RU2647222C1 - Method of controlling yield of scintillations and photoluminescence of powder scintillators and lyuminophores - Google Patents
Method of controlling yield of scintillations and photoluminescence of powder scintillators and lyuminophores Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647222C1 RU2647222C1 RU2016150660A RU2016150660A RU2647222C1 RU 2647222 C1 RU2647222 C1 RU 2647222C1 RU 2016150660 A RU2016150660 A RU 2016150660A RU 2016150660 A RU2016150660 A RU 2016150660A RU 2647222 C1 RU2647222 C1 RU 2647222C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- scintillations
- photoluminescence
- yield
- powder
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 title abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 16
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 16
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 238000005395 radioluminescence Methods 0.000 description 3
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 241000819038 Chichester Species 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
- G01T1/2002—Optical details, e.g. reflecting or diffusing layers
Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам контроля характеристик порошкообразных сцинтилляторов и люминофоров, полученных одним из известных способов, например, методами со-осаждения, твердофазного синтеза и др., и применяемых в качестве самостоятельного материала, в качестве предварительно синтезированного сырья для выращивания сцинтилляционных неорганических монокристаллов или в качестве сырья для керамики, для использования в детекторах ионизирующих излучений в медицине, досмотровой технике, научных исследованиях и др., осветительных приборах и других светоизлучающих изделиях.The invention relates to methods for controlling the characteristics of powdery scintillators and phosphors obtained by one of the known methods, for example, by methods of co-deposition, solid-phase synthesis, etc., and used as an independent material, as a pre-synthesized raw material for growing scintillation inorganic single crystals or as raw materials for ceramics, for use in ionizing radiation detectors in medicine, inspection technology, scientific research, etc., lighting imports and other light-emitting products.
Аппаратура для медицинской диагностики, экологического мониторинга, неразрушающего контроля, систем безопасности основывается на ряде физических методов, использующих регистрацию ионизирующего излучения. Для реализации этих ядерно-физических методов широко используются сцинтилляционные детекторы [Radiation detection and measurement. Glenn F. Knoll. Third edition. John Wiley & Sons Inc. New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Toronto, Singapore, 2000, 816 pp.]. Выход сцинтилляций (световыход) является одной из наиболее важных характеристик сцинтилляционного детектора, высокое значение этого параметра - это необходимое условие эффективности диагностического оборудования и снижения дозы, получаемой пациентом, а также повышения производительности любых измерений с использованием ионизирующих излучений. В качестве детекторных элементов часто используются сцинтилляционные монокристаллы, либо сцинтилляционные керамики на их основе, от выхода сцинтилляций используемого сцинтилляционного материала зависит выход сцинтилляций детектора.The equipment for medical diagnostics, environmental monitoring, non-destructive testing, safety systems is based on a number of physical methods that use the registration of ionizing radiation. Scintillation detectors [Radiation detection and measurement. Glenn F. Knoll. Third edition. John Wiley & Sons Inc. New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Toronto, Singapore, 2000, 816 pp.]. The output of scintillations (light output) is one of the most important characteristics of a scintillation detector, a high value of this parameter is a necessary condition for the effectiveness of diagnostic equipment and a reduction in the dose received by a patient, as well as an increase in the performance of any measurements using ionizing radiation. Scintillation single crystals or scintillation ceramics based on them are often used as detector elements; the yield of detector scintillations depends on the output of scintillations of the used scintillation material.
Неорганические люминофоры в виде порошков, покрытий, экранов и т.д., предназначенные для работы при возбуждении ионизирующим и оптическим излучением, также имеют широкий диапазон практического применения - люминесцентные и светодиодные осветительные приборы, катод-люминофоры, рентгеновские экраны и т.д. [Luminescent Materials. G. Blasse, B.C. Grabmaier. Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg, 1994, 223 pp.]. Bo всех перечисленных примерах выход фото- либо радиолюминесценции является ключевой эксплуатационной характеристикой материала.Inorganic phosphors in the form of powders, coatings, screens, etc., designed to work when excited by ionizing and optical radiation, also have a wide range of practical applications - fluorescent and LED lighting devices, cathode phosphors, X-ray screens, etc. [Luminescent Materials. G. Blasse, B.C. Grabmaier. Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg, 1994, 223 pp.]. For all the examples listed, the yield of photo- or radio-luminescence is a key operational characteristic of the material.
Поэтому точный, надежный и производительный способ контроля выхода сцинтилляций, радио- и фотолюминесценции является важным звеном в процессах разработки и производства сцинтилляторов и люминофоров.Therefore, an accurate, reliable and efficient way to control the yield of scintillations, radio and photoluminescence is an important link in the development and production of scintillators and phosphors.
Широко известен способ контроля световыхода сцинтилляционных детекторов путем сравнения амплитудных спектров, измеренных тестируемым и эталонным детектором. На фотоприемник, например вакуумный фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), поочередно устанавливаются тестируемый и эталонный детектор, и в непосредственной близости от них располагается источник ионизирующего излучения; спектры источника накапливаются в многоканальном амплитудном анализаторе. Если в спектрах есть выраженные линии, например пик полного поглощения 662 кэВ от гамма-источника Cs-137, то отношение положения пика в каналах анализатора в спектре эталонного детектора к таковому в спектре тестируемого детектора равно отношению их световыходов. Один из вариантов такого способа описан в [А.Я. Берловский и В.Я. Заславская. Способ измерения световыхода сцинтилляционных детекторов. Патент СССР 392771. Опубл. 25.09.74] и отличается тем, что для исключения влияния неоднородности чувствительности фотокатода ФЭУ измерения производятся с использованием только части его поверхности, ограниченной установленной между детектором и ФЭУ диафрагмой. Данный способ принят нами за прототип.A widely known method of controlling the light output of scintillation detectors by comparing the amplitude spectra measured by the test and reference detector. On the photodetector, for example, a vacuum photoelectron multiplier (PMT), the test and reference detector are alternately installed, and in the immediate vicinity of them is a source of ionizing radiation; source spectra are accumulated in a multichannel amplitude analyzer. If there are pronounced lines in the spectra, for example, the peak of total absorption of 662 keV from the Cs-137 gamma source, then the ratio of the peak position in the analyzer channels in the spectrum of the reference detector to that in the spectrum of the tested detector is equal to the ratio of their light outputs. One of the variants of this method is described in [A.Ya. Berlovsky and V.Ya. Zaslavskaya. A method for measuring the light output of scintillation detectors. USSR patent 392771. Publ. September 25, 74] and differs in that in order to exclude the influence of the inhomogeneity of the sensitivity of the photomultiplier photomultiplier, measurements are made using only part of its surface, limited by the diaphragm installed between the detector and the photomultiplier. This method is accepted by us as a prototype.
Данный способ хорошо работает со сцинтилляционными материалами и детекторами, обладающими высокой оптической прозрачностью к собственному излучению, в которых внутреннее рассеяние и поглощение света сцинтилляций минимальны и не вносят дополнительной ошибки в результат измерений. Для реализации способа в сравниваемых спектрах должны присутствовать выраженные линии или другие особенности, положение которых в каналах (или в шкале энергий) может быть достоверно определено. В противном случае, результат измерения световыхода будет существенно зависеть от геометрических размеров сравниваемых сцинтилляционных детекторов, определяющих различия в оптическом пути, проходимом в детекторе фотонами сцинтилляций. Спектры, снятые для непрозрачных материалов в геометрии «на просвет», представляют собой спадающую экспоненту, и в них невозможно выделить характеристические особенности кривой, положение которых могло бы быть надежно установлено в шкале энергий.This method works well with scintillation materials and detectors with high optical transparency to their own radiation, in which the internal scattering and absorption of scintillation light are minimal and do not introduce an additional error into the measurement result. To implement the method in the compared spectra there should be pronounced lines or other features, the position of which in the channels (or in the energy scale) can be reliably determined. Otherwise, the measurement result of the light output will substantially depend on the geometric dimensions of the compared scintillation detectors, which determine the differences in the optical path traveled by the scintillation photons in the detector. The spectra taken for opaque materials in the geometry of "transparency" are a decreasing exponent, and it is impossible to distinguish the characteristic features of the curve, the position of which could be reliably set in the energy scale.
Известен способ сравнения яркости свечения люминофоров при возбуждении оптическим или рентгеновским излучением с использованием селенового фотоэлемента или фотометра [Казанкин О.Н., Марковский Л.Я. Неорганические люминофоры. - Л.: Химия, 1975. - 173 с.]. Измерения проводятся в токовом, а не импульсном, режиме, т.е. измеряются и сравниваются фототоки, величина которых определяется, помимо эффективности преобразования энергии (или числа фотонов) возбуждающего излучения в энергию (или число фотонов) люминесценции (т.е. собственно энергетическим или квантовым выходом люминесценции люминофора), также длиной поглощения возбуждающего излучения в материале люминофора, оптической прозрачностью и толщиной исследуемого слоя материала. Данный способ принят за второй прототип.A known method of comparing the brightness of the phosphors when excited by optical or x-ray radiation using a selenium photocell or photometer [Kazankin ON, Markovsky L.Ya. Inorganic phosphors. - L .: Chemistry, 1975. - 173 p.]. The measurements are carried out in the current, rather than pulsed, mode, i.e. photocurrents are measured and compared, the value of which is determined, in addition to the efficiency of converting the energy (or number of photons) of the exciting radiation into the energy (or number of photons) of the luminescence (i.e., the energy or quantum yield of the luminescence of the phosphor), and also the length of absorption of the exciting radiation in the phosphor material , optical transparency and thickness of the studied material layer. This method is adopted for the second prototype.
Предлагаемое изобретение позволяет исключить влияние на результат измерения выхода сцинтилляций и выхода фотолюминесценции оптической прозрачности и толщины образца исследуемого сцинтилляционного материала, за счет чего обеспечивает возможность исследования проб порошкообразного сцинтиллятора или люминофора, заведомо характеризующихся низкой оптической прозрачностью.The present invention eliminates the influence on the measurement result of the scintillation yield and the photoluminescence yield of optical transparency and the thickness of the sample of the studied scintillation material, which makes it possible to study samples of a powdery scintillator or phosphor, which are obviously characterized by low optical transparency.
Техническая задача, которую решает данное изобретение, заключается в создании способа контроля сцинтилляционных материалов и люминофоров, который может применяться на различных стадиях в процессах разработки и производства. По сравнению с известными ранее способами, в частности, способами, описанными в прототипах, предложенный способ позволяет проводить измерения большего количества различных физических форм материалов, включая порошкообразную форму, предусматривает более простую пробоподготовку и более высокую производительность при высокой точности измерений, и может быть использован на более ранних стадиях технологического процесса. Это позволяет более эффективно осуществлять контроль свойств получаемых материалов в процессах их разработки и производства, что позволяет получать материалы, обладающие более высокими и более прогнозируемыми потребительскими свойствами по сравнению с материалами, контроль характеристик которых осуществляется описанным в прототипе способом. Указанные преимущества повышают качество материалов, расширяют диапазон их применения, повышают производительность труда при их производстве.The technical problem that this invention solves is to create a method for controlling scintillation materials and phosphors, which can be used at various stages in the development and production processes. Compared with previously known methods, in particular, the methods described in the prototypes, the proposed method allows measurements of a greater number of different physical forms of materials, including a powder form, provides easier sample preparation and higher productivity with high measurement accuracy, and can be used on earlier stages of the process. This allows you to more effectively control the properties of the materials obtained in the processes of their development and production, which allows to obtain materials with higher and more predictable consumer properties compared to materials whose characteristics are controlled by the method described in the prototype. These advantages increase the quality of materials, expand the range of their application, increase labor productivity in their production.
Для решения поставленной задачи контроль выхода сцинтилляций (световыхода) и выхода люминесценции порошкообразных сцинтилляторов и люминофоров осуществляется посредством облучения поверхности порошкообразных сцинтилляторов и люминофоров альфа-частицами стандартных радиоизотопных источников с энергией альфа-частиц от примерно 4 МэВ до 8 МэВ, например, источником 241Am с энергиями альфа-частиц 5,44 и 5,49 МэВ. Регистрация оптических фотонов сцинтилляций производится в геометрии, когда источник ионизирующего излучения и фотоприемник (например, вакуумный или твердотельный фотоэлектронный умножитель) установлены по одну и ту же сторону от облучаемой поверхности (геометрия «на отражение»). Поскольку глубина проникновения альфа-частиц в исследуемые материалы проб не превышает несколько десятков микрометров, предлагаемый способ существенно снижает влияние толщины и оптической прозрачности исследуемого образца на результат измерений по сравнению с известными способами, когда радиоизотопный источник и фотоприемник расположены с различных сторон плоскости исследуемого образца (геометрия «на пропускание»), либо когда измерение яркости люминофоров осуществляется в режиме измерения фототока, когда результат измерения оказывается зависимым от длины поглощения возбуждающего излучения в материале люминофора, оптической прозрачности и толщины исследуемого слоя материала.To solve this problem, the control of scintillation yield (light output) and luminescence yield of powdery scintillators and phosphors is carried out by irradiating the surface of powdery scintillators and phosphors with alpha particles of standard radioisotope sources with alpha particle energies from about 4 MeV to 8 MeV, for example, 241 Am source alpha particle energies of 5.44 and 5.49 MeV. Optical scintillation photons are recorded in geometry when the ionizing radiation source and photodetector (for example, a vacuum or solid-state photoelectronic multiplier) are installed on the same side of the irradiated surface (“reflection” geometry). Since the penetration depth of alpha particles into the studied sample materials does not exceed several tens of micrometers, the proposed method significantly reduces the influence of the thickness and optical transparency of the test sample on the measurement result compared to known methods when the radioisotope source and photodetector are located on different sides of the plane of the test sample (geometry “Transmittance”), or when the phosphor brightness is measured in the photocurrent measurement mode, when the measurement result is ok yvaetsya dependent absorption wavelength of the exciting radiation into the material of the phosphor, the optical transparency layer, and the thickness of the test material.
Подготовка порошковой пробы может быть проведена различными способами: использование насыпной пробы, приготовление композита с полимерным связующим, прессование порошка с последующим спеканием. Из перечисленных вариантов оптимальным полагается приготовление композита на основе неорганического порошка измеряемой пробы и органического клея, например оптического фотополимеризуемого клея. Также предложенный способ подходит для измерений объемных материалов, таких как монокристаллы, оптические керамики и стекла.A powder sample can be prepared in various ways: using a bulk sample, preparing a composite with a polymer binder, pressing the powder, followed by sintering. Of these options, it is optimal to prepare a composite based on an inorganic powder of the measured sample and organic glue, for example, optical photopolymerizable glue. Also, the proposed method is suitable for measuring bulk materials such as single crystals, optical ceramics and glass.
Выход сцинтилляций образцов относительно друг друга определяется как отношение положений пиков на шкале каналов амплитудного анализатора; абсолютный выход сцинтилляций определяется относительно калибровочного образца сцинтиллятора, по возможности близкого по свойствам к измеряемым порошковым составам, световыход которого измерен по стандартной методике, например монокристалла YAG:Ce (Y3Al5O12:Ce).The scintillation yield of the samples relative to each other is determined as the ratio of the positions of the peaks on the channel scale of the amplitude analyzer; the absolute yield of scintillations is determined relative to the calibration sample of the scintillator, as close as possible to the properties of the measured powder compositions, the light output of which was measured by standard methods, for example, a YAG: Ce single crystal (Y 3 Al 5 O 12 : Ce).
Практическая реализация изобретения иллюстрируется нижеприведенными примерами.The practical implementation of the invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
На стеклянную подложку укладывают лист полиэтиленовой пленки толщиной 0,02-0,05 мм, сверху помещают алюминиевое кольцо с внутренним/внешним диаметром 12/14 мм и толщиной 1 мм, внутрь кольца насыпают порошок пробы так, что слой порошка располагался вровень с верхней плоскостью кольца. В центр слоя порошка с помощью шприца помещают каплю оптического клея с ультрафиолетовым отверждением (Norland 61 или аналогичный) объемом 0,10-0,12 см3; заготовку помещают в полную темноту на время не менее 2 часов. После полного впитывания клея сверху заготовки укладывают второй лист полиэтиленовой пленки толщиной 0,02-0,05 мм и накрывают стеклом. Верхнее и нижнее стекла на короткое время сдавливают между собой для удаления излишков клея. Заготовку помещают под источник УФ-излучения с длиной волны максимума высвечивания 360-370 нм, с общей мощностью не менее 30 Вт. Проводят засветку заготовки в течение 4 минут с каждой из сторон (суммарно 8 минут); с заготовки удаляют стекла. Далее заготовку выдерживают в течение 48 часов при комнатной температуре; затем с образца удаляют полиэтиленовую пленку (описаны процедуры полимеризации для клея Norland 61, для других марок режимы полимеризации могут отличаться). Излишки клея удаляют с алюминиевого кольца скальпелем.A sheet of polyethylene film with a thickness of 0.02-0.05 mm is laid on a glass substrate, an aluminum ring with an inner / outer diameter of 12/14 mm and a thickness of 1 mm is placed on top, a sample powder is poured into the ring so that the powder layer is flush with the upper plane rings. A drop of UV-cured optical glue (Norland 61 or the like) with a volume of 0.10-0.12 cm 3 is placed in the center of the powder layer with a syringe; the workpiece is placed in total darkness for at least 2 hours. After the glue is completely absorbed, a second sheet of polyethylene film 0.02-0.05 mm thick is laid on top of the workpiece and covered with glass. The upper and lower glass are pressed together briefly to remove excess glue. The workpiece is placed under a UV radiation source with a wavelength of maximum emission of 360-370 nm, with a total power of at least 30 watts. Flare the workpiece for 4 minutes on each side (a total of 8 minutes); glass is removed from the preform. Next, the workpiece is kept for 48 hours at room temperature; then the polyethylene film is removed from the sample (polymerization procedures for Norland 61 adhesive are described; for other brands, polymerization conditions may differ). Excess glue is removed from the aluminum ring with a scalpel.
После указанных процедур образец готов к измерениям. Используемая геометрия измерений «на отражение» для механически связанных проб приведена на Фиг. 1. Используется источник альфа-частиц 241Am с энергией альфа-частиц ~5,5 МэВ (2). Для уменьшения потерь света сцинтилляций проба и источник крепятся на тонком проволочном каркасе, вся конструкция накрывается тефлоновым светоотражателем (3). Используется типичный сцинтилляционный спектрометр в составе: ФЭУ (5) марки PHILIPS XP2020 с диапазоном спектральной чувствительности 290-650 нм и диаметром фотокатода (4) 44 мм, высоковольтный источник, спектрометрический усилитель, многоканальный амплитудный анализатор.After these procedures, the sample is ready for measurements. The reflection geometry used for mechanically coupled samples is shown in FIG. 1. A source of 241 Am alpha particles with an alpha particle energy of ~ 5.5 MeV is used (2). To reduce scintillation light losses, the sample and source are mounted on a thin wire frame; the entire structure is covered with Teflon reflector (3). A typical scintillation spectrometer is used consisting of a PMT (5) of the PHILIPS XP2020 brand with a spectral sensitivity range of 290-650 nm and a photocathode diameter (4) of 44 mm, a high-voltage source, spectrometric amplifier, and a multi-channel amplitude analyzer.
На Фиг. 2 приведены амплитудные спектры, записанные с порошковой непрозрачной пробы (образец 6) в стандартной геометрии «на просвет» и в геометрии «на отражение», реализуемой в предлагаемом способе. Можно видеть, что спектр, снятый в геометрии «на просвет», является монотонно спадающим и не содержит особенностей, которые могли бы быть использованы для определения выхода сцинтилляций из пробы. Спектр, снятый в геометрии «на отражение», содержит локальный максимум, положение которого на шкале энергий (№ канала) может быть надежно определено.In FIG. 2 shows the amplitude spectra recorded from an opaque powder sample (sample 6) in the standard geometry "in the light" and in the "reflection" geometry, implemented in the proposed method. It can be seen that the spectrum recorded in the “clear” geometry is monotonically decreasing and does not contain features that could be used to determine the yield of scintillations from the sample. The spectrum recorded in the “reflection” geometry contains a local maximum, the position of which on the energy scale (channel number) can be reliably determined.
Измерения световыхода образцов проводятся относительно эталонного монокристалла YAG:Ce размерами ∅12×1 мм. Также положение пика от альфа-частиц в спектрах монокристалла YAG:Ce используется для контроля стабильности измерительного стенда. Для обработки спектров - определения положения пиков и погрешностей их определения проб и монокристалла YAG:Ce - используется программный пакет ROOT v.5.26 (https://root.cern.ch/). Примеры обработки накопленных за время накопления 600 с спектров приведены на Фиг. 3-5. В таблице 1 приведены значения положений пиков в шкале энергий и вычисленные значения выходов сцинтилляций.The light yield of the samples is measured relative to a YAG: Ce single crystal with dimensions of ∅12 × 1 mm. Also, the position of the peak from alpha particles in the spectra of a YAG: Ce single crystal is used to control the stability of the measuring stand. To process the spectra — determining the positions of the peaks and errors in their determination of samples and a YAG: Ce single crystal — the ROOT v.5.26 software package (https://root.cern.ch/) is used. Examples of processing the spectra accumulated during accumulation 600 s are shown in FIG. 3-5. Table 1 shows the values of the positions of the peaks in the energy scale and the calculated values of the scintillation outputs.
Пример 2.Example 2
Подготовка проб к измерениям может проводиться другим способом, обеспечивающим механическую связку порошка в пробе, например способом предварительного компактирования и последующего спекания. Возможно также использование насыпной несвязанной пробы, насыпаемой в чашку Петри диаметром 10-20 мм слоем 0,5-1 мм. В этом случае фотоприемник (ФЭУ) и источник возбуждения 241Am располагаются над чашкой с пробой. Использование насыпной несвязанной пробы является менее предпочтительным, так как приводит к постепенному загрязнению измерительной установки.Sample preparation for measurements can be carried out in another way, providing a mechanical bond of the powder in the sample, for example, by means of preliminary compaction and subsequent sintering. It is also possible to use a loose unbound sample poured into a Petri dish with a diameter of 10-20 mm with a layer of 0.5-1 mm. In this case, a photodetector (PMT) and a 241 Am excitation source are located above the sample cup. The use of a loose unbound sample is less preferable, as it leads to a gradual contamination of the measuring installation.
Пример 3.Example 3
На Фиг. 6 приведены положения пиков альфа-частиц (горизонтальная шкала РЛ) четырех порошкообразных проб YAG:Ce, термическую обработку которых провели при различной температуре, вследствие чего они обладают различной интенсивностью фото- и радиолюминесценции (Таблица 1, образцы 4-7). Термообработку образца 4 провели при минимальной температуре (1000°C), а образца 7 - при максимальной температуре (1500°C). Положения пиков измерялись, как описано выше, для калибровки также использовался монокристалл YAG:Ce (образец 8). Можно видеть, что по мере повышения температуры термообработки световыход образцов растет.In FIG. Figure 6 shows the positions of the peaks of alpha particles (horizontal RL scale) of four powdered YAG: Ce samples, which were heat-treated at different temperatures, as a result of which they have different photo and radioluminescence intensities (Table 1, samples 4-7). Heat treatment of
Выход фотолюминесценции этих же образцов YAG:Ce был измерен нами прямым методом при оптическом возбуждении светоизлучающим диодом с длиной волны 440 нм. При измерениях с оптическим возбуждением также была выбрана геометрия «на отражение», в которой свет люминесценции с поверхности образца собирается оптической системой и по световоду посылается в широкодиапазонный спектрометр модели SDH производства Solar Laser Systems. Отдельно с помощью белого диффузного отражателя измерялся спектр свечения светодиода. Спектр фотолюминесценции образца 7 с присутствующим на нем пиком возбуждающего излучения приведен на Фиг. 7.The photoluminescence yield of the same YAG: Ce samples was measured by us by a direct method under optical excitation by a light-emitting diode with a wavelength of 440 nm. In measurements with optical excitation, a “reflection” geometry was also chosen in which the luminescence light from the surface of the sample is collected by the optical system and sent to the SDH wide-band spectrometer manufactured by Solar Laser Systems through the optical fiber. Using a white diffuse reflector, the emission spectrum of the LED was measured separately. The photoluminescence spectrum of
Выход фотолюминесценции определялся по амплитуде пика в максимуме фотолюминесценции; предварительно из спектров (аналогичных представленному на Фиг. 7) вычиталась базовая линия и нормированный на максимум спектр свечения светодиода. На Фиг. 6 по вертикальной оси отложены полученные положения пиков фотолюминесценции при возбуждении светоизлучающим диодом 440 нм (ФЛ) четырех порошкообразных проб YAG:Ce. Видна четкая корреляция положения пиков альфа-частиц 241Am и фотолюминесценции, что свидетельствует о применимости предложенного способа для контроля выхода фотолюминесценции порошкообразных люминофоров.The photoluminescence yield was determined by the peak amplitude at the maximum of photoluminescence; previously, from the spectra (similar to those shown in Fig. 7), the baseline and the maximum normalized emission spectrum of the LED were subtracted. In FIG. Figure 6 shows the obtained positions of the photoluminescence peaks upon excitation by a 440 nm (PL) light emitting diode of four powdered YAG: Ce samples on the vertical axis. A clear correlation is seen between the positions of the peaks of 241 Am alpha particles and photoluminescence, which indicates the applicability of the proposed method for controlling the photoluminescence yield of powdered phosphors.
Таким образом, предложенный способ подходит для измерений величин световыхода сцинтилляций и выхода фотолюминесценции порошковых проб, а также может быть использован для сравнения этих величин с величинами для монокристаллических материалов.Thus, the proposed method is suitable for measuring scintillation light yield and photoluminescence yield of powder samples, and can also be used to compare these values with values for single-crystal materials.
Ниже приводятся Таблица 1 и Фиг. 1-7.Table 1 and FIG. 1-7.
Таблица 1 - положения пиков и значения световыходов для измеренных образцов.Table 1 - peak positions and light output values for measured samples.
Фиг. 1 - Схема измерения выхода сцинтилляций при облучении альфа-источником, где 1 - проба; 2 - альфа-источник; 3 - светоотражатель; 4 - фотокатод; 5 – ФЭУ.FIG. 1 - Scheme for measuring the yield of scintillations upon irradiation with an alpha source, where 1 is a sample; 2 - alpha source; 3 - reflector; 4 - photocathode; 5 - PMT.
Фиг. 2 - Амплитудный спектр образца непрозрачной порошковой пробы, снятой в геометрии «на отражение» и «на просвет».FIG. 2 - The amplitude spectrum of the sample of an opaque powder sample, taken in the geometry of "reflection" and "clearance".
Фиг. 3 - Амплитудный спектр монокристалла YAG:Ce (образец 1). Пик альфа-частиц в канале 235,9±0.08.FIG. 3 - Amplitude spectrum of a YAG: Ce single crystal (sample 1). The peak of alpha particles in the channel is 235.9 ± 0.08.
Фиг. 4 - Амплитудный спектр порошкообразного образца GGAG:Ce (образец 2). Пик альфа-частиц в канале 563,1±14.26.FIG. 4 - Amplitude spectrum of a powdered GGAG: Ce sample (sample 2). The peak of alpha particles in the channel is 563.1 ± 14.26.
Фиг. 5 - Амплитудный спектр порошкообразного образца GGAG:Ce (образец 3). Пик альфа-частиц в канале 421,1±4.08.FIG. 5 - Amplitude spectrum of a powdered GGAG: Ce sample (sample 3). The peak of alpha particles in the channel 421.1 ± 4.08.
Фиг. 6 - Положения пиков альфа-частиц 241Am (горизонтальная шкала РЛ) и фотолюминесценции при возбуждении 440 нм (ФЛ) четырех порошкообразных проб YAG:Ce (образцы 4-7).FIG. 6 - Peak positions of 241 Am alpha particles (horizontal RL scale) and photoluminescence upon excitation of 440 nm (PL) of four powdered YAG: Ce samples (samples 4-7).
Фиг. 7 - Спектр фотолюминесценции образца с присутствующим на нем пиком возбуждающего излучения, измеренный спектрометром SDH.FIG. 7 - Photoluminescence spectrum of a sample with a peak of exciting radiation present on it, measured by a SDH spectrometer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016150660A RU2647222C1 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Method of controlling yield of scintillations and photoluminescence of powder scintillators and lyuminophores |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016150660A RU2647222C1 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Method of controlling yield of scintillations and photoluminescence of powder scintillators and lyuminophores |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2647222C1 true RU2647222C1 (en) | 2018-03-14 |
Family
ID=61629519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016150660A RU2647222C1 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Method of controlling yield of scintillations and photoluminescence of powder scintillators and lyuminophores |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647222C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU155569A1 (en) * | ||||
| SU392771A1 (en) * | 1970-05-25 | 1974-09-25 | TO | |
| US20030165212A1 (en) * | 1998-02-18 | 2003-09-04 | Maglich Bogdan C. | Method and apparatus for detecting, locating, and analyzing chemical compounds using subatomic particle activation |
| RU2365943C1 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Way of determination of scintillation detector parametres |
| CN103713003A (en) * | 2014-01-07 | 2014-04-09 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Device and method for testing afterglow of scintillating material |
| US20160356895A1 (en) * | 2015-06-04 | 2016-12-08 | Toshiba Medical Systems Corporation | Scintallator array test method, apparatus, and system |
-
2016
- 2016-12-22 RU RU2016150660A patent/RU2647222C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU155569A1 (en) * | ||||
| SU392771A1 (en) * | 1970-05-25 | 1974-09-25 | TO | |
| US20030165212A1 (en) * | 1998-02-18 | 2003-09-04 | Maglich Bogdan C. | Method and apparatus for detecting, locating, and analyzing chemical compounds using subatomic particle activation |
| RU2365943C1 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Way of determination of scintillation detector parametres |
| CN103713003A (en) * | 2014-01-07 | 2014-04-09 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Device and method for testing afterglow of scintillating material |
| US20160356895A1 (en) * | 2015-06-04 | 2016-12-08 | Toshiba Medical Systems Corporation | Scintallator array test method, apparatus, and system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Iwanowska et al. | Performance of cerium-doped Gd3Al2Ga3O12 (GAGG: Ce) scintillator in gamma-ray spectrometry | |
| Morishita et al. | Performance comparison of scintillators for alpha particle detectors | |
| Cherepy et al. | Development of transparent ceramic Ce-doped gadolinium garnet gamma spectrometers | |
| Gordienko et al. | Synthesis of crystalline Ce-activated garnet phosphor powders and technique to characterize their scintillation light yield | |
| Nakauchi et al. | Luminescence and scintillation properties of Eu-doped CaAl2O4 bulk crystals | |
| WO2011136224A1 (en) | Scintillator for neutrons and neutron detector | |
| CN105353400B (en) | Source device is inlayed for the Gain Automatic control of scintillation crystal detectors | |
| Marczewska et al. | OSL and RL of LiMgPO4 crystals doped with rare earth elements | |
| JP2005300479A (en) | Particle beam detector and neutron detector using ZnS phosphor | |
| Bril et al. | Some methods of luminescence efficiency measurements | |
| CN106290432A (en) | A kind of low-temperatureX-ray induction thermoluminescence spectral measurement device | |
| EP1720042A1 (en) | Radiation detector assembly | |
| RU2647222C1 (en) | Method of controlling yield of scintillations and photoluminescence of powder scintillators and lyuminophores | |
| Hirano et al. | Scintillation properties of Ce-doped (Gd0. 32Y0. 68) 3Al5O12 transparent ceramics | |
| CN107941836B (en) | X-ray absorption spectrum measuring device and measuring method | |
| KR101825532B1 (en) | Method for detecting radiation and apparatus | |
| TWI722011B (en) | Method for measuring charged particle radiation using scintillator and charged particle radiation measuring device | |
| JP6343785B2 (en) | Neutron scintillator | |
| Grodzicka-Kobylka et al. | Characterization of large TSV MPPC arrays (4× 4ch and 8× 8 ch) in scintillation spectrometry | |
| Brůža et al. | Table-top instrumentation for time-resolved luminescence spectroscopy of solids excited by nanosecond pulse of soft X-ray source and/or UV laser | |
| McCarthy et al. | The response of several luminescent materials to keV and MeV ions | |
| EP3615964B1 (en) | Suspension of a sample element with dimensional stability | |
| Alberts et al. | Methodological studies on the optimisation of multi-element dosemeters in neutron fields | |
| US20130105707A1 (en) | Radiation detector | |
| Heng | The two scintillator detectors on BESIII |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191007 Effective date: 20191007 |
