RU2659268C1 - Method for obtaining a polycrystalline bismuth orthogermanate - Google Patents

Method for obtaining a polycrystalline bismuth orthogermanate Download PDF

Info

Publication number
RU2659268C1
RU2659268C1 RU2018105954A RU2018105954A RU2659268C1 RU 2659268 C1 RU2659268 C1 RU 2659268C1 RU 2018105954 A RU2018105954 A RU 2018105954A RU 2018105954 A RU2018105954 A RU 2018105954A RU 2659268 C1 RU2659268 C1 RU 2659268C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
scintillation
bgo
volume
aqueous solution
suspension
Prior art date
Application number
RU2018105954A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анна Владимировна Егорышева
Ольга Максимовна Гайтко
Варвара Олеговна Веселова
Всеволод Дмитриевич Володин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority to RU2018105954A priority Critical patent/RU2659268C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2659268C1 publication Critical patent/RU2659268C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G17/00—Compounds of germanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G29/00—Compounds of bismuth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/0844—Germanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/74—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing arsenic, antimony or bismuth
    • C09K11/745—Germanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B28/00—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B28/04—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/32—Titanates; Germanates; Molybdates; Tungstates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B30/00—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
    • C30B7/10—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions by application of pressure, e.g. hydrothermal processes
    • C30B7/105—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions by application of pressure, e.g. hydrothermal processes using ammonia as solvent, i.e. ammonothermal processes

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to materials for scintillation technology, to effective high-speed scintillation detectors for gamma and alpha radiation in devices for express diagnostics in medicine, industry, space technology and nuclear physics. Method for producing polycrystalline bismuth orthogermanate with a submicron grain size, characterized by the presence of a single scintillation component with a flash time constant of no more than 50 ns, including mixing of reagents – an aqueous solution of bismuth nitrate Bi(NO3)3⋅5H2O and germanium oxide GeO2 – in the stoichiometric ratio Bi/Ge – 4:3, adding to the resulting suspension an aqueous solution of ammonia (1.7–8M) and subsequent hydrothermal-microwave treatment at a temperature of 140–220 °C for 0.5–2 hours in a Teflon autoclave with a volume 2–4 times the volume of the suspension.
EFFECT: invention makes it possible to synthesize a promising material for the creation of highly sensitive detectors with a high counting rate of events.
1 cl, 2 dwg, 5 ex

Description

Изобретение относится к получению материалов для сцинтилляционной техники, прежде всего к эффективным быстродействующим сцинтилляционным детекторам гамма- и альфа-излучений в приборах для экспресс-диагностики в медицине, промышленности, космической технике и ядерной физике.The invention relates to the production of materials for scintillation technology, primarily to efficient high-speed scintillation detectors of gamma and alpha radiation in devices for rapid diagnostics in medicine, industry, space technology and nuclear physics.

Основными требованиями, предъявляемыми к сцинтилляторам, являются быстродействие, то есть малые времена высвечивания (τ); высокая конверсионная эффективность (световой выход L); высокая радиационная стойкость; малое послесвечение и хорошие механические свойства. Особое значение малые времена высвечивания имеют для создания высокочувствительных детекторов с высокой скоростью счета событий. В частности, в флюороскопии, рентгеновской и позитронно-эмиссионной томографии использование сцинтилляторов с улучшенным временным разрешением приводит к повышению качества изображения, улучшает чувствительность детектора и уменьшает времени экспозиции объекта или дозы облучения пациента ["Inorganic scintillators in medical imaging detectors". Carel W.E. van Eijk, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 509 (2003) 17-25]. Монокристаллический сцинтиллятор ортогерманат висмута Bi4Ge3O12, сокращенно обозначаемый в научной литературе как BGO, обладает рядом достоинств. К ним относятся большая плотность (7,13 г/см3), высокий эффективный атомный номер (Zэф 73), малая радиационная длина (1,13 см), достаточно большая длина волны максимума спектра излучения (λ=480 нм), позволяющая использовать BGO как с фотоэлектронными умножителями, так и с фотодиодами, негигроскопичность, повышенная химическая, термическая и радиационная стойкость.The main requirements for scintillators are speed, that is, short flash times (τ); high conversion efficiency (light output L); high radiation resistance; low afterglow and good mechanical properties. Small flash times are of particular importance for creating highly sensitive detectors with a high event counting rate. In particular, in fluoroscopy, X-ray and positron emission tomography, the use of scintillators with improved temporal resolution leads to an increase in image quality, improves the sensitivity of the detector and reduces the exposure time of the object or dose to the patient [Inorganic scintillators in medical imaging detectors ". Carel WE van Eijk, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 509 (2003) 17-25]. A single crystal scintillator of bismuth orthogermanate Bi 4 Ge 3 O 12 , abbreviated as BGO in the scientific literature, has several advantages. These include a high density (7.13 g / cm 3 ), a high effective atomic number (Z eff 73), a small radiation length (1.13 cm), a sufficiently large wavelength of the maximum emission spectrum (λ = 480 nm), which allows use BGO with both photomultiplier tubes and photodiodes, non-hygroscopicity, increased chemical, thermal and radiation resistance.

Известны способы выращивания монокристаллов этого состава из расплава оксидов Bi2O3-GeO2 стехиометрического состава методами Чохральского [SU 1789578], зонной плавки, Бриджмена или в гидротермальных условиях [RU 1266248, US 9518219].Known methods for growing single crystals of this composition from a melt of Bi 2 O 3 -GeO 2 oxides of stoichiometric composition by the Czochralski method [SU 1789578], zone melting, Bridgman or in hydrothermal conditions [RU 1266248, US 9518219].

Недостатком монокристаллического BGO является большая величина постоянной времени высвечивания сцинтилляционного импульса, составляющая при комнатной температуре порядка 300 нс, что не позволяет использовать его в новейших 3D позитронно-эмиссионных томографах.The disadvantage of single-crystal BGO is the large value of the scintillation pulse emission time constant, which is about 300 ns at room temperature, which does not allow its use in the latest 3D positron emission tomographs.

Наиболее близким по достигнутым результатам является техническое решение по патенту RU 2031987, в котором заявлен быстрый сцинтиллятор, представляющий собой монокристаллический BGO, активированный иттербием (Yb) в концентрациях 0,07-1,50 мас. %. Авторами был синтезирован материал, кривая высвечивания которого описывалась двухэкспоненциальной зависимостью, причем значение постоянной времени высвечивания короткой составляющей сцинтилляционного импульса равнялось τ=16 нс.The closest to the results achieved is the technical solution according to the patent RU 2031987, in which a fast scintillator, which is a single crystal BGO activated by ytterbium (Yb) in concentrations of 0.07-1.50 wt. % The authors synthesized a material whose emission curve was described by a two-exponential dependence, and the value of the emission time constant of the short component of the scintillation pulse was τ = 16 ns.

Существенным недостатком полученного материала является наличие медленной компоненты, на которую приходилось 30% от суммарной энергии сцинтилляционного импульса. Доля энергии, высвечиваемой в быстрой компоненте, составляла всего 70%. К тому же иттербий обладает собственным радиационным фоном, вносящим помехи при детектировании малых потоков ионизирующего излучения.A significant drawback of the obtained material is the presence of a slow component, which accounted for 30% of the total energy of the scintillation pulse. The fraction of energy displayed in the fast component was only 70%. In addition, ytterbium has its own radiation background, which interferes with the detection of small flows of ionizing radiation.

Общим недостатком монокристальных сцинтилляторов BGO являются большие трудо-, время- и энергозатраты, связанные с процессом их получения. Кроме того, тенденция к миниатюризации современных приборов и потребность в матричных изображающих детекторах порождает новые требования к их размерам и формам. Удовлетворить им успешно могут недорогие (по сравнению с монокристаллами) керамические сцинтилляторы, для создания которых необходимы высокодисперсные порошки BGO.A common disadvantage of BGO single-crystal scintillators is the large labor, time, and energy costs associated with the process of obtaining them. In addition, the trend toward miniaturization of modern devices and the need for image-array image detectors creates new requirements for their sizes and shapes. They can be successfully satisfied with inexpensive (compared to single crystals) ceramic scintillators, the creation of which requires highly dispersed BGO powders.

Изобретение направлено на изыскание способа получения высокодисперсных порошков BGO, характеризующихся наличием единственной компоненты сцинтилляции с постоянной времени высвечивания не более 50 не.The invention is directed to finding a method for producing highly dispersed BGO powders characterized by the presence of a single scintillation component with a time constant of no more than 50 nsec.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения поликристаллического ортогерманата висмута с субмикронным размером зерен, характеризующегося постоянной времени высвечивания не более 50 нс, включающий смешивание реагентов - водного раствора нитрата висмута Bi(NO3)3⋅5H2O и оксида германия GeO2 - в стехиометрическом соотношении Bi/Ge - 4:3, добавление к полученной суспензии водного раствора аммиака (1,7-8 М) и последующую гидротермально-микроволновую обработку при температуре 140-220°С в течение 0,5-2 часов в тефлоновом автоклаве объемом, в 2-4 раза превышающим объем суспензии.The technical result is achieved by the fact that the proposed method for producing polycrystalline bismuth orthogermanate with submicron grain size, characterized by a time constant of no more than 50 ns, including mixing reagents - an aqueous solution of bismuth nitrate Bi (NO 3 ) 3 ⋅ 5H 2 O and germanium oxide GeO 2 - in a stoichiometric ratio Bi / Ge - 4: 3, adding to the resulting suspension an aqueous solution of ammonia (1.7-8 M) and subsequent hydrothermal-microwave treatment at a temperature of 140-220 ° C for 0.5-2 hours in a Teflon autoclave bemsya, 2-4 times greater than the volume of suspension.

Выбранные реагенты, их концентрации, растворители и соотношения обеспечивают образование гомогенных систем, в которых проходят реакции образования однородных по фазовому составу и размеру порошков ортогерманата висмута.The selected reagents, their concentrations, solvents and ratios ensure the formation of homogeneous systems in which the reactions of formation of bismuth orthogermanate powders that are uniform in phase composition and size are carried out.

Применение растворов аммиака в концентрации меньше 1.7 М не позволяет получать однофазные образцы BGO. Верхняя граница 8 М определяется концентрацией NH3 в коммерческом реактиве.The use of ammonia solutions in a concentration of less than 1.7 M does not allow obtaining single-phase BGO samples. The upper limit of 8 M is determined by the concentration of NH 3 in the commercial reagent.

Выбор температуры системы в процессе гидротермально-микроволнового воздействия выше 140°С определяется нижней температурной границей образования BGO, а верхний предел 220°С определяется верхней температурной границей использования тефлонового автоклава.The choice of the temperature of the system during hydrothermal microwave irradiation above 140 ° C is determined by the lower temperature limit of the formation of BGO, and the upper limit of 220 ° C is determined by the upper temperature limit of using a Teflon autoclave.

Продолжительность гидротермально-микроволнового воздействия обусловлена тем, что время менее 0.5 ч не позволяет осуществить полное прохождение реакции образования BGO, а свыше 2 ч нецелесообразно ввиду полного завершения к этому времени кристаллизации BGO и отсутствия изменений в морфологии синтезированного порошка при увеличении времени воздействия.The duration of the hydrothermal-microwave exposure is due to the fact that a time of less than 0.5 h does not allow the complete completion of the BGO formation reaction, and more than 2 hours is impractical due to the complete completion of BGO crystallization by this time and the absence of changes in the morphology of the synthesized powder with an increase in exposure time.

Отношение объема автоклава к объему суспензии, определяющее степень заполнения автоклава, устанавливалось с учетом разрешенного верхнего предела заполнения автоклава 50%, т.е. более 2 раз для объемных отношений. Нижняя граница - 25% (4 раза) определялась тем, что снижение уровня заполнения автоклава приводит к уменьшению рабочего давления внутри автоклава и реакция образования BGO не идет.The ratio of the volume of the autoclave to the volume of the suspension, which determines the degree of filling of the autoclave, was established taking into account the allowed upper limit of the filling of the autoclave to 50%, i.e. more than 2 times for volumetric relationships. The lower limit of 25% (4 times) was determined by the fact that a decrease in the level of filling of the autoclave leads to a decrease in the working pressure inside the autoclave and the reaction of BGO formation does not occur.

Сущность изобретения заключается в том, что использование гидротермально-микроволнового метода позволило оптимизировать условия синтеза высокодисперсных порошков BGO, характеризующихся наличием единственной компоненты сцинтилляции с постоянной времени высвечивания не более 50 не.The essence of the invention lies in the fact that the use of the hydrothermal-microwave method made it possible to optimize the synthesis conditions of highly dispersed BGO powders characterized by the presence of a single scintillation component with a fluorescence time constant of not more than 50 ns.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими прилагаемыми иллюстрациями:The essence of the invention is illustrated by the following accompanying illustrations:

Фиг. 1. Экспериментальная и расчетная дифрактограммы BGO, синтезированного по примеру 1.FIG. 1. The experimental and calculated diffraction patterns of BGO synthesized according to example 1.

Совпадение кривых свидетельствует об однофазности образца и истинности фазового состава синтезированного образца.The coincidence of the curves indicates the single-phase nature of the sample and the truth of the phase composition of the synthesized sample.

Фиг. 2. Кинетика затухания сцинтилляций порошка, синтезированного по методике из примера 1, (а) и образца, полученного растиранием монокристалла BGO, (б).FIG. 2. The kinetics of scintillation attenuation of a powder synthesized according to the procedure of Example 1, (a) and a sample obtained by grinding a BGO single crystal, (b).

На рисунках приведены результаты экстраполяции экспериментальных кривых по одноэкспоненциальному закону y=A1exp(-x/t1)+y0, t1 - постоянная времени высвечивания. Наилучший результат экстраполяции достигнут для значений постоянной времени высвечивания t1~11 нс в случае образца, синтезированного по заявленному способу, и t1~327 нм для образца, полученного растиранием монокристалла BGO.The figures show the results of extrapolation of the experimental curves according to the one-exponential law y = A 1 exp (-x / t 1 ) + y 0 , t 1 is the time constant of emission. The best extrapolation result was achieved for the values of the luminescence time constant t 1 ~ 11 ns in the case of a sample synthesized by the claimed method, and t 1 ~ 327 nm for a sample obtained by grinding of a BGO single crystal.

Достижение заявленного технического результата подтверждается следующими примерами. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенное техническое решение.The achievement of the claimed technical result is confirmed by the following examples. The examples illustrate but do not limit the proposed technical solution.

Пример 1. Нитрат висмута Bi(NO3)3⋅5H2O и оксид германия GeO2 брали в стехиометрическом соотношении Bi/Ge - 4:3. Навески Bi(NO3)3⋅5H2O (1,8 ммоль) и GeO2 (1,2 ммоль) суспензировали в 10 мл дистиллированной воды и перемешивали на магнитной мешалке 10-15 мин. Затем к суспензии прибавляли 7 мл раствора аммиака (ГОСТ №24147-80) и доводили общий объем смеси дистиллированной водой до 50 мл. Суспензию поместили в тефлоновый автоклав объемом 100 мл. Гидротермально-микроволновую обработку (ГТМВ) проводили на установке Berghof Speedwave MWS-3+. Время обработки 2 ч, температура -200°С.Example 1. Bismuth nitrate Bi (NO 3 ) 3 ⋅ 5H 2 O and germanium oxide GeO 2 were taken in a stoichiometric ratio of Bi / Ge - 4: 3. Samples of Bi (NO 3 ) 3 ⋅ 5H 2 O (1.8 mmol) and GeO 2 (1.2 mmol) were suspended in 10 ml of distilled water and stirred on a magnetic stirrer for 10-15 min. Then, 7 ml of ammonia solution (GOST No. 24147-80) was added to the suspension and the total volume of the mixture was adjusted with distilled water to 50 ml. The suspension was placed in a 100 ml Teflon autoclave. Hydrothermal microwave treatment (HTMV) was carried out on a Berghof Speedwave MWS-3 + installation. Processing time 2 hours, temperature -200 ° C.

Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки BGO (Фиг. 1), характеризующиеся единственной компонентой сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса порядка 11 нс (Фиг. 2а) при 90% сцинтилляционной эффективности (световой выход относительно образца, полученного из монокристаллического BGO). Для определения сцинтилляционной эффективности в качестве эталона использовали порошок, полученный растиранием монокристалла BGO в ступке до размера частиц 10-50 мкм. Длительность высвечивания перетертого монокристалла BGO составила 327 нс (Фиг. 2б).The samples obtained under these conditions were single-phase BGO powders (Fig. 1), characterized by a single scintillation component with a pulse emission time constant of about 11 ns (Fig. 2a) at 90% scintillation efficiency (light output relative to the sample obtained from single-crystal BGO). To determine scintillation efficiency, a powder obtained by grinding a BGO single crystal in a mortar to a particle size of 10–50 μm was used as a reference. The duration of emission of the milled BGO single crystal was 327 ns (Fig. 2b).

Пример 2. По примеру 1, отличающийся тем, что вместо 7 мл добавляли 10 мл раствора аммиака и доводили общий объем смеси дистиллированной водой до 50 мл. Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки BGO, характеризующиеся единственной компонентой сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса 20 нс при 90% сцинтилляционной эффективности относительно перетертого монокристалла BGO.Example 2. According to example 1, characterized in that instead of 7 ml was added 10 ml of ammonia solution and the total volume of the mixture was adjusted with distilled water to 50 ml. The samples obtained under these conditions were single-phase BGO powders characterized by a single scintillation component with a pulse emission time constant of 20 ns at 90% scintillation efficiency relative to the milled BGO single crystal.

Пример 3. По примеру 1, отличающийся тем, что ГТМВ обработку проводили при температуре 170°С и времени обработки -1 ч. Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки ВGO, характеризующиеся наличием единственной компоненты сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса 49 нс при 70% сцинтилляционной эффективности.Example 3. According to example 1, characterized in that the HTMV treatment was carried out at a temperature of 170 ° C and a treatment time of -1 h. The samples obtained under these conditions were single-phase BGO powders characterized by the presence of a single scintillation component with a pulse emission time constant of 49 ns at 70% scintillation efficiency.

Пример 4. По примеру 1, отличающийся тем, что вместо 7 мл добавляли 30 мл раствора аммиака. Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки BGO, характеризующиеся единственной компонентой сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса 47 нс при 70% сцинтилляционной эффективности относительно перетертого монокристалла BGO.Example 4. According to example 1, characterized in that instead of 7 ml was added 30 ml of ammonia solution. The samples obtained under these conditions were single-phase BGO powders characterized by a single scintillation component with a pulse exposure time constant of 47 ns at 70% scintillation efficiency relative to the milled BGO single crystal.

Пример 5. По примеру 4, отличающийся тем, что синтез проводили при температуре 140°С и заполнении автоклава 30%. Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки BGO, характеризующиеся единственной компонентой сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса 50 нс при 100% сцинтилляционной эффективности относительно перетертого монокристалла BGO.Example 5. According to example 4, characterized in that the synthesis was carried out at a temperature of 140 ° C and filling the autoclave 30%. The samples obtained under these conditions were single-phase BGO powders, characterized by a single scintillation component with a pulse exposure time constant of 50 ns at 100% scintillation efficiency relative to the milled BGO single crystal.

Положительный эффект, достигнутый при синтезе в гидротермальных условиях при микроволновом воздействии состоит в том, что полученный сцинтилляционный материал (Примеры 1-5) обладает малым временем высвечивания сцинтилляционного импульса, составляющим τ=11-50 нс, т.е. на порядок меньшим, чем у монокристаллического BGO, причем медленная компонента затухания отсутствует. Полученный по заявленному способу материал является перспективным для создания высокочувствительных детекторов с высокой скоростью счета событий.The positive effect achieved during the synthesis under hydrothermal conditions under microwave exposure is that the obtained scintillation material (Examples 1-5) has a short scintillation pulse emission time of τ = 11-50 ns, i.e. an order of magnitude smaller than that of single-crystal BGO, with no slow attenuation component. The material obtained by the claimed method is promising for creating highly sensitive detectors with a high event counting rate.

Заявленный способ обладает следующими преимуществами:The claimed method has the following advantages:

Figure 00000001
позволяет синтезировать быстрый сцинтилляционный материал с постоянной времени высвечивания τ=11-50 нс;
Figure 00000001
allows you to synthesize fast scintillation material with a constant time of emission of τ = 11-50 ns;

Figure 00000001
позволяет проводить синтез при температурах 140-220°С, что существенно ниже температуры выращивания монокристаллов из расплава (1000°С и выше);
Figure 00000001
allows synthesis at temperatures of 140-220 ° C, which is significantly lower than the temperature of growing single crystals from the melt (1000 ° C and above);

Figure 00000001
не требует применения сложного и дорогостоящего оборудования, например платиновых тиглей;
Figure 00000001
does not require the use of complex and expensive equipment, such as platinum crucibles;

Figure 00000001
субмикронный размер зерен получаемого порошка BGO позволяет использовать его для изготовления сцинтилляционной керамики и композитов.
Figure 00000001
the submicron grain size of the resulting BGO powder allows it to be used for the manufacture of scintillation ceramics and composites.

Claims (1)

Способ получения поликристаллического ортогерманата висмута с субмикронным размером зерен, характеризующегося наличием единственной компоненты сцинтилляции с постоянной времени высвечивания не более 50 нс, включающий смешивание реагентов - водного раствора нитрата висмута Bi(NO3)3⋅5H2O и оксида германия GeO2 - в стехиометрическом соотношении Bi/Ge - 4:3, добавление к полученной суспензии водного раствора аммиака (1,7-8М) и последующую гидротермально-микроволновую обработку при температуре 140-220°C в течение 0,5-2 часов в тефлоновом автоклаве объемом, в 2-4 раза превышающим объем суспензии.A method of producing a polycrystalline bismuth orthogermanate with a submicron grain size, characterized by the presence of a single scintillation component with a luminescence time constant of not more than 50 ns, comprising mixing reagents - an aqueous solution of bismuth nitrate Bi (NO 3 ) 3 ⋅ 5H 2 O and germanium oxide GeO 2 - in stoichiometric the ratio Bi / Ge - 4: 3, adding to the resulting suspension an aqueous solution of ammonia (1.7-8M) and subsequent hydrothermal-microwave treatment at a temperature of 140-220 ° C for 0.5-2 hours in a Teflon autoclave volume m is 2-4 times the volume of the suspension.
RU2018105954A 2018-02-16 2018-02-16 Method for obtaining a polycrystalline bismuth orthogermanate RU2659268C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105954A RU2659268C1 (en) 2018-02-16 2018-02-16 Method for obtaining a polycrystalline bismuth orthogermanate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105954A RU2659268C1 (en) 2018-02-16 2018-02-16 Method for obtaining a polycrystalline bismuth orthogermanate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2659268C1 true RU2659268C1 (en) 2018-06-29

Family

ID=62816018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018105954A RU2659268C1 (en) 2018-02-16 2018-02-16 Method for obtaining a polycrystalline bismuth orthogermanate

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2659268C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2810277C1 (en) * 2023-02-20 2023-12-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" METHOD FOR OBTAINING Bi2Ge2O7 COMPOUND

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4650659A (en) * 1985-02-12 1987-03-17 Commissariat A L'energie Atomique Process for the preparation of bismuth germanate of formula Bi4 Ge.sub. O12
RU2031987C1 (en) * 1991-06-20 1995-03-27 Всероссийский научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья Scintillation material
US9518219B2 (en) * 2014-01-30 2016-12-13 Sandia Corporation Hydrothermal synthesis of bismuth germanium oxide

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4650659A (en) * 1985-02-12 1987-03-17 Commissariat A L'energie Atomique Process for the preparation of bismuth germanate of formula Bi4 Ge.sub. O12
RU2031987C1 (en) * 1991-06-20 1995-03-27 Всероссийский научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья Scintillation material
US9518219B2 (en) * 2014-01-30 2016-12-13 Sandia Corporation Hydrothermal synthesis of bismuth germanium oxide

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2810277C1 (en) * 2023-02-20 2023-12-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" METHOD FOR OBTAINING Bi2Ge2O7 COMPOUND

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5112589B2 (en) Scintillator crystal, manufacturing method thereof and application thereof
JP2019048765A (en) Scintillation of garnet type scintillator and co-doping method for modifying optical characteristics
US10174247B2 (en) Illuminant and radiation detector
JP5594799B2 (en) Scintillator
JP2018503706A (en) Novel thallium-doped sodium iodide, cesium iodide or lithium iodide scintillator
US11339326B2 (en) Tl+-based and mixed halide A3B2X9-type scintillators
US20230002927A1 (en) Li+ doped metal halide scintillation crystal with zero-dimensional perovskite structure, preparation method and use thereof
Luo et al. Microstructure and optical characteristics of Ce: Gd3 (Ga, Al) 5O12 ceramic for scintillator application
Ayer et al. BaWO 2 F 4: a mixed anion X-ray scintillator with excellent photoluminescence quantum efficiency
Shlegel et al. Purification of molybdenum oxide, growth and characterization of medium size zinc molybdate crystals for the LUMINEU program
CN110515113A (en) Core-shell structure halogen perovskite X-ray scintillation body and preparation method thereof
US7498579B2 (en) Scintillator and radiation detector, and radiation inspecting device
RU2659268C1 (en) Method for obtaining a polycrystalline bismuth orthogermanate
JP6188024B2 (en) Luminescent body and radiation detector
Veselova et al. Microwave-assisted self-propagating high-temperature synthesis of fine-particle Bi 4 Ge 3 O 12
WO2022202500A1 (en) Scintillator and radiation detector
RU2682554C1 (en) Poly-crystalline scintillation materials in the form of powders production method
JP2010285559A (en) Crystal for scintillator, and radiation detector
CN113667469A (en) Preparation method for improving X-ray detection performance of scintillator
WO2021149670A1 (en) Scintillator and radiation detector
WO2021177153A1 (en) Scintillator, and method for producing single crystal for scintillator
JP2013231150A (en) Scintillator material and x-ray detector
WO2023192587A1 (en) Codoped cesium iodide scintillators
JP2021102715A (en) Scintillator and radiation detector
CN114507521A (en) Broadband scintillator and X-ray imaging application thereof