, а в качестве тяжелого металла используют кадмий, при этом фториды образуют твердый раствор в соответствии с эмпирическими формулами
Cd1 - xCexF2 + x (x=0,01-0,03);
Cd0 , 9 9 La0 , 0 1 Fe2 , 0 1;
Cd0 , 9 8 La0 , 0 1 Ce0 , 0 1 Fe2 , 0 1.
Cd1 - xCexF2 + x (x=0,01-0,03);
Cd0 , 9 9 La0 , 0 1 Fe2 , 0 1;
Cd0 , 9 8 La0 , 0 1 Ce0 , 0 1 Fe2 , 0 1.
2. Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующих излучений высоких энергий, содержащий монокристаллический фторид церия CeF3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавку фторида кадмия CaF2, при этом фториды образуют твердый раствор в соответствии с эмпирической формулой Ce0 , 9 9 5 Cd0 , 0 0 5 F2 , 9 9 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036881 RU2056638C1 (ru) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующих излучений высоких энергий (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036881 RU2056638C1 (ru) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующих излучений высоких энергий (варианты) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2056638C1 true RU2056638C1 (ru) | 1996-03-20 |
Family
ID=21601641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5036881 RU2056638C1 (ru) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующих излучений высоких энергий (варианты) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2056638C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2423771A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-06 | Gen Electric | Scintillator compositions of cerium halides |
RU2467354C1 (ru) * | 2011-04-29 | 2012-11-20 | Закрытое акционерное общество "ИНКРОМ" (ЗАО "ИНКРОМ") | Быстрый сцинтилляционный материал на основе фторида бария и способ его получения (варианты) |
-
1992
- 1992-04-13 RU SU5036881 patent/RU2056638C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. G.I.Britvich, A.I.Peresypkin, V.G.Vasil'chenko, E.A.Krivandina, B.P.Spbolev, E.G.Devitsin, Yu.I.Hovsepyan, V.A.Kozlov, T.V.Uvarova. A study on the characteristics of some materials for electromagnetic calorimeters, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1991, A 308, p.509-513. 2. D.F.Anderson. Properties of the ligh-deneity Scintillator cerium fluoride. IEEE Trans. Nucl. Sci., 1989, v.36, n 1, p.137-140. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2423771A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-06 | Gen Electric | Scintillator compositions of cerium halides |
GB2423771B (en) * | 2005-03-04 | 2009-10-14 | Gen Electric | Scintillator compositions of cerium halides, and related articles and processes |
RU2467354C1 (ru) * | 2011-04-29 | 2012-11-20 | Закрытое акционерное общество "ИНКРОМ" (ЗАО "ИНКРОМ") | Быстрый сцинтилляционный материал на основе фторида бария и способ его получения (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nitsche | Crystal growth and electro‐optic effect of bismuth germanate, Bi4 (GeO4) 3 | |
Yongzong | Growth of high quality large Nd: YAG crystals by temperature gradient technique (TGT) | |
Földvári et al. | Growth and properties of Bi2TeO5 single crystals | |
Dubois et al. | Neutron powder diffraction studies of transition metal hemicarbides M2C1− x—I. Motivation for a study on W2C and Mo2C and experimental background for an in situ investigation at elevated temperature | |
Shand | Single crystal growth and some properties of LiYF4 | |
Zhang et al. | Crystal Growth and Optimization of Cs 2 LiLaBr 6 Scintillator via the Cs 2 LaBr 5-LiBr Phase Diagram Construction | |
RU2056638C1 (ru) | Сцинтилляционный материал для регистрации ионизирующих излучений высоких энергий (варианты) | |
Wilcox et al. | Growth of KTaO3‐KNbO3 Mixed Crystals | |
Boucherle et al. | Structures of Ce2Sn5 and Ce3Sn7, two superstructures of CeSn3 | |
Kozuki et al. | Metastable crystal growth of the low temperature phase of barium metaborate from the melt | |
Morrison | Some properties of Bi12TiO20 and the system Bi2O3-TiO2 | |
Radomska et al. | Phase diagram and growth of single crystals in the anthracene-acridine binary system | |
Matskevich et al. | Crystal Growth and Heat Capacity of Lithium Molybdate Tungstates | |
Prokofiev et al. | Growth and characterization of photorefractive Bi12TiO20 single crystals | |
Hurst et al. | Crystal growth and neutron characterization of potassium niobate | |
Sole et al. | Stabilization of β-BaB2O4 in the system BaB2O4–Na2O–Nd2O3 | |
Murthy et al. | Growth and characterization of large-size bismuth germanate single crystals by low thermal gradient Czochralski method | |
Rao et al. | Mixed methyl‐(2, 4‐dinitrophenyl)‐aminopropanoate: 2‐methyl‐4‐nitroaniline crystal− a new nonlinear optical material | |
Vohl | Synthesis and crystal growth of CdGeP 2 | |
Cockayne et al. | Single crystal growth of 12 CaO· 7 Al2O3 | |
Finch et al. | Flux growth and characterization of hexagonal germanium dioxide single crystals | |
Fedorov et al. | Revised phase diagrams of LiF-RF3 (R= La-Lu, Y) systems | |
Milstein et al. | The growth of single crystals of cubic laves phase compounds in the Ho Tb Fe system | |
Catalano et al. | Single-crystal growth of MF2: UF4: CeF3 (M= Ca, Sr, Ba) solid solutions | |
Mikkelsen Jr | Critical examination of Ga2Se3 phase equilibria |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
REG | Reference to a code of a succession state |
Ref country code: RU Ref legal event code: MM4A Effective date: 20090414 |