RU2094823C1 - Inorganic scintillator - Google Patents
Inorganic scintillator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094823C1 RU2094823C1 RU95102602A RU95102602A RU2094823C1 RU 2094823 C1 RU2094823 C1 RU 2094823C1 RU 95102602 A RU95102602 A RU 95102602A RU 95102602 A RU95102602 A RU 95102602A RU 2094823 C1 RU2094823 C1 RU 2094823C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hgi
- electron beams
- radiation
- density
- heavy
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сцинтилляционных детекторов ионизирующих излучений, преимущественно к области сцинтилляционных детекторов для визуализации и регистрации импульсных пучков электронов высокой плотности. The invention relates to the field of scintillation detectors of ionizing radiation, mainly to the field of scintillation detectors for visualizing and recording pulsed electron beams of high density.
Известны неорганические сцинтилляторы для регистрации импульсных пучков электронов на основе NaI-Tl, CsI-Tl, Bi4Ge3O12 и другие [1, 2] Они обладают достаточно высокими эффективными атомными номерами соответственно Zэфф= 49,8; 54, 71,7, т.е. пригодны для регистрации высокоэнергетического излучения. Однако известные сцинтилляторы чувствительны ко всем видам излучения, т. е. они не обладают необходимой избирательностью: с их помощью на фоне ядерных α-, β-, γ -излучений не могут быть выделены подлежащие регистрации импульсные пучки электронов высокой плотности, создаваемые сильноточными ускорителями.Inorganic scintillators are known for detecting pulsed electron beams based on NaI-Tl, CsI-Tl, Bi 4 Ge 3 O 12 and others [1, 2] They have sufficiently high effective atomic numbers, respectively, Z eff = 49.8; 54, 71.7, i.e. suitable for recording high-energy radiation. However, the known scintillators are sensitive to all types of radiation, i.e., they do not have the necessary selectivity: with their help, high-density pulsed electron beams generated by high-current accelerators cannot be detected against the background of nuclear α, β, and γ radiation.
Известны детекторы g и рентгеновского излучения на основе кристаллов иодида ртути, использующие полупроводниковые свойства этого материала [1, 3-9] т.е. известны полупроводниковые детекторы на основе HgI2 красной, тетрагональной модификации.Known detectors g and x-ray radiation based on crystals of mercury iodide using the semiconductor properties of this material [1, 3-9] ie semiconductor detectors based on HgI 2 red, tetragonal modification are known.
Детекторы на основе тетрагональной HgI2 обладают параметрами [1, 3-9]
плотность, г/см3 6,38
точка плавления, oC 250
температура фазового перехода, oC в желтую модификацию 127
ширина запрещенной зоны при 300 К, эВ 2,13 (582 нм)
диэлектрическая постоянная 9,2
среднее время жизни носителей заряда:
электронов, мкс 1,0 [1]
дырок, мкс 3,5 [1]
диапазон регистрируемых энергий, кэВ 1 1000
напряжение смещения, В 200 2000
ток утечки, пА 50 100
энергетическое разрешение:
неохлаждаемые детекторы, эВ 750 30000 [1]
охлаждаемые детекторы, эВ 200 653 [8]
Во всех известных публикациях кристаллы иодида ртути используют в качестве прямозонного полупроводникового детектора излучения [1, 3-9] Так в патенте США [9] описаны комбинированный детектор, содержащий сцинтиллятор и тело из двуиодистой ртути. Ионизирующее излучение регистрируется сцинтиллятором. Световая вспышка, возникающая в сцинтилляторе, попадает затем на тело из HgI2. Тело из HgI2 используется как полупроводниковый детектор, в нем, в HgI2 возникает ток под действием световой вспышки, поступающий от сцинтиллятора.Detectors based on tetragonal HgI 2 have parameters [1, 3-9]
density, g / cm 3 6.38
melting point, o C 250
phase transition temperature, o C to yellow modification 127
band gap at 300 K, eV 2.13 (582 nm)
dielectric constant 9.2
average carrier lifetime:
Electrons, μs 1.0 [1]
holes, µs 3.5 [1]
recorded energy range, keV 1 1000
bias voltage, V 200 2000
leakage current, pA 50 100
energy resolution:
uncooled detectors, eV 750 30000 [1]
cooled detectors, eV 200 653 [8]
In all known publications, mercury iodide crystals are used as a direct-gap semiconductor radiation detector [1, 3–9]. Thus, US patent [9] describes a combined detector containing a scintillator and a body of mercury. Ionizing radiation is detected by a scintillator. A light flash arising in the scintillator then hits the body from HgI 2 . The body of HgI 2 is used as a semiconductor detector, in it, in HgI 2 , current arises under the action of a light flash coming from the scintillator.
Проводимые систематические исследования кристаллов иодида ртути HgI2 (тетрагональной, красной модификации) позволили обнаружить возникающие в этих кристаллах при комнатной температуре 295-300 К световые вспышки (сцинтилляции) непосредственно при воздействии на них импульсных электронных пучков высокой плотности 300 ± 100 А/см2 при энергии 160 200 кэВ. Во всех известных публикациях по дииодиду ртути других авторов такого эффекта не было обнаружено. Особенностью кристаллов HgI2 является их избирательность, а именно то, что сцинтилляции в них наблюдаются только в случае возбуждения импульсными электронными пучками высокой плотности, тогда как возбуждение их a-частицами (Pu 239, E 5,12 МэВ) или b-частицами (γ-90; Sr-90, E
Спектральная область импульсного свечения иодида ртути 515 615 нм. Максимум спектра излучения расположен при 575 580 нм при крае поглощения 589 590 нм. The spectral region of the pulsed emission of mercury iodide is 515 615 nm. The maximum of the emission spectrum is located at 575 580 nm with an absorption edge of 589 590 nm.
На чертеже приведен спектр сцинтилляционной вспышки. The drawing shows a spectrum of scintillation flash.
Собственное свечение HgI2 с максимумом при 575 580 нм носит надкраевой характер. Оно обусловлено излучательной рекомбинацией нерелаксированных электронов и дырок вблизи дефектов решетки иодида ртути. Рекомбинация носит электронно-колебательный характер, линейность спектра свечения при однократном возбуждении говорит об участии фононов в этом процессе (чертеж, кривая 1). При импульсно-периодическом воздействии спектр фононных повторений размывается (чертеж, кривая 2), однако характер электронно-колебательной люминесценции остается надкраевым с максимумом при 575 -580 нм. Под действием импульсных электронных пучков в кристаллах HgI2 наблюдается желтовато-оранжевые вспышки. Сцинтилляционная эффективность иодида ртути составляет Cотн= 10,1% относительно таковой для эталона CsI-Tl. Это неожиданный результат. Если учесть, что основная часть собственного излучения HgI2 с длиной волны lизл 575-580 нм поглощается кристаллом (последний прозрачен лишь до 582 590 нм), то величину Cотн= 10,1% следует считать аномально высокой. Поскольку при обычном возбуждении кристаллов иодида ртути (при возбуждении α-, β-, γ -излучением радионуклидов) сцинтилляционная эффективность близка к нулю, наблюдаемая аномально высокая сцинтилляционная эффективность кристаллов HgI2 Cотн= 10,1% при воздействии на них сильноточных импульсных электронных пучков нано- и пикосекундного диапазона высокой плотности может быть обусловлена только пороговыми плотностными эффектами перколяционного характера. Этому способствует невысокая энергия образования пары носителей заряда (электрона и дырки), равная W 4,2 эВ. [1]
В затухании сцинтилляций HgI2 наблюдается только одна компонента экспоненциального характера с длительностью 2,1 ± 0,07 мкс, что соизмеримо с временем жизни дырок 2,5 мкс [1] в HgI2. По-видимому, рекомбинационный процесс, ответственный за сцинтилляции в HgI2 определяется дырочной компонентой.The intrinsic luminescence of HgI 2 with a maximum at 575 580 nm is supra marginal. It is due to radiative recombination of unrelaxed electrons and holes near the lattice defects of mercury iodide. Recombination is of an electronic-vibrational nature, the linearity of the luminescence spectrum with a single excitation indicates the participation of phonons in this process (drawing, curve 1). Under pulsed-periodic exposure, the phonon repetition spectrum is blurred (drawing, curve 2), however, the nature of the electron-vibrational luminescence remains over-edge with a maximum at 575-580 nm. Under the action of pulsed electron beams, yellowish-orange flashes are observed in HgI 2 crystals. The scintillation efficiency of mercury iodide is C rel = 10.1% relative to that for the CsI-Tl standard. This is an unexpected result. If we consider that the bulk of the intrinsic radiation HgI 2 with the wavelength l rad 575-580 nm absorbed by the crystal (the latter is transparent only to 582 590 nm), the C value = 10.1% RH should be considered abnormally high. Since the scintillation efficiency is close to zero during normal excitation of mercury iodide crystals (when excited by α-, β-, γ-radiation of radionuclides), the anomalously high scintillation efficiency of HgI 2 C crystals is rel = 10.1% when high-current pulsed electron beams are exposed to them the nano- and picosecond high-density ranges can be caused only by threshold density effects of a percolation nature. This is facilitated by the low energy of formation of a pair of charge carriers (electron and hole), equal to W 4.2 eV. [one]
In the decay of HgI 2 scintillations, only one component of an exponential nature is observed with a duration of 2.1 ± 0.07 μs, which is comparable with the hole lifetime of 2.5 μs [1] in HgI 2 . Apparently, the recombination process responsible for scintillation in HgI 2 is determined by the hole component.
Как видно из таблицы, предлагаемый сцинтиллятор на основе HgI2 обладает более высоким эффективным атомным номером Zэфф= 67,3, нежели широко применяемый промышленный сцинтиллятор CsI-Tl, т.е. он более, нежели эталон, пригоден для регистрации высокоэнергетического излучения высокой плотности.As can be seen from the table, the proposed scintillator based on HgI 2 has a higher effective atomic number Z eff = 67.3 than the widely used industrial CsI-Tl scintillator, i.e. it is more than a standard suitable for recording high-energy radiation of high density.
Основным преимуществом предлагаемого сцинтиллятора на основе HgI2 в сравнении с эталоном CsI-Tl и другими известными сцинтилляторами является его избирательность к электронным сильноточным пучкам нано- и пикосекундной длительности, он их уверенно (с эффективностью 10,1% относительно CsI-Tl) регистрирует на фоне ядерных a-, β-, γ -излучений, оставаясь практически нечувствительным к последним как сцинтиллятор.The main advantage of the proposed scintillator based on HgI 2 in comparison with the CsI-Tl standard and other known scintillators is its selectivity to high-current electron beams of nano- and picosecond duration, it confidently registers them (with an efficiency of 10.1% against CsI-Tl) against the background nuclear a-, β-, γ-radiation, remaining practically insensitive to the latter as a scintillator.
Исполизованная литература:
1. Горн Л.С, Хазанов Б.И. Современные приборы для измерения ионизирующих излучений. Энергоатомиздат. М. 1989, 232 с.Used literature:
1. Horn L.S., Khazanov B.I. Modern instruments for measuring ionizing radiation. Energoatomizdat. M. 1989, 232 p.
2. ШульгинБ.В. Полупанова Т.И. Кружалов А.В. Скориков В.М. Ортогерманат висмута. Внешторгиздат, Екатеринбург, 1992. 2. Shulgin B.V. Polupanova T.I. Kruzhalov A.V. Skorikov V.M. Bismuth orthogermanate. Vneshtorgizdat, Yekaterinburg, 1992.
3. Авчиев И.А. Платова А.И. Полупроводниковые детекторы в технике ядерно-физических измерений. Обзорная информация ВНИИГПЭ. Важнейшие изобретения года. Серия техническая физика, М. 1987, с. 22 26. 3. Avchiev I.A. Platova A.I. Semiconductor detectors in the technique of nuclear physical measurements. Overview of VNIIGPE. The most important inventions of the year. Series Technical Physics, M. 1987, p. 22 26.
4. Van den Berg L. Wited R.C.//IEEE Trans. Nucl. Sci. 1978, v. 25, N 1, p. 395 397. 4. Van den Berg L. Wited R.C. //IEEE Trans. Nucl. Sci. 1978, v. 25, N 1, p. 395 397.
5. Залетин В.М. Ножкина И.Н. Фомин В.И. и др. Атомная энергия, 1980, т. 48, вып. 3, с. 169 172, 1982, т. 52, вып. 3, с. 193 195. 5. Zaletin V.M. Nozhkina I.N. Fomin V.I. et al. Atomic Energy, 1980, v. 48, no. 3, p. 169 172, 1982, v. 52, no. 3, p. 193 195.
6. Dabrowsky A.I. et al. Nucl. Instrum and Methods. 1983, v. 213, N 1, p. 89 94. 6. Dabrowsky A.I. et al. Nucl. Instrum and Methods. 1983, v. 213, N 1, p. 89 94.
7. Гайслер В. А. Залетин В.М. и др. Дииодид ртути. Наука, Новосибирск, 1984, 104 с. 7. Geisler V. A. Zaletin V. M. et al. Mercury diiodide. Science, Novosibirsk, 1984, 104 pp.
8. Ревенко А.Г. Заводская лаборатория, 1992, N 6, с. 12 19. 8. Revenko A.G. Factory Laboratory, 1992, N 6, p. 12 19.
9. Патент США N 4613756, 1986, G 01 T 1/24. 9. US patent N 4613756, 1986, G 01 T 1/24.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95102602A RU2094823C1 (en) | 1995-02-23 | 1995-02-23 | Inorganic scintillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95102602A RU2094823C1 (en) | 1995-02-23 | 1995-02-23 | Inorganic scintillator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95102602A RU95102602A (en) | 1997-04-27 |
RU2094823C1 true RU2094823C1 (en) | 1997-10-27 |
Family
ID=20165069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95102602A RU2094823C1 (en) | 1995-02-23 | 1995-02-23 | Inorganic scintillator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2094823C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2577088C2 (en) * | 2013-10-15 | 2016-03-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Государственный Научный Центр Российской Федерации-Институт Физики Высоких Энергий" | Scintillation radiation-resistant detector |
-
1995
- 1995-02-23 RU RU95102602A patent/RU2094823C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Горн Л.С., Хазанов В.И. Современные приборы для измерения ионизирующих излучений. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 232. Патент США N 4613756, кл. G 01 T 1/24, 1986. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2577088C2 (en) * | 2013-10-15 | 2016-03-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Государственный Научный Центр Российской Федерации-Институт Физики Высоких Энергий" | Scintillation radiation-resistant detector |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95102602A (en) | 1997-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6697490B2 (en) | Radiation detector for imaging applications with stabilized light output | |
Yoneyama et al. | Evaluation of GAGG: Ce scintillators for future space applications | |
Kim et al. | Neutrino-less double beta decay experiment using Ca $^{100} $ MoO $ _ {4} $ scintillation crystals | |
US8044357B2 (en) | Radiation dosimeter and radiation dose computing program | |
Sun et al. | Fast light of CsI (Na) crystals | |
Silva | Ionizing radiation detectors | |
Reeder | Neutron detection using GSO scintillator | |
Van Sciver | Alkali halide scintillators | |
Swiderski et al. | Boron-10 loaded BC523A liquid scintillator for neutron detection in the border monitoring | |
Lund et al. | Indium phosphide particle detectors for low energy solar neutrino spectroscopy | |
Furuno et al. | Response of the GAGG (Ce) scintillator to charged particles compared with the CsI (Tl) scintillator | |
Van Eijk | Fast scintillators and their applications | |
RU2094823C1 (en) | Inorganic scintillator | |
Salakhutdinov et al. | Nonlinear effects in scintillation detectors | |
Carrier et al. | Recent results in scintillation detection with silicon avalanche photodiodes | |
McGregor et al. | Physical sensors: radiation sensors | |
KR950001738B1 (en) | Detection of nuclear radiation | |
RU86323U1 (en) | FAST SCINTILLATION NEUTRAL RADIATION DETECTOR | |
Wonders et al. | Assessment of modern silicon photomultiplier radiation hardness in a nuclear security context | |
Rout et al. | Copious low energy emissions from palladium loaded with hydrogen or deuterium | |
Khan et al. | Search for a new Li-based scintillator for neutron detection | |
RU2173469C2 (en) | Method for detecting and recording charged particles | |
Birks et al. | 22.—Organic Scintillators with Improved Timing Characteristics. | |
RU2088952C1 (en) | Ionizing radiation detector | |
RU175876U1 (en) | SCYNTIC DETECTOR WITH A PICOSECOND TIME RESOLUTION BASED ON CsF |