RU2233916C1 - Method of production of scintillation monocrystalline lutecium-yttric aluminate - Google Patents

Method of production of scintillation monocrystalline lutecium-yttric aluminate Download PDF

Info

Publication number
RU2233916C1
RU2233916C1 RU2003106137/15A RU2003106137A RU2233916C1 RU 2233916 C1 RU2233916 C1 RU 2233916C1 RU 2003106137/15 A RU2003106137/15 A RU 2003106137/15A RU 2003106137 A RU2003106137 A RU 2003106137A RU 2233916 C1 RU2233916 C1 RU 2233916C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aluminate
yttrium
oxide
production
crystals
Prior art date
Application number
RU2003106137/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003106137A (en
Inventor
А.Н. Анненков (RU)
А.Н. Анненков
Михаил Васильевич Коржик (BY)
Михаил Васильевич Коржик
В.Д. Лигун (RU)
В.Д. Лигун
Original Assignee
Анненков Александр Николаевич
Михаил Васильевич Коржик
Лигун Владимир Дмитриевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анненков Александр Николаевич, Михаил Васильевич Коржик, Лигун Владимир Дмитриевич filed Critical Анненков Александр Николаевич
Priority to RU2003106137/15A priority Critical patent/RU2233916C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2233916C1 publication Critical patent/RU2233916C1/en
Publication of RU2003106137A publication Critical patent/RU2003106137A/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: production of chips.
SUBSTANCE: the invention presents a method of production of crystals, in particular it is dealt with production of monocrystals of lutecium - yttric aluminate and may be used at production of the scintillation elements used in detectors of ionizing radiations in medical troubleshooting instrumentation. The method of production of a monocrystal of lutecium - yttric aluminate, activated with admixture of Се by Chokhralsky method, provides for growing up a monocrystal by its drawing from the charge melt containing Al 2 O 3 aluminum oxide as inoculum from iridic crucibles at the temperature of the melt from 1900 up to 2000°С, and the rate of the inoculum drawing out of the melt of 0.1 up to 8.0 mm / h, the rate of its rotation - from 2.5 up to 30 minutes-1 and the rates of the monocrystal cooling after the end of the growing process - from 50 up to 500° С/h. At that as the inoculum they use a monocrystal of aluminate of yttrium or a monocrystal of aluminate of yttrium with the content of admixture of the rare-earth ions of no more than 1 mass percent. The initial charge is added with oxide of lutecium Lu2O3 and oxide of yttrium Y2O3 in a molar ratio from 1 up to 20 and with the molar ratio of their total content with the above mentioned aluminum oxide Al2O3 from 0.95 up to 1.05 of a stoichiometry and admixture of ceric oxide CeO2, in the amount providing in an off-the shelf crystal the share of Се from 0.01 up to 0.9 mass percents. The growing is conducted in a gaseous medium composed of the noble gases with a share of oxygen - in the limits from 10-6 up to 1 volumetric percent. The offered method provides substantial improvement of the optical properties of the crystals and an increase of their light output.
EFFECT: method provides substantial improvement of the optical properties of the crystals and an increase of their light output.
5 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к способам получения кристаллов, а именно к способу получения монокристаллов лютеций-иттриевого алюмината, и может быть использовано при изготовлении сцинталляционных элементов, применяемых в детекторах ионизирующих излучений в медицинской диагностирующей аппаратуре [1, 2].The invention relates to methods for producing crystals, namely to a method for producing single crystals of lutetium-yttrium aluminate, and can be used in the manufacture of scintillation elements used in ionizing radiation detectors in medical diagnostic equipment [1, 2].

Способом вытягивания из расплава по методу Чохральского получают монокристаллы различных типов, например, алюмината иттрия YАlO3:Се (ИАП) [3], ортогерманата висмута Bi4Ge3O12 (BGO) [4], двойного вольфрамата натрия - висмута NaBi(WO4)2 [5], вольфрамата свинца PbWO4 (PWO) [6], алюмината лютеция LuАlO3:Се [7] и других, применяемых в качестве сцинталляционных элементов в детекторах ионизирующих излучений.Single crystals of various types are obtained by the method of drawing from the melt according to the Czochralski method, for example, yttrium aluminate YАlO 3 : Ce (IAP) [3], bismuth orthogermanate Bi 4 Ge 3 O 12 (BGO) [4], double sodium tungstate - bismuth NaBi (WO 4 ) 2 [5], lead tungstate PbWO 4 (PWO) [6], lutetium aluminate LuАlO 3 : Се [7] and others used as scintillation elements in ionizing radiation detectors.

Известен способ получения монокристалла иттриевого алюмината, асктивированного примесью церия, по методу Чохральского вытягиванием из расплава из иридиевых тиглей [8, 9]. Полученный таким способом монокристалл иттриевого алюмината имеет световыход от 9000 до 14800 фот/МэВ [7, 10]. Однако относительно малая плотность 5,55 г/см3 не обеспечивает достаточную эффективность регистрации γ-квантов с энергией более 500 кэВ, что приводит к ухудшению пространственного разрешения томографического детектора.There is a method of producing a single crystal of yttrium aluminate, activated by an admixture of cerium, according to the Czochralski method by drawing from a melt from iridium crucibles [8, 9]. The yttrium aluminate single crystal obtained in this way has a light output of 9000 to 14800 ph / MeV [7, 10]. However, the relatively low density of 5.55 g / cm 3 does not provide sufficient detection efficiency of γ-quanta with an energy of more than 500 keV, which leads to a deterioration in the spatial resolution of the tomographic detector.

Сцинтилляционный монокристалл лютециевого алюмината имеет существенные преимущества перед широко используемыми монокристаллами алюмината иттрия, применяющимися в детекторах ионизирующих излучений [3]. В частности, обладая сравнимыми характеристиками световыхода, монокристалл лютециевого алюмината имеет большую плотность 8,34 г/см3 и эффективный заряд, а следовательно, обеспечивает лучшую эффективность регистрации γ-квантов с энергией более 500 кэВ, что позволяет улучшить чувствительность и пространственное разрешение за счет возможности уменьшения размеров детекторных элементов диагностической аппаратуры на основе сцинтилляционных детекторов.The scintillation single crystal of lutetium aluminate has significant advantages over the widely used single crystals of yttrium aluminate used in ionizing radiation detectors [3]. In particular, having comparable characteristics of the light output, a single crystal of lutetium aluminate has a higher density of 8.34 g / cm 3 and an effective charge, and therefore provides better detection efficiency of γ-quanta with an energy of more than 500 keV, which allows to improve sensitivity and spatial resolution due to the possibility of reducing the size of the detector elements of diagnostic equipment based on scintillation detectors.

Близким по совокупности существенных признаков является способ получения монокристалла лютециевого алюмината по методу Чохральского вытягиванием из расплава из иридиевых тиглей на вращающуюся иридиевую проволоку, при котором в исходную шихту входят оксид алюминия Аl2О3 и оксид лютеция Lu2О3, а также примесь оксида церия СеО2 в количестве, чтобы содержание церия в расплаве составило не более 5%, а процесс выращивания монокристалла производят при температуре расплава шихты, превышающей температуру плавления лютециевого алюмината на величину от 5% до 7% (от 2060 до 2100°С) [7].A similar set of essential features is the method for producing a single crystal of lutetium aluminate according to the Czochralski method by drawing from a melt from iridium crucibles onto a rotating iridium wire, in which Al 2 O 3 and lutetium oxide Lu 2 O 3 , as well as an admixture of cerium oxide are included in the initial charge CeO 2 in an amount so that the cerium content in the melt is not more than 5%, and the process of growing a single crystal is carried out at a charge melt temperature exceeding the melting temperature of lutetium aluminate by ve magnitude from 5% to 7% (from 2060 to 2100 ° C) [7].

Полученный таким способом монокристалл лютециевого алюмината имеет плотность 8,34 г/см3, световыход от 9000 до 14200 фот/МэВ, что позволяет использовать его в сцинтилляционных детекторах для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) [7].A single crystal of lutetium aluminate obtained in this way has a density of 8.34 g / cm 3 and a light output of 9000 to 14200 ph / MeV, which allows its use in scintillation detectors for positron emission tomography (PET) [7].

Однако при вытягивании сцинтилляционного монокристалла на иридиевую проволоку имеет место спонтанная кристаллизация, что приводит к существенному снижению воспроизводимости оптических свойств кристаллов и, как следствие, к уменьшению эффективности в использовании кристаллического материала для производства детекторных элементов. Вытягивание монокристалла лютециевого алюмината на ориентированную затравку из того же материала невозможно вследствие особенностей фазовой диаграммы состояний в системе Аl2О3-Lu2О3.However, when a scintillation single crystal is drawn onto an iridium wire, spontaneous crystallization takes place, which leads to a significant decrease in the reproducibility of the optical properties of crystals and, as a result, to a decrease in the efficiency in using crystalline material for the production of detector elements. Pulling a single crystal of lutetium aluminate onto an oriented seed from the same material is impossible due to the peculiarities of the phase state diagram in the Al 2 O 3 -Lu 2 O 3 system .

Техническая задача, которую решает данное изобретение, заключается в создании способа получения сцинтилляционного монокристалла лютеций-иттриевого алюмината (Lu-Y)AlO3, обладающего более высокими потребительскими свойствами по сравнению с аналогами, путем изменения технологии выращивания посредством изменения химического состава исходной шихты и физико-химических условий выращивания.The technical problem that this invention solves is to create a method for producing a scintillation single crystal of lutetium-yttrium aluminate (Lu-Y) AlO 3 , which has higher consumer properties compared to analogs, by changing the growing technology by changing the chemical composition of the initial charge and physical chemical growing conditions.

Предлагаемый способ получения сцинтилляционного монокристалла лютеций-иттриевого алюмината обеспечивает существенное улучшение оптических свойств кристаллов и увеличение их световыхода по сравнению с аналогами, а также улучшение воспроизводимости свойств от кристалла к кристаллу.The proposed method for producing a scintillation single crystal of lutetium-yttrium aluminate provides a significant improvement in the optical properties of crystals and an increase in their light output in comparison with analogs, as well as an improvement in reproducibility of properties from crystal to crystal.

Для достижения указанных технических результатов используют предлагаемый способ получения монокристалла лютеций-иттриевого алюмината, активированного примесью церия по методу Чохральского вытягиванием из расплава из иридиевых тиглей на затравку, при котором в исходную шихту входит оксид алюминия Аl2О3, а процесс выращивания монокристалла производят при температуре расплава шихты от 1900 до 2000°С при скорости вытягивания затравки из расплава от 0,1 до 8,0 мм/ч со скоростью вращения затравки от 2,5 до 30 мин-1 и со скоростью охлаждения монокристалла после окончания процесса выращивания от 50 до 500°С/ч, при этом используют затравку из монокристалла алюмината иттрия, либо монокристалла алюмината иттрия с содержанием примеси редкоземельных ионов не более 1 весового процента, в исходную шихту вводят оксид лютеция Lu2O3 и оксид иттрия Y2O3 в молярном отношении от 1 до 20 и в молярном отношении их суммарного содержания с упомянутым оксидом алюминия Аl3O3 от 0,95 до 1,05 от стехиометрии и примеси оксида церия СеO2 в количестве, чтобы в готовом кристалле содержание церия составило от 0,01 до 0,9 весовых процентов, выращивание производят в газовой среде, состоящей из инертных газов с содержанием кислорода в пределах от 10-6 до 1 объемных процентов.To achieve these technical results, the proposed method is used to obtain a single crystal of lutetium-yttrium aluminate activated by an admixture of cerium according to the Czochralski method by pulling from a melt from iridium crucibles to a seed, in which Al 2 O 3 aluminum oxide enters the initial charge, and the process of growing a single crystal is carried out at a temperature the melt of the charge from 1900 to 2000 ° C at a speed of pulling the seed from the melt from 0.1 to 8.0 mm / h with a speed of rotation of the seed from 2.5 to 30 min -1 and with a cooling rate of monocri steel after the end of the growing process from 50 to 500 ° C / h, using seed from a single crystal of yttrium aluminate or a single crystal of yttrium aluminate with an impurity content of rare earth ions of not more than 1 weight percent, lutetium oxide Lu 2 O 3 and oxide are introduced into the initial charge yttrium Y 2 O 3 in a molar ratio of from 1 to 20 and in the molar ratio of their total content with the aforementioned aluminum oxide Al 3 O 3 from 0.95 to 1.05 from stoichiometry and impurities of cerium oxide CeO 2 in an amount such that in the finished crystal cerium content ranged from 0.01 to 0.9 ve ovyh percent, cultivation is carried out in a gas atmosphere consisting of inert gas with an oxygen content ranging from 10 -6 to 1 volume percent.

В результате получают монокристаллы лютеций-иттриевого алюмината диаметром до 40 мм, длиной до 200 мм. Плотность полученных таким способом монокристаллов от 6,5 до 8,2 г/см3, световыход 9000-15000 фот/МэВ.As a result, single crystals of lutetium-yttrium aluminate are obtained with a diameter of up to 40 mm and a length of up to 200 mm. The density of single crystals obtained in this way is from 6.5 to 8.2 g / cm 3 , and the light output is 9000-15000 ph / MeV.

Использование оксидов лютеция Lu2О3 и иттрия Y2О3 в отношении от 1 до 20 и в молярном отношении их суммарного содержания с оксидом алюминия Аl2О3 от 0,95 до 1,05 от стехиометрии обусловлено следующим. Известно, чтобы сохранить структурное совершенство кристалла, параметры кристаллической решетки затравочного материала и выращиваемого материала должны совпадать или быть близкими. Кроме того, температура кристаллизации выращиваемого материала не должна быть выше температуры плавления материала затравки. Поскольку ионный радиус иона Lu3+ составляет 0,97 А°, a Y3+ - 1,02

Figure 00000001
, то кристаллы лютециевого и иттриевого алюминатов имеют различные параметры решетки и затравливание кристалла лютециевого алюмината на затравку из иттриевого алюмината не происходит. Добавление в шихту оксида иттрия в указанном выше соотношении позволяет увеличить параметры решетки кристалла и делает возможным тем самым затравливание кристалла иттрий-лютециевого алюмината на затравку из иттриевого алюмината.The use of oxides of lutetium Lu 2 O 3 and yttrium Y 2 O 3 in a ratio of 1 to 20 and in the molar ratio of their total content with aluminum oxide Al 2 O 3 from 0.95 to 1.05 from stoichiometry is due to the following. It is known that in order to preserve the structural perfection of the crystal, the crystal lattice parameters of the seed material and the grown material must match or be close. In addition, the crystallization temperature of the grown material should not be higher than the melting temperature of the seed material. Since the ionic radius of the Lu 3+ ion is 0.97 A °, and Y 3+ is 1.02
Figure 00000001
, then the crystals of lutetium and yttrium aluminates have different lattice parameters and seeding of the crystal of lutetium aluminate to seed from yttrium aluminate does not occur. The addition of yttrium oxide in the mixture in the above ratio allows increasing the lattice parameters of the crystal and thereby makes it possible to seed yttrium-lutetium aluminate crystal with yttrium aluminate seed.

Известно также, что температура плавления кристаллических соединений на основе оксидов редкоземельных металлов уменьшается при их активации примесями, изоморфно замещающими ионы металла и имеющими коэффициент вхождения меньше 1. Коэффициент вхождения иттрия в лютециевый алюминат меньше 1, поскольку ионный радиус иттрия больше, чем у лютеция в одной и той же кислородной координации, поэтому добавление в шихту оксида иттрия в указанном молярном соотношении позволяет сделать температуру кристаллизации лютеций-иттриевого алюмината меньше, чем температура плавления чистого либо слабо допированного алюмината иттрия и делает возможным затравливание кристалла лютеций-иттриевого алюмината на затравку из иттриевого алюмината.It is also known that the melting point of crystalline compounds based on rare-earth metal oxides decreases when they are activated by impurities that isomorphically replace metal ions and have an entry coefficient less than 1. The coefficient of yttrium in lutetium aluminate is less than 1, since the ionic radius of yttrium is greater than that of lutetium in one and the same oxygen coordination, therefore, the addition of yttrium oxide to the charge in the indicated molar ratio allows the crystallization temperature of lutetium-yttrium aluminate to be lower e than the melting temperature of the pure or lightly doped yttrium aluminate and enables seeding crystal lutetium yttrium aluminate on a seed from yttrium aluminate.

Использование примеси оксида церия в количестве, чтобы в готовом кристалле содержание церия составило от 0,01 до 0,9 весовых процентов обусловлено тем, что наибольшая сцинтилляционная эффективность в кристаллах алюминатов достигается при содержании в готовом кристалле Се от 0,01 до 0,9 весовых процентов [11, 12].The use of an admixture of cerium oxide in an amount so that the cerium content in the finished crystal is from 0.01 to 0.9 weight percent is due to the fact that the greatest scintillation efficiency in aluminate crystals is achieved when the content of the finished crystal Ce from 0.01 to 0.9 weight percent [11, 12].

Использование при выращивании газовой среды, обедненной кислородом, обусловлено необходимостью локализации в выращиваемых кристаллах ионов церия в трехвалентном состоянии. Известно, что ионы церия локализуются в кислородных соединениях в двух-, трех- и четырехвалентном состоянии в зависимости от условий выращивания [3]. Ионы Се4+ не являются сцинтиллирующими центрами и их присутствие в кристалле уменьшает сцинтилляционную эффективность в кристаллах алюминатов. Использование при выращивании газовой среды, обедненной кислородом, предотвращает появление в кристалле ионов Се4+, что позволяет получать наибольшую сцинтилляционную эффективность кристаллов.The use of a gas medium depleted in oxygen during the growth is due to the need to localize cerium ions in the trivalent state in the crystals grown. It is known that cerium ions are localized in oxygen compounds in the two-, three-, and tetravalent states, depending on the growing conditions [3]. Ce 4+ ions are not scintillating centers and their presence in the crystal decreases the scintillation efficiency in aluminate crystals. The use of a gas medium depleted in oxygen during the growth prevents the appearance of Ce 4+ ions in the crystal, which makes it possible to obtain the highest scintillation efficiency of crystals.

Полученные монокристаллы контролируют по содержанию примеси церия, по величине светового выхода сцинтилляций. При этом используют соответственно метод атомно-абсорбционного анализа, стандартную методику измерения световыхода по пику полного поглощения γ-квантов источника 60Со.The obtained single crystals are controlled by the content of cerium impurity, by the magnitude of the light output of scintillations. In this case, the atomic absorption analysis method and the standard method for measuring the light yield from the peak of the total absorption of γ-rays of a 60 Co source are used respectively.

Для измерения сцинтилляционных характеристик из кристаллов изготавливают элементы длиной 10 мм и площадью сечения 10 мм2, плоскости которых полируют по классу Rz 0,025. Дополнительно отбирают пробы материала для контроля содержания церия.To measure the scintillation characteristics, crystals are made of crystals with elements 10 mm long and a cross-sectional area of 10 mm 2 , the planes of which are polished according to the class R z 0.025. Additionally, material samples are taken to control the cerium content.

Пример 1. Изготавливают исходную шихту, содержащую оксид алюминия Аl2О3, в которую вводят различные смеси оксида лютеция Lu2О3 и оксида иттрия Y2О3 марки ОСЧ в молярном отношении от 0,5 до 25 и в молярном отношении их суммарного содержания с упомянутым оксидом алюминия Аl2O3 от 0,5 до 1,5 от стехиометрии и проводят наплавления иридиевого тигля. Из этих смесей методом Чохральского получают монокристаллы лютеций-иттриевого алюмината при вытягивании монокристалла на проволоку и при использовании затравок из монокристалла алюмината иттрия YАlO3 и монокристалла алюмината иттрия с содержанием примеси редкоземельных ионов от 0,5 до 2 весовых процентов (Табл.1-3). Как видно из Табл.1, при молярном отношении оксида лютеция Lu2O3 и оксида иттрия Y2О3 от 1 до 20 и молярном отношении их суммарного содержания с оксидом алюминия Аl2О3 от 0,95 до 1,05 от стехиометрии кристаллы обладают наилучшей комбинацией параметров, в том числе большой плотностью и световыходом, при этом достигается наибольший выход годных монокристаллов. Из Табл.2 и 3 видно, что использование затравки из монокристалла алюмината иттрия YАlO3 или монокристалла алюмината иттрия с содержанием примеси редкоземельных ионов не более 1 весового процента, приводит к улучшению оптических и сцинтилляционных свойств и улучшению воспроизводимости параметров от кристалла к кристаллу по сравнению с монокристаллами, полученными вытягиванием на проволоку (Табл.3). Также из Табл.1 и 2 видно, что при отношении оксида лютеция Lu2O3 и оксида иттрия Y2О3 более 20 выход годных кристаллов резко уменьшается вследствие возникающих изменений структурной решетки.Example 1. An initial batch is prepared containing alumina Al 2 O 3 , into which various mixtures of lutetium oxide Lu 2 O 3 and yttrium oxide Y 2 O 3 of the OCP grade are introduced in a molar ratio of from 0.5 to 25 and in a molar ratio of their total content with the mentioned alumina Al 2 O 3 from 0.5 to 1.5 from stoichiometry and iridium crucible is deposited. From these mixtures, the Czochralski method produces single crystals of lutetium-yttrium aluminate by drawing a single crystal onto a wire and using seeds from a single crystal of yttrium aluminate YAlO 3 and a single crystal of yttrium aluminate with a content of rare-earth ions from 0.5 to 2 weight percent (Table 1-3) . As can be seen from Table 1, with a molar ratio of lutetium oxide Lu 2 O 3 and yttrium oxide Y 2 O 3 from 1 to 20 and a molar ratio of their total content with alumina Al 2 O 3 from 0.95 to 1.05 from stoichiometry crystals have the best combination of parameters, including high density and light output, while achieving the highest yield of single crystals. Tables 2 and 3 show that the use of a seed from a single crystal of yttrium aluminate YАlO 3 or a single crystal of yttrium aluminate with an impurity content of rare-earth ions of not more than 1 weight percent leads to an improvement in optical and scintillation properties and an improvement in the reproducibility of parameters from crystal to crystal compared to single crystals obtained by drawing on a wire (Table 3). It is also seen from Tables 1 and 2 that when the ratio of lutetium oxide Lu 2 O 3 and yttrium oxide Y 2 O 3 exceeds 20, the yield of suitable crystals sharply decreases due to changes in the structural lattice.

Пример 2. Изготавливают исходную шихту, содержащую оксид алюминия Аl2О3, в которую вводят различные смеси оксида лютеция Lu2O3 и оксида иттрия Y2О3 марки ОСЧ в молярном отношении от 1 до 20 и в молярном отношении их суммарного содержания с упомянутым окислом алюминия Аl2О3 от 0,95 до 1,05 от стехиометрии и проводят наплавления иридиевого тигля. Из этих смесей методом Чохральского на затравку выращивают монокристаллы лютеций-иттриевого алюмината, используя при выращивании различные составы газовой среды (Табл.4). Как видно из Табл.4, монокристаллы, выращенные в атмосфере с содержанием кислорода более 1 объемного процента имеют низкий световыход (менее 7000 фотонов/МэВ). Монокристаллы, выращенные в атмосфере из инертных газов с содержанием кислорода в пределах от 10-6 до 1 объемных процентов имеют высокий световыход (более 9000 фотонов/МэВ).Example 2. An initial batch is prepared containing alumina Al 2 O 3 , into which various mixtures of lutetium oxide Lu 2 O 3 and yttrium oxide Y 2 O 3 of the OCP grade are introduced in a molar ratio of 1 to 20 and in a molar ratio of their total content with the mentioned aluminum oxide Al 2 About 3 from 0.95 to 1.05 from stoichiometry and carry out the deposition of the iridium crucible. Single crystals of lutetium-yttrium aluminate are grown from these mixtures by seed using the Czochralski method, using various compositions of the gaseous medium during cultivation (Table 4). As can be seen from Table 4, single crystals grown in the atmosphere with an oxygen content of more than 1 volume percent have a low light output (less than 7000 photons / MeV). Single crystals grown in the atmosphere from inert gases with oxygen contents ranging from 10 -6 to 1 volume percent have a high light output (more than 9000 photons / MeV).

Пример 3. Изготавливают исходную шихту, содержащую оксид алюминия Аl2О3, в которую вводят различные смеси оксида лютеция Lu2O3 и оксида иттрия Y2О3 марки ОСЧ в молярном отношении от 1 до 20 и в молярном отношении их суммарного содержания с упомянутым оксидом алюминия Аl2O3 от 0,95 до 1,05 от стехиометрии и проводят наплавления иридиевого тигля. В исходную смесь вводят добавки оксида церия в различных количествах. Из смесей методом Чохральского на затравку в газовой среде инертных газов с содержанием кислорода в пределах от 10-6 до 1 объемных процентов получают монокристаллы лютеций-иттриевого алюмината (Табл.5). Как видно из Табл.5, монокристаллы, выращенные из шихты с содержанием примеси церия в количестве, чтобы в готовом кристалле содержание церия составило от 0,01 до 0,9 весовых процентов, имеют световыход от 9000 до 15000 фотонов /МэВ. При содержании легирующей примеси 1 и более весовых процентов - менее 7000 фотонов /МэВ.Example 3. An initial batch is prepared containing alumina Al 2 O 3 , into which various mixtures of lutetium oxide Lu 2 O 3 and yttrium oxide Y 2 O 3 of the OCP grade are introduced in a molar ratio of 1 to 20 and in a molar ratio of their total content with said alumina Al 2 O 3 from 0.95 to 1.05 from stoichiometry and iridium crucible is deposited. Various amounts of cerium oxide are added to the starting mixture. Single mixtures of lutetium-yttrium aluminate are obtained from mixtures by the Czochralski method for inert gas seeding with inert gases with oxygen contents ranging from 10 -6 to 1 volume percent (Table 5). As can be seen from Table 5, single crystals grown from a mixture with an amount of cerium impurity in an amount so that the cerium content in the finished crystal is from 0.01 to 0.9 weight percent has a light output of 9000 to 15000 photons / MeV. With a dopant content of 1 or more weight percent - less than 7000 photons / MeV.

Техническим результатом данного изобретения является создание способа получения сцинтилляционного монокристалла лютеций-иттриевого алюмината, обладающего высокими потребительскими свойствами: повышенным световыходом и повышеной воспроизводимостью оптических и сцинтилляционных свойств от кристалла к кристаллу, относительно материала, описанного в прототипе, что расширяет диапазон его применения. Данный сцинтилляционный монокристалл может найти применение для регистрации и спектрометрии частиц и квантов в устройствах медицинской диагностики, в частности в детекторах позитронной эмиссионной томографии. В этом случае повышенный световыход обеспечит увеличение чувствительности регистрирующей системы, а повышенная воспроизводимость оптических свойств обеспечит большую эффективность в использовании кристаллического материала для производства детекторных элементов.The technical result of this invention is to provide a method for producing a scintillation single crystal of lutetium-yttrium aluminate having high consumer properties: increased light output and increased reproducibility of optical and scintillation properties from crystal to crystal, relative to the material described in the prototype, which extends the range of its application. This scintillation single crystal can be used for registration and spectrometry of particles and quanta in medical diagnostic devices, in particular in positron emission tomography detectors. In this case, an increased light output will provide an increase in the sensitivity of the recording system, and an increased reproducibility of optical properties will provide greater efficiency in the use of crystalline material for the production of detector elements.

ЛитератураLiterature

1. Коржик М.В., Лобко А.С., Мисевич О.В., Федоров А.А. Сцинтилляционные материалы для ядерной медицины. Фундаментальные и прикладные физические исследования. 1986-2001 г.: Сборник трудов. Под ред. проф. В.Г.Барышевского. -Мн.: БГУ, 2001, стр.432-442.1. Korzhik M.V., Lobko A.S., Misevich O.V., Fedorov A.A. Scintillation materials for nuclear medicine. Fundamental and applied physical research. 1986-2001: Collection of works. Ed. prof. V.G.Baryshevsky. -Mn .: BSU, 2001, pp. 424-442.

2. Коржик М.В., Лобко А.С., Мисевич О.В., Федоров А.А. Матричный детектор для позиционной эмиссионной томографии. Фундаментальные и прикладные физические исследования. 1986-2001 г.: Сборник трудов. Под ред. проф. В.Г.Барышевского. - Мн.: БГУ, 2001, стр.442-453.2. Korzhik M.V., Lobko A.S., Misevich O.V., Fedorov A.A. Matrix detector for positional emission tomography. Fundamental and applied physical research. 1986-2001: Collection of works. Ed. prof. V.G.Baryshevsky. - Мn .: BSU, 2001, pp. 424-453.

3. М.В.Коржик, С.А.Смирнова. Сцинтилляторы YAP:Ce и их применение. Труды ВНИИСИМС. Синтез минералов и методы их исследования, Александров, Россия, 1997, с.206-225.3. M.V. Korzhik, S. A. Smirnova. YAP scintillators: Ce and their application. Proceedings of VNIISIMS. The synthesis of minerals and methods for their research, Alexandrov, Russia, 1997, p.206-225.

4. Способ получения кристаллов ортогерманата висмута. А.С. SU 1745779 A1.4. A method of obtaining crystals of bismuth orthogermanate. A.S. SU 1745779 A1.

5. Сцинтилляционный материал. Патент Российской Федерации. RU 2059026 С1.5. Scintillation material. Patent of the Russian Federation. RU 2059026 C1.

6. P.Lecoq, I.Dafmei, E.Auffray et al., NIM A365 (1995) 291.6. P. Lecoq, I. Dafmei, E. Auffray et al., NIM A365 (1995) 291.

7. Method of growing lutetium aluminum perovskite crystals and apparatus including lutetium aluminum perovskite crystal scintillators. US Patent 5961714.7. Method of growing lutetium aluminum perovskite crystals and apparatus including lutetium aluminum perovskite crystal scintillators. US Patent 5961714.

8. A.Annenkov, M.V.Korzhik, A.Tkachev, P.Lecoq, E.Auffiay, Production ofREAlO3:Ce scintillators by Czochralski method, Scint2001 Conference Records, 16-21, September, 2001 in Chamonix, France, p.26.8. A. Annenkov, MV Korzhik, A. Tkachev, P. Lecoq, E. Auffiay, Production of REAlO 3 : Ce scintillators by Czochralski method, Scint2001 Conference Records, 16-21, September, 2001 in Chamonix, France, p. 26.

9. V.G.Baryshevsky, B.I.Minkov, P.Dorenbos, C.W.E.van Eijk, M.V.Korzhik et al., Spectroscopy and scintillation properties of cerium doped YAlO3 single crystals. J.Phys. Condens. Matter, 5(1993)788.9. VGBaryshevsky, BIMinkov, P. Dorenbos, CWEvan Eijk, MV Korzhik et al., Spectroscopy and scintillation properties of cerium doped YAlO 3 single crystals. J.Phys. Condens. Matter, 5 (1993) 788.

10. Коржик М.В., Федоров А.А. Сцинтилляционные кристаллы на основе редкоземельных алюминиевых перовскитов. Фундаментальные и прикладные физические исследования. 1986-2001 г.: Сборник трудов. Под ред. проф. В.Г.Барышевского. - Мн.: БГУ, 2001, стр.396-422.10. Korzhik M.V., Fedorov A.A. Scintillation crystals based on rare-earth aluminum perovskites. Fundamental and applied physical research. 1986-2001: Collection of works. Ed. prof. V.G.Baryshevsky. - Мn .: BSU, 2001, pp. 396-422.

11. V.G.Baryshevsky, M.V.Korzhik, V.LMoroz et al.. Fast scintillating crystals for the detectors of ionizing radiation. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B58 (1991)291.11. V.G. Baryshevsky, M.V. Korzhik, V. L. Moroz et al. Fast scintillating crystals for the detectors of ionizing radiation. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B58 (1991) 291.

12. V.G.Baryshevsky, G.Yu.Drobyshev, A.A.Fedorov, M.V.Korzhik et al.. Rare-earth aluminum perovskite scintillators. Heavy scintillators for scientific and industrial applications. Ed. F.De Notaristefani, P.Lecoq, M.Schneegans, Frontiers, 1992, p.195.12. V.G. Baryshevsky, G.Yu.Drobyshev, A.A. Fedorov, M.V. Korzhik et al. Rare-earth aluminum perovskite scintillators. Heavy scintillators for scientific and industrial applications. Ed. F. De Notaristefani, P. Lecoq, M. Schneegans, Frontiers, 1992, p. 195.

Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000006

Claims (1)

Способ получения монокристалла лютеций-иттриевого алюмината, активированного примесью церия Се, по методу Чохральского, заключающийся в выращивании монокристалла вытягиванием из расплава шихты, содержащей оксид алюминия Аl2О3, на затравку из иридиевых тиглей при температуре расплава от 1900 до 2000°С, скорости вытягивания затравки из расплава от 0,1 до 8,0 мм/ч, скорости ее вращения от 2,5 до 30 мин-1 и скорости охлаждения монокристалла после окончания процесса выращивания от 50 до 500°С/ч, при этом используют затравку из монокристалла алюмината иттрия либо монокристалла алюмината иттрия с содержанием примеси редкоземельных ионов не более 1 вес.%, в исходную шихту вводят оксид лютеция Lu2O3 и оксид иттрия Y2O3 в молярном отношении от 1 до 20 и в молярном отношении их суммарного содержания с упомянутым оксидом алюминия Аl2О3 от 0,95 до 1,05 от стехиометрии и примеси оксида церия СеО2 в количестве, обеспечивающем в готовом кристалле содержание Се от 0,01 до 0,9 вес.%, а выращивание осуществляют в газовой среде, состоящей из инертных газов с содержанием кислорода в пределах от 10-6 до 1 об.%.A method for producing a single crystal of lutetium-yttrium aluminate activated by an impurity of cerium Ce according to the Czochralski method, which consists in growing a single crystal by pulling a mixture containing aluminum oxide Al 2 O 3 from a melt for seeding from iridium crucibles at a melt temperature from 1900 to 2000 ° C, speed pulling the seed from the melt from 0.1 to 8.0 mm / h, its rotation speed from 2.5 to 30 min -1 and the cooling rate of the single crystal after the end of the growing process from 50 to 500 ° C / h, using seed from single crystal aluminate um of yttrium aluminate single crystal with a rare earth ion impurity content of not more than 1 wt.%, lutetium oxide Lu 2 O 3 and yttrium oxide Y 2 O 3 are introduced into the initial charge in a molar ratio of from 1 to 20 and in the molar ratio of their total content with the aforementioned alumina Al 2 O 3 from 0.95 to 1.05 from stoichiometry and impurities of cerium oxide CeO 2 in an amount providing Ce in the finished crystal from 0.01 to 0.9 wt.%, and the growth is carried out in a gaseous medium, consisting of inert gases with an oxygen content ranging from 10 -6 to 1 vol.%.
RU2003106137/15A 2003-03-05 2003-03-05 Method of production of scintillation monocrystalline lutecium-yttric aluminate RU2233916C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003106137/15A RU2233916C1 (en) 2003-03-05 2003-03-05 Method of production of scintillation monocrystalline lutecium-yttric aluminate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003106137/15A RU2233916C1 (en) 2003-03-05 2003-03-05 Method of production of scintillation monocrystalline lutecium-yttric aluminate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2233916C1 true RU2233916C1 (en) 2004-08-10
RU2003106137A RU2003106137A (en) 2004-09-10

Family

ID=33414075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003106137/15A RU2233916C1 (en) 2003-03-05 2003-03-05 Method of production of scintillation monocrystalline lutecium-yttric aluminate

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2233916C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ300631B6 (en) * 2006-01-09 2009-07-01 Crytur S. R. O. Single crystals LuAG: Pr doped with rare earth elements for manufacture of scintillation detectors and solid lasers and manufacture thereof
CZ305900B6 (en) * 2014-02-11 2016-04-27 Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. Preparation process of power laser single crystal slabs based on ytterbium-doped garnet aluminates with ASE suppression

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ300631B6 (en) * 2006-01-09 2009-07-01 Crytur S. R. O. Single crystals LuAG: Pr doped with rare earth elements for manufacture of scintillation detectors and solid lasers and manufacture thereof
CZ305900B6 (en) * 2014-02-11 2016-04-27 Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. Preparation process of power laser single crystal slabs based on ytterbium-doped garnet aluminates with ASE suppression

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9834858B2 (en) Pr-containing scintillator single crystal, method of manufacturing the same, radiation detector, and inspection apparatus
US8062419B1 (en) Rare-earth oxyorthosilicate scintillator crystals and method of making rare-earth oxyorthosilicate scintillator crystals
EP3138891B1 (en) Illuminant and radiation detector
EP2387040B1 (en) Iodide scintillator for radiation detection
CN102286286B (en) The muriate scintillator of radiation detection
US20090166585A1 (en) Novel Alkali Metal and Alkali Earth Metal Gadolinium Halide Scintillators
EP3633081A1 (en) Single crystal with garnet structure for scintillation counters and method for producing same
CN113529168A (en) Li+Zero-dimensional perovskite structure doped metal halide scintillation crystal and preparation method and application thereof
US7060982B2 (en) Fluoride single crystal for detecting radiation, scintillator and radiation detector using the single crystal, and method for detecting radiation
JPWO2004086089A1 (en) Fluoride single crystal material for thermofluorescence dosimeter and thermofluorescence dosimeter
US4988882A (en) Monocrystals of silicates of lanthanides usable as scintillators for the detection of X and gamma radiation
Nagornaya et al. Growth of ${\rm ZnWO} _ {4} $ Crystal Scintillators for High Sensitivity $2\beta $ Experiments
CN110982527B (en) Rare earth halide scintillating material
RU2233916C1 (en) Method of production of scintillation monocrystalline lutecium-yttric aluminate
WO2015007229A1 (en) Ultrabright csi:tl scintillators with reduced afterglow: fabrication and application
CN110628432A (en) LYSO scintillator and preparation method and device using same
RU2723395C1 (en) Scintillation material and method for its production
KR101641946B1 (en) Scintillator and method for manufacturing the same
RU2132417C1 (en) Method of preparing scintillation lead tungstate monocrystal
Nadolinny et al. Structure and properties of Li 2 Zn 2 (MoO 4) 3 crystals activated with copper and chromium ions
Rebrova et al. Scintillation properties of europium doped RbCaCl₃ crystals
JP3694884B2 (en) Method for growing rare earth silicate single crystals
RU2357025C2 (en) Scintillation metter in form of crystalline compound on basis of silicate
JP4195732B2 (en) Method for growing rare earth silicate single crystals
Hawrami Large Diameter Bulk Crystal Growth and Scintillation Characterization of Thallium-Based Ternary Halide Crystals for Detection and Imaging

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080306