UA75066C2 - Сцинтиляційна речовина, спосіб вирощування монокристалу сцинтиляційної речовини, та її застосування - Google Patents

Abstract

Винахід стосується сцинтиляційної неорганічної речовини загальної формули М1-xCexBr3, де М вибирається із елементів або суміші елементів групи: La, Gd, Y, переважно із елементів або суміші елементів групи: La, Gd, і де х є молярним рівнем заміщення М церієм, що в подальшому називається як "вміст церію", де х більше, або дорівнює 0,0001 і обов'язково менше 1. Винахід також стосується способу вирощування вказаної сцинтиляційної монокристалічної речовини і її застосування як компонента детектора, зокрема в промисловості і медицині, а також в нафтовій промисловості.

Description

мінювання, космічних променів і часток, чия енер- розрізнення дають значно вищі переваги. гія становить приблизно 1 Кем і вище. Наприклад, у випадку детектора, який викори-

Сцинтиляторні кристали є кристалами, що є стовується, для аналізу різних радіоактивних ізо- прозорими в сцинтиляційному спектрі довжини топів, краще енергетичне розрізнення дає можли- хвиль, що є реакцією на випромінювання, що па- вість отримати більш ефективне виділення цих дає, шляхом випромінювання світлового імпульсу. ізотопів.

На базі подібних кристалів, загалом монокрис- Зростання енергетичного розрізнення зокрема талів, можуть створюватись детектори, де світло, є бажаним для медичних фотодетекторів, напри- що випромінюється кристалом, що є частиною клад, гамма-камери або пристрою позитрон- детектору, з'єднано із засобами детекції світла, і випромінювальної томографії (ПВТ), оскільки це даний кристал виробляє електричний сигнал, що є дає можливість значно поліпшити контраст і якість пропорційним ряду отриманих імпульсів світла, і їх зображення, таким чином дозволяючи точніше і інтенсивності. Такі детектори використовуються раніше виявляти пухлини. зокрема в сфері вимірювань товщини або ваги, в Іншим дуже важливим параметром є констан- ядерній медицині, фізиці, хімії і при пошуках наф- та часу згасання сцинтиляції; цей параметр зазви- ти. чай вимірюється за методом "Початок - зупинка"

Родина відомих сцинтиляторних кристалів, що або "Декількох попадань", (описаний МУМ/. Мозев5 широко використовується є йодидом натрію із до- (Мисі. Іпвіг апа Меїй. АЗЗб (1993)253). мішками талію, типу ТІ:Маї. Ця сцинтиляційна ре- Є бажаною найменша можлива константа часу човина, відкрита Робертом Хофстадтером (Кобеп згасання, з тим, щоб можна було збільшити діючу

Ноївіайатег) у 1948 році, що становить основу су- частоту детекторів. В сфері застосування для часних сцинтиляторів, досі є домінуючою речови- отримання ядерних знімків в медицині, це дозво- ною в цій сфері, незважаючи на майже 50 років ляє, наприклад, значно скоротити тривалість ви- досліджень, які виконуються на інших речовинах. пробувань. Константа часу згасання, що не є дуже

Однак, ці кристали мають певне загасання сцин- високою, також дає можливість вдосконалити ча- тиляції, що не є дуже швидким. сове розрізнення пристроїв виявлення подій за

Також використовується така речовина, як С5Іі, часовим збігом. Це стосується /позитрон- що, в залежності від застосування, може викорис- випромінювальних томографів (ПВТ), де зниження товуватися окремо, або з домішками талію (ТІ) або константи часу згасання сцинтилятору може бути з натрію (Ма). суттєво поліпшено через вибракування невідпові-

Одна родина сцинтиляторних кристалів, що дних подій з більшою точністю. отримала значний розвиток представлена вісму- Взагалі, спектр згасання сцинтиляції, як функ- том германату (В СО). Кристали сім'ї В СО мають ція часу, може бути зведена до суми показових високі константи згасання, що обмежує викорис- функцій, кожна з яких характеризується констан- тання цих кристалів до використання у вимірюва- тою часу згасання. льних приборах не дуже великої точності. Якість сцинтилятору по суті визначається ха-

Інша, нещодавно винайдена родина сцинтиля- рактеристиками роботи найшвидшого елемента торних кристалів, була розроблена в 1990 роках і є емісії. родиною типу активованого церій лютецій оксиор- Стандартні сцинтиляційні речовини, не забез- тосилікату Се! 50. Проте дані кристали є дуже печують як хороших показників енергетичної резо- гетерогенними і мають дуже високу точку плав- люції, так і констант швидкого часу згасання. лення (близько 220075). Це є наслідком того, що речовини, як напри-

Темою багатьох досліджень є розробка нових клад, ТІ:Ма!Ї мають хороше енергетичне розрізнен- речовин з більш досконалими характеристиками. ня при гамма збудженні - приблизно 795, константа

Одним з параметрів, що бажано поліпшити, є часу згасання - близько 230 не. Так само, ТІ С5і| і енергетична резолюція . ма:С5і мають значні показники константи згасання,

Це є важливим через те, що для більшості за- зокрема значно більше більший, ніж 500 не. стосувань в ядерних детекторах, гарна енергетич- Можна досягти не настільки високих показни- на резолюція є бажаною. Енергетичне розрізнення ків константи часу згасання із Се: 50, зокрема - ядерного детектора випромінювання в дійсності близько 40 не, але енергетичне розрізнення при визначає його здатність відокремлювати енергії гамма збудженні в 662 КкКем цієї речовини загалом випромінювання, які є дуже близькими. Воно за- більше за 10965. звичай визначається для даного детектора при Нещодавно були відкриті сцинтиляційні речо- даній енергії, як, наприклад, ширина в серединній вини 0. (ЗиШої-МоєЇ та інші. (ОріїсаЇ апа висоти піка, що досліджується, в спектрі енергії, зсіпіШакноп ргорепіез ої сегічт дореа Басіз БиВгз отриманої від цього детектора, відносно енергії в апа БисСіз" в "Чоигпа! ої Гитіпезсепсе" 85 (1999) центроїді піка (див. зокрема: о.Р. Кпої!, "Кадіакоп 21-35). Ця стаття описує сцинтиляційні якості су-

Оеїесіп апа Меазигетепі", допп У/ієу апа 5опв, мішей із домішками церію, як наприклад Гисі»з, із

Іпс., друге видання стор. 114). Надалі в тексті, а добавленням 0.57мольбо Се; І иВігз, із добавлен- також для всіх вимірювань, що проводяться, розрі- ням 0.021 мольбо, 0.46 мольбю і 0.76 мольбо Се; знення визначається в 662 КеМ, головної гамми ГисСіз, із добавленням 0,45 мольбо Се. Ці сцинти- емісії 19378. ляційні речовини, мають цілком корисні показники

Чим менше енергетичне розрізнення, тим ви- енергетичного розрізнення, приблизно 7905, і конс- ще якість детектора. Вважається, що при енерге- танти часу згасання швидкого елемента сцинтиля- тичному розрізненні близько 796 можна отримува- ції, що є фактично низькими, зокрема між 25 і 50 ти гарні результати. Проте, нижчі значення не. Проте, інтенсивність швидкого компонента цих речовин є досить низькою, особливо приблизно Відповідно до одного втілення, сцинтиляційна від 1000 до 2000 фотонів на МеУ, що означає, що речовина згідно з винаходом, є монокристалом, вони не можуть використовуватися, як елементи який дозволяє отримувати компоненти високої високоточних детекторів. прозорості, розміри яких є достатніми, для ефек-

Таким чином, цей аспект винаходу стосується тивної зупинки і виявлення випромінювання, що речовини, що може мати низьку константу часу має бути виявлено, навіть при високих показниках згасання, принаймні, що є еквівалентою Се: 50, а енергії. Об'єм цих монокристалів зокрема прибли- також, де інтенсивність швидкого елемента сцин- зно 10мм3, або навіть більше, за 1см3 і навіть бі- тиляції підходить для створення високоточних де- льший за 10см3. текторів, зокрема більше за 4000 фотонів/Мем Відповідно до іншого втілення, сцинтиляційна (фотонів за Мем), або навіть більше за 8000 фото- речовина згідно з винаходом, є порошком або по- нів/Мем (фотонів за Мем), і в переважному способі лікристалом, наприклад в формі порошку, зміша- матиме добре енергетичне розрізнення, принаймні ного із зв'язувальною речовиною або також - у не гірше за енергетичне розрізнення ТІ: Маї. формі золь-гелю.

Відповідно до даного винаходу, дана задача Винахід також стосується способу отримання вирішується завдяки неорганічній сцинтиляційній зазначеної вище сцинтиляційної речовини Мі- речовині, що має наступний склад Мі-хСехВгз, хСехВіз, у вигляді монокристалу методом вирощу- де М вибирається із лантанідів або сумішей вання Брідгмана, наприклад у вакуумних запеча- лантанідів, переважно із елементів або сумішей таних кварцових ампулах, зокрема із суміші коме- елементів групи: Га, са, У, переважно із лантані- рційних порошків МС Із і СеВгз. дів, або сумішей лантанідів групи: Га, (34, Винахід також стосується способу використан- і де х є молярним рівнем заміни М церієм, що ня сцинтиляційної речовини, яка зазначена вище, в подальшому називається як "вміст церію", де хХ як компонента детектора для виявлення випромі- більший, або дорівнює 0,0їмольОо , і обов'язково нювання, зокрема гамма і/або рентгенівськими менше 100мольоо. променями.

Термін "лантанід" стосується перехідних еле- Такий детектор особливо переважно включає ментів із числом атома 57-71, і ітрію (У), що є ста- фотодетектор, оптично з'єднаний із сцинтилято- ндартним в технічній сфері даного винаходу. ром для вироблення електричного сигналу у від-

Неорганічна сцинтиляційна речовина згідно з повідь на випромінювання імпульсу світла, що винаходом, по суті складається з Мі-хСехВгз і може виробляється сцинтилятором. також включати певні домішки, що є звичайними в Фотодетектор даного пристрою може зокрема технічній сфері винаходу. Взагалі, звичайними бути фотопідсилювачем, фотодіодом, або іншим домішки є домішками, що походять із сировини, датчиком типу П33. вміст якої, зокрема є меншим за 0.1905, або навіть Переважне використання цього типу детекто- менше за 0.0195, або небажаними фазами, про- ра стосується вимірювання гамма або рентгенівсь- цент об'єму яких є переважно меншим за 195. кого випромінювання; така система також може

Фактично, заявники виявили те, яким чином виявляти альфа і бета випромінювання і електро- довести, що сполуки Мі-СехВіз, які зазначені ви- ни. Винахід також стосується способу використан- ще, де міститься церій, мають необхідні характе- ня вище зазначеного детектора в медичних ядер- ристики. Сцинтиляційне випромінювання речовини них пристроях, особливо гамма камерах типу згідно з винаходом має інтенсивний швидкий ком- Апдег і томографічних сканерах позитронного ви- понент (щонайменше 10000 фотонів/Меу) і низьку промінювання |див. наприклад С.М/.Е. Мап ЕЇК, константу часу згасання, порядку від 20-40 не. "Іпогдапіс ЗсіпіПайог ог Меадіса! Ітадіпд", Міжнаро-

Переважна речовина за даним винаходом має дний семінар з нових типів детекторів, 15-19 трав- формулу ГІ аї-хСехВгз; фактично дана речовина має ня 1995 - Агспатр, Егапсе. Опубліковано в одночасно відмінні показники енергетичного розрі- "Рпузіса Меаїіса", Мої. ХІї, зирріетепі 1, червень знення при 662 Ккем, зокрема менше за 5595, і навіть 96). менше за 495. Відповідно до іншого варіанту, винахід стосу-

Відповідно до одного із втілень, сцинтиляційна ється способу використання вищезазначеного де- речовина за даним винаходом має енергетичне тектора в пристроях для виявлення нафти, |див. розрізнення менше за 595 при 662 Ккем. наприклад, "Арріїсайоп5 ої 5сіпіШайноп сошпііпд апа

Відповідно до іншого втілення, сцинтиляційна апаїузіб", в "РПпоїотийірієг Шшре, рііпсіріє апа речовина згідно з винаходом, має швидку констан- арріїсайкоп", розділ 7, РПйЇїрві. ту часу згасання - менше 40 не, або навіть менше Інші деталі і характеристики стануть зрозумі- ніж 30 не. лими із подальшого опису переважних втілень, що

Відповідно до переважного втілення, сцинти- не є обмежувальними, а також даних, що отримані ляційна речовина згідно з винаходом, має як енер- за допомогою зразків, що включають монокриста- гетичне розрізнення менше ніж 595, так і швидку ли згідно з винаходом. константу часу згасання менше ніж 40 не, або на- Таблиця 1 показує характерні результати сци- віть менше 30 не. нтиляції для прикладів згідно з винаходом (прик-

У переважному способі, вміст церію Х змісту лади 1 - 5), а також - для порівняльних прикладів складається між 1 мольббо і 90 мольоо, і навіть зок- (приклади А -0). рема, більше, або дорівнює 2 мольоо, або навіть х є церієвим вмістом, що виражений в мольоо, більше, або дорівнює 4 мольбо і/або переважно що заміщується в атомі М. менше, або дорівнює 50 мольбоб, або навіть менше, Вимірювання проводяться за збудження у- або дорівнює 30 мольоб. променя в 662 Кем. Умови вимірювання більш до-

кладно описані О.сийЙої-Моеї, що цитувався вище. відмінною і має непередбачену природу, та має

Емісійна інтенсивність виражається в фотонах значення між З і 495, що значно краще, стосовно за Мем. тТІ:Маї.

Емісійна інтенсивність записується, як функція Це є результатом того, що, лантанід бромідні часу інтегрування до 0,5; З і 10 мікросекунд. сполуки (приклади А, В ії С) не мають визначних

Швидкий компонент сцинтиляції характеризу- сцинтиляційних характеристик. Наприклад, люте- ється своєю константою часу згасання, т, що ви- цій броміди із домішками церію (приклади В і С) ражений в наносекундах, і інтенсивністю (вираже- мають добрі показники розрізнення КО, проте ін- ною в фотонах/мМеум) сцинтиляції, що представляє тенсивність швидкого елементу є низькою, значно вплив цього компоненту на загальну кількість фо- менше за 4000 фотонів/МеМ. Що стосується відо- тонів, що випромінюється сцинтилятором. мих лантанід фторидів (приклади 0, Е, Е, б) вони

Зразки, що використовувались у вимірюваннях мають дуже низьку інтенсивність випромінювання. прикладів, були невеликими монокристалами бли- Несподівано, винахідники помітили значне зько 10мм3. збільшення інтенсивності компоненту швидкого

Із таблиці 1, зрозуміло, що суміші за винахо- випромінювання для Га і са бромідів, що містять дом типу Мі-«ХСехВіз, включають церій (Приклади 1- церій. 5) всі мають дуже корисні показники константи Сцинтиляційні речовини відповідно до даного часу згасання швидкого елемента випромінюван- винаходу, зокрема речовини за загальною форму- ня, між 20 і 40 не, а інтенсивність цього швидкого лою ІаїхСехВгз мають такі характеристики, що елемента сцинтиляції є дуже визначною і значно особливо підходять для збільшення експлуатацій- більше за 10000 фотонів/Мем: фактично досягає них характеристик детекторів, як в показниках показника 40000 фотонів/мМем. енергетичного розрізнення, часової резолюції, так і

Окрім цього, розрізнення, Кос, цих прикладів швидкості підрахунку. згідно з винаходом (Приклади 1 - 4), де Мега є

Таблиця 1 мольоо тони/Мем) Розрізнення

ПрикладіМатриця Сез- х (Вес) Інтенс. ех | цаВіз | 10 | од | 45000 | 45000 | 45000 | 39 |24| 41400

А | їавз| 0 | о | 13000 | 17000 | 17000 | 15 |365| 11200 в | Віз | 0,46 болі 9000 | 4000 | 8000 | 78 |32| 800 ( 0 | аг | 1 001| 8440 | -мо | 440 | 520 /3| «00 ( мольбо вання (фотони/Ме Розрізнення

Приклад Матриця Сез» (В92) Інтенс (фот/мМем) новий | УВз | 005 )|0005| 20000 | 28000 | 35000| »20 | 25 | 8000

Комп'ютерна верстка О.Воробєй Підписне Тираж 26 прим.

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601