CS253389B1

CS253389B1 - A method for increasing the detection and luminescence efficiency of crystalline materials for low energy radiation and electron detectors

Info

Publication number: CS253389B1
Application number: CS852854A
Authority: CS
Inventors: Karel Blazek; Jan Zikmund; Josef Kvapil
Original assignee: Karel Blazek; Jan Zikmund; Josef Kvapil
Priority date: 1985-04-18
Filing date: 1985-04-18
Publication date: 1987-11-12
Also published as: CS285485A1

Abstract

Způsob zvyšování detekční a luminiscenční účinnosti krystalických materiálů pro detektory nízkoenergetického /i- záření a elektrony na báři yttrithohlinitého granátu a yttritohlinitého perovski.tu aktivovaných cerem, výrazně zvyšující účinnost a vykazující dobrou reprodukovatelnost a to odleptáním povrchové nedefinovatelné vrstvy vzniklé opracováním působením kyseliny fosforečné o koncentraci 65 až 85 % při teplotě v intervalu 50 až 295 °C po dobu, odpovídající vztahu 90000 t = -------------- - 300 T kde t je čas v sekundách a T teplota v °C.A method of increasing the detection and luminescence efficiency of crystalline materials for detectors of low-energy /i- radiation and electrons on a barium yttrialuminum garnet and yttrialuminum perovskite activated by cerium, significantly increasing the efficiency and showing good reproducibility by etching away the surface indefinable layer formed by processing with phosphoric acid of a concentration of 65 to 85% at a temperature in the interval of 50 to 295 °C for a time corresponding to the relationship 90000 t = -------------- - 300 T where t is time in seconds and T is temperature in °C.

Description

Vynález se týká způsobu zvyšování detekční a luminiscenční účinnosti krystalických materiálů pro detektory nízkoenergetického β-záření a elektronů na bázi yttritohlinitého granátu a yttritohlinitého perovskitu aktivovaného cerem nebo přesněji způsobu konečné úpravy povrchu těchto detektorů.The invention relates to a method for increasing the detection and luminescence efficiency of crystalline materials for cerium-activated yttrium-aluminum garnet and cerium-activated yttrium-aluminum perovskite based detectors of low energy β-radiation and electron, or more particularly to a method of finishing the surface of these detectors.

V současné době je známa celá řada materiálů pro detekci nízkoenergetického /3-záření a elektronů, z nichž prakticky se převážně používají plastické scintilátory, scintilační skla a krystalické materiály na bázi yttritohlinitého granátu a .yttritohlinitého perovskitu' aktivovaných cerem, fluridu vápenatého aktivovaného europiem, křemičitanu yttritého, aktivovaného cerem a podobně. Pro použití těchto materiálů jako detektorů energií do 100 keV, kdy dolet elektronů v daném materiálu činí maximálně několik /um, je pro detekci rozhodující povrchová vrstva. Při současných způsobech opracování krystalických materiálů je tato povrchová vrstva deformována, jsou zde zaleštěny zbytky materiálů pro povrchové opracování a v případě práškových detektorů obsahuje tato povrchová vrstva řadu nečistot a iontů adsorbovaných z okolního prostředí. Tato nedefinoyatelná povrchová vrstva má tloušťku srovnatelnou s doletem detekovaných elektronů a způsobuje proto značný rozptyl dopadajících elektronů a zhášení luminiscence, což má za následek nízkou a nereprodukovatelnou účinnost pro detekci těchto energií.A variety of low-energy / 3-radiation and electron detection materials are currently known, of which mainly scintillators, scintillation glass and crystalline materials based on cerium-activated yttrium-aluminum garnet and "cerium-aluminum" -trytro-aluminum perovskite, europium-activated calcium fluride, yttrium, cerium activated and the like. For the use of these materials as energy detectors up to 100 keV, when the electron range in the material is a maximum of several µm, the surface layer is decisive for detection. In the present methods of treating crystalline materials, the surface layer is deformed, there are polished surface treatment materials, and in the case of powder detectors, the surface layer contains a number of impurities and ions adsorbed from the environment. This non-defined coating has a thickness comparable to the range of detected electrons and therefore causes considerable scattering of incident electrons and quenching luminescence, resulting in low and non-reproducible efficiency for detecting these energies.

253 389253 389

Tuto nedefinovatelnou povrchovou vrstvu lze odstraňovat známým postupem odleptáváním 10 %n£m hydroxidem sodným, ale tento způsob vykazuje špatnou reprodukovatelnost a zvýšení luminiscenční účinnosti nejvýše o 10 %.This undefined surface layer can be removed by a known process by etching with 10% sodium hydroxide, but the process shows poor reproducibility and an increase in luminescence efficiency of at most 10%.

Dobré reprodukovatelnoůti a podstatného zvýšení luminiscenční účinnosti umožňuje způsob zvyšování detekční a luminiscenční účinnosti krystalických materiálů pro detekci nízkoenergetického /3-záření a elektronů na bázi yttritohlinitého granátu a yttrito hlinitého perovskitu aktivovaných cerem odleptáním povrchové nedefinovatelné vrstvy vzniklé opracováním, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na scintilační detektor se působí kyselinou fosforečnou o koncentraci 65 až 85 % při teplotě T v intervalu 50 až 295 °C po dobu t , odpovídající vztahuThe method of increasing the detection and luminescence efficiency of low-energy / 3-radiation crystalline materials and yttrium-aluminum garnet and cerium-activated yttrium-aluminum perovskite electrons by etching the surface indefinable treatment layer according to the invention, which is based on the invention, provides a good reproducibility and substantial increase in luminescence efficiency. 2. The method according to claim 1, characterized in that the scintillation detector is treated with phosphoric acid at a concentration of 65 to 85% at a temperature T in the interval 50 to 295 ° C for a time t corresponding to

9000090000

T kde t je čas v sekundách a T teplota ve °C.T where t is the time in seconds and T the temperature in ° C.

Příklad 1 *Example 1 *

Detekční plocha scintilátoru z yttritohlinitého granátu aktivovaného cerem ve formě jednostranné leštěné destičky byla vystavena působení kyseliny fosforečné o koncentraci 70 % při teplotě 150 °C po dobu 300 s. Práce byla prováděna v teflonové nádobce. Takto upravený scintilační detektor vykazoval, o 10 % vyšší luminiscenční účinnost pro detekci elektronů o energii 20 až 30 keV proti scintilátoru, jehož povrch byl odleptáván 10 %ním hydroxidem sodným při teplotě 100 °C a o 20 % vyšší účinnost proti neupravenému povrchu.The detection surface of the cerium-activated yttrium-aluminum garnet scintillator in the form of a one-sided polished plate was exposed to 70% phosphoric acid at 150 ° C for 300 s. The work was carried out in a Teflon container. The scintillation detector thus treated exhibited a 10% higher luminescence efficiency for detecting 20 to 30 keV electrons against a scintillator, the surface of which was etched with 10% sodium hydroxide at 100 ° C and 20% more effective against the untreated surface.

Příklad 2:Example 2:

oO

Pro detekci záření izotopu tritia H o energii 0,0179 MeV byl použit práškovitý scintilátor na bázi yttritohlinitého perov skitu aktivovaného cerem o velikosti zrn 15 až 25 yum, který byl vystaven působení kyseliny fosforečné o koncentraci 80 % při zvolené teplotě 295 °C po dobu 5 s. Takto upravený scintilátor vykazoval zvýšenou detekční účinnost proti neupravenému po.vrchu na 250 % jeho hodnoty.For the detection of tritium H isotope energy of 0.0179 MeV, a yttrium-aluminated cerium-activated pear scitilizer with a grain size of 15 to 25 yum was used and exposed to 80% phosphoric acid at a selected temperature of 295 ° C for 5 hours. The scintillator treated in this way showed an increased detection efficiency against the untreated surface to 250% of its value.

- 3 253 389- 3,253,389

Pro leštěné povrchy je výhodné volit teploty působení nižší, do 200 °C, pro povrchy práškovitého materiálu teploty vyšší nad 200 °C.For polished surfaces, it is preferable to select treatment temperatures lower than 200 ° C, for surfaces of powdered material temperatures above 200 ° C.

<?ím vyšší je čistota použité kyseliny fosforečné, tím lepších výsledků, ve zvýšení luminiscenční účinnosti se dosáhne. Zvláště výhodná je kyselina, jejíž čistota je taková, že obsah nečistot v ní je nižší, než hranice detekovatelnosti při jejich stanovení neutronovou aktivační analýzou nebo rentgenfluorescen ční analýzou.The higher the purity of the phosphoric acid used, the better the luminescence efficiency is achieved. Particularly preferred is an acid whose purity is such that its impurity content is lower than the limit of detectability when determined by neutron activation analysis or X-ray fluorescence analysis.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Method for increasing the detection and luminescence efficiency of crystalline materials for cerium-activated yttrium-aluminum garnet and yttrium-aluminum perovskite-based cerium activated-energy detectors and electrons based on etching of the surface indefinable treatment layer, characterized in that the scintillator surface is treated with 65-85 phosphoric acid % at a temperature T in the range of 50 to 295 ° C for a time t corresponding to the relationship