CS245641B1 - Scintilační materiál - Google Patents

Abstract

Scintilační materiál, který je předmětem vynálezu, je tvořen monokrystalem chloridu olovnatého aktivovaného manganem PbCl2/Mn/ v rozsahu 0,01 mol. % až 10 mol,% a je určen pro detekci ionizujícího záření s využitím jeho luminiscenčních vlastností. Při použití monokrystalu podle vynálezu se zvýší detekční účinnost přibližně o 35 % vůči alkalickým halogenidům za předpokladu stejných rozměrů scintilačního detektoru.

Description

Vynález se týká nového monokrystalického scintilačního materiálu pro detekci ionizujícího záření na principu jeho luminiscenčních vlastností.

Scintilační detektory patří v současné době mezi nejčastěji používané detektory v zařízeních pro detekci ionizujícího záření. Řada jejich vlastností, jako jsou vysoká detekční účinnost pro záření gama, neutrony a nabité částice, možnost spektrometřického měření především pro záření gama, vysoká časová rozlišovací schopnost a další, umožňují velký počet aplikací v nejrůznějších oborech vědy a techniky. \

Během třicetiletého vývoje scintilační techniky byla objevena a zdokonalena řada organických a anorganických látek, které je možno využít ve scintilační technice. V poslední době stále roste potřeba nových detekčních elementů ionizujícího záření, což má přímou spojitost s rozvojem jaderné techniky, jaderných zdrojů energie, stále náročnějšími metodami geologického průzkumu, rozvojem lékařských věd a dalších oborů.

Dosavadní způsoby detekce ionizující v; záření, které využívají monokrystalů, jsou založeny buá na změně jejich elektrického odporu úměrně s ozářením nebo jejich luminiscenci, která je potom detekována a zesilována s využitím fotonásobiče.

Monokrystaly vhodné pro tyto, takzvané scintilační detektory, musí především být schopny v dostatečné míře absorbovat primární ionizující záření, a proto musí obsahovat pokud možno prvky s vysokým atomovým číslem.

V tomto směru je dosavadní technika omezena v podstatě jen na scintilační krystaly s vysokým atomovým číslem orientované složky. Jako typický příklad může sloužit nejvíce používaný krystal pro detekci záření gama - jodid sodný aktivovaný thaliem - NaJ/Tl/.

Pro mnohé aplikace je zapotřebí scintilačních detektorů s neobyčejně velkými rozměry krystalového funkčního elementu. Náhrada sodíku cesiem, to je posledním členem řady alkalických kovů, naráží jednak na jeho neobyčejně vysokou cenu, která kromě toho není úměrná poměrně malému zvýšení průměrného atomového čísla funkčního elementu.

Dosavadní používané scintilační detektory mají rovněž nevýhodu v tom, že nemohou pracovat při zvýšených pracovních teplotách a je obtížné je chladit. Proto výzkum v oblasti vyhledávání nových monokrystalů pro scintilační detektory je orientován na získání nových materiálů s vysokým atomovým číslem.

Tento požadavek splňuje scintilační materiál podle vynálezu, jehož podstatou je, že je tvořen monokrystalem chloridu olovnatého aktivovaného manganem v rozsahu 0,01 mol. až 10 mol. i

Při použití monokrystalu PbC^/Mn/ se zvýší detekční účinnost přibližně o 35 S vůči alkalickým halogenidúm za předpokladu stejných rozměrů scintilačního detektoru, nebo při požadavku stejné detekční účinnosti je možno použít scintilačního detektoru menších rozměrů.

Krystalizací z taveniny v uzavřeném kelímku byl vykultivován monokrystal chloridu olovnatého aktivovaného 0,5 mol. % manganu. Monokrystal byl pak opracován na rozměr o 0 20 mm x •χ 20 mm a zapouzdřen do hliníkového pouzdra s reflektorem a čelním skleněným okénkem, které pak bylo silikonovým olejem opticky připojeno na fotonásobič.

Takto zhotovený scintilátor byl potom za stejných podmínek srovnán s klasickým scintilátorem NaJ/Tl/ stejných rozměrů. Scintilátor s monokrystalem Pbcl₂/Mn/ podle vynálezu vykazoval o 35 í vyšší účinnost při teplotě - 175 °C. '

Při ozáření krystalu dochází k přenosu energie absorbované základní mříží PbCl^iMn, Účinnost tohoto přenosu činí zhruba 75 Ϊ pro teplotu kolem 25 ''C, účinnost mírně roste od -20 °C do 65 °C.

Účinnost je zde brána jako poměr intenzity vyjádřené počtem fotonů infračervené emise při pokojové teplotě k intenzitě celkové enm. v oboru 400 az 850 nm.

Optimální koncentrace je v zásadě určena možností zabudování manganu do mříže chloridu olovnatého při zachování dostatečné optické kvality krystalu. Ke znatelnému koncentračnímu zhášení při koncentraci 0,1 mol. % Mn ve vzorku nedochází.

Světelný výtěžek i zisk fotonásobiče jsou funkce teploty. Její kolísání v čase může mít za následek zhoršení energetické rozlišovací schopnosti a může vyvolat potíže při cejchování podle energie.

V řadě případů je použití fotonásobičů limitováno, což znesnadňuje využití systémů scintilátor - fotonásobič, zvláště když je současně požadována vysoká mechanická pevnost, teplotní odolnost systémů a jejích malé rozměry.

Rozptyl parametrů fotonásobiče znemožňuje jejich využití v systémech s mozaikovou strukturou tvořenou desítkami a stovkami detekčních prvků, které jsou nutné k vizualizaci funkce vnitřních orgánů v medicině, k detekci kosmického záření a podobně.

Překonat tyto potíže umožňuje systém scintilátor a polovodičový fotočítlivý element. Polovodičový fotocitlivý element v kombinaci s operačním zesilovačem se co do citlivosti vyrovná fotonásobiči, má větší dynamický rozsah fotocitlivosti, malé rozměry a vyznačuje se vysokou spolehlivostí.

Právě krystal PbCl₂/Mh/ je vhodný pro spojení s polovodičovým fotocitlivým elementem vzhledem k tomu, že emisní spektrum jmenovaného scintilátoru leží v oblasti maximální cítlivos ti polovodičových fotoeleraentů.

Claims (1)

1. Scintilační materiál vyznačující se tím, že je tvořen monokrystalem chloridu olovnatého aktivovaného manganem PbCl₂/Mn/ v rozsahu 0,01 mol. % až 10 mol. %.