CZ20032329A3 - Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií - Google Patents
Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20032329A3 CZ20032329A3 CZ20032329A CZ20032329A CZ20032329A3 CZ 20032329 A3 CZ20032329 A3 CZ 20032329A3 CZ 20032329 A CZ20032329 A CZ 20032329A CZ 20032329 A CZ20032329 A CZ 20032329A CZ 20032329 A3 CZ20032329 A3 CZ 20032329A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- scintillator
- lead
- wolframate
- crystal
- stoichiometric
- Prior art date
Links
- NKTZYSOLHFIEMF-UHFFFAOYSA-N dioxido(dioxo)tungsten;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][W]([O-])(=O)=O NKTZYSOLHFIEMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 8
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 7
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 17
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 241000283014 Dama Species 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- JNSGIVNNHKGGRU-JYRVWZFOSA-N diethoxyphosphinothioyl (2z)-2-(2-amino-1,3-thiazol-4-yl)-2-methoxyiminoacetate Chemical compound CCOP(=S)(OCC)OC(=O)C(=N/OC)\C1=CSC(N)=N1 JNSGIVNNHKGGRU-JYRVWZFOSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005395 radioluminescence Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Description
Oblast techniky
Vynález se týká scintilátoru na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií připraveného z nestechiometrické taveniny s nadbytkem wolframu.
Dosavadní stav techniky
Scintilační materiály užívané k detekci elektromagnetického a korpuskulárního záření přeměňují dopadající fotony a částice na fotony z ultrafialové nebo viditelné oblasti spektra, které jsou pak detekovány fotonásobičem, případně polovodičovým detektorem. Od konce minulého století byla objevena takovýchto materiálů celá řada a jsou dále vyvíjeny s ohledem na specifické nároky na jejich užití ve fyzice vysokých energií, v lékařské technice (tomografické zobrazovací metody), v průmyslu, v bezpečnostních systémech, apod.
Monokrystalický wolframan olovnatý PbWO4 (zkráceně označovaný PWO) byl v devadesátých letech předmětem intensivního výzkumu, protože bylo zjištěno, že může být použit ve scintilačních detektorech vysokoenergetického záření (částic) v urychlovačích ve fyzice vysokých energií. Pro tyto aplikace je navržen a vyráběn materiál, který převádí energii záření na světlo v modré oblasti spektra (420 nm), které vzniká na emisních centrech typu autolokalizovaného excitonu na komplexním aniontu (WO4)2·. Dotace PbWO4 vybranými trivalentními ionty (La,Y,Lu,Gd£dále výrazně zvýšila radiační odolnost a rychlost scintilační odezvy materiálu (viz přehledový článek: M. Nikl, phys. stát. sol. (a) 178, 595 (2000)). Ve finálním uspořádání je tento materiál průmyslově vyráběn s dvojnou dotací (Y,Nb) (viz A.Annenkov, E.Auffray, S.Borisevich, M.Korzhik, P.Lecoq, V.Ligun, Nucl. Instr. Meth. Phys.Res. A426, 486 (1999)).
Takto připravený materiál vykazuje extrémně rychlou scinilační odezvu, ale jeho celková scintilační účinnost je oproti klasickým scintílátorům, jakým je na příklad germaničitan bismutitý BLGe-jOu (BGO), velmi nízká, takže jeho použití mimo fyziku vysokých energií je prakticky nemožné. Vzhledem k teplotně indukovanému rozkladu excitonového centra při teplotách nad cca 150 K (viz V.Murk, M.Nikl, E.Mihokova, K.Nitsch : J.Phys. Cond. Mat. 9, 249 (1997)) je •· ···9
99 99 99
9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
99 9 9 9 9 9 9 9
9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 99
V.Murk, M.Nikl, E.Mihokova, K.Nitsch : J.Phys. Cond. Mat. 9, 249 (1997)) je teoreticky možné zachytit na jiných emisních centrech uvolněné elektrony a díry a jejich zářivou rekombinací tak zvýsir celkovou produkci světla (integrální scintilační účinnost). Nejznámějším systémem tohoto typu je molybdenem dopovaný PWO (PbWO^Mo), kde (MoCL)2' anion poskytuje nové emisní centrum s maximem na vlnové délce kolem 500 nm (viz M.Kobayashi et al., Nucl. Instr. Meth. Phys.Res. A373, 333 (1996), dále R.Y.Zhu, D.A.Ma, H.B.Newman, C.L.Woody, J.A.Kierstead, S.P.Stolí, P.W.Levy, Nucl. Instr. Meth. Phys.Res. A376, 319 (1996), a též M.Bohm et al., phys.stát.sol. (a) 167, 243 (1998)). Emise na podobné vlnové délce je přiřazována i defektní skupině WO3 (viz
J.A.Groening, G.Blasse, J.Sol.St.Chem. 32, 9 (1980)). U takových „zeleně emitujících“ PWO se ale vždy vyskytovaly pomalé komponenty v dosvitu v časové škále mikro-milisekundy, které jsou pro rychlou scintilační konversi nežádoucí (viz M.Nikl, K.Nitsch, K.Polak, E.Mihokova, I.Dafínei, E.Auffray, P.Lecoq, P.Reiche, R.Uecker: phys.stát.sol. (b) 195, 311 (1996)). Potlačení těchto pomalých scintilačních komponent na úroveň nedopovaného PWO bylo dosaženo v dvojitě dotovaném PWO:Mo,Y, který současně vykazuje cca 2-3x vyšší celkovou scintilační účinnost ve srovnání s nedopovaným krystalem (viz M. Nikl, P. Bohaček, A. Vedda, M.Martini, G.P.Pazzi, P.Fabeni, M. Kobayashi: phys.stát.sol. (a) 182, R3 (2000)). Ve zmíněné práci je ale současně ukázáno, že kodotace ionty Y vede ke snížení celkové scintilační účinnosti (cca 2x pro koncentraci Y 100 ppm vtavenině) , pokud srovnáme PWO:Mo a PWO:Mo,Y systémy s jinak stejnou koncentrací iontů Mo v krystalu. Celkovou scintilační účinnost systému PWO:Mo se podařilo několikanásobně zvýšit (ko)dotací niobem nebo tantalem (viz M. Nikl, P. Bohaček, E. Mihokova, N. Solovieva, A. Vedda, M. Martini, G. P. Pazzi, P. Fabeni, M. Kobayashi, M. Ishii, J. Appl. Phys. 91(2001)5041). Toto řešení bylo předmětem přihlášky vynálezu PV 20012452.S pětimocnými dopanty jsou však spojena záchytná centra, která významně zpomalují scintilační odezvu krystalu.
Po odstranění této současné nevýhody mají scintilátory PWO prokazatelné výhody: vysokou měrnou hmotnost, technicky zvládnutou přípravu monokrystalů a v neposlední řadě nízkou výrobní cenu ( zejména pokud je k dotaci užit molybden, který tvoří hlavní přirozenou příměs wolframu, není tedy potřeba vstupní WO3 surovina s vysokou čistotou).
• φ φφφ · • Φ «φ φ * · • φφ φ φ φφφ φφφφ φφ φφφ φφφ φ φ φ φ φφ φφφ φ φ φφφ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φφ φφ φφ
Podstata vynálezu
Uvedenou nevýhodu odstraňuje scintilátor na bázi nestechiometrického wolframanu olovnatého u kterého je molární koncentrace wolframu je vyšší než 50 %.
Bylo zjištěno, že uvedená úprava vede k zhruba sedminásobnému zvýšení celkové scintilační účinnosti nedopovaného stechiometrického krystalu. Tím je umožněno konstruovat scintilátor na bázi PWO bez užití doposud používaných pětimocných dopantů. Dalšího zvýšení celkové scintilační účinnosti je možno dosáhnout dotací molybdenem, případně ještě další kodotací baryem. Tím je možno dosáhnout hodnot celkové scintilační účinnosti blízkých BGO. Účinky případných záchytných center spojených s molybdenem je možno eliminovat yttriem ,nepřítomnost významného množství zpomalujících záchytných center v nestechiometrickém krystalu dotovaném baryem byla zjištěna měřením.
O stechiometrickém složení mluvíme, když stechiometrický poměr, to jest poměr molárních koncentrací PbO a WO3 , resp. Pb a W, je roven 1 - jako je tomu tehdy, když složení přesně odpovídá formuli PbWCU Při nadbytku wolframu je stechiometrický poměr Pb/W menší než 1, molární koncentrace W je tedy větší než 50 %. Při užití výše zmíněných dopantů se jejich koncentrace přičítají ke koncentracím základních prvků stejného mocenství, takže stechiometrický poměr je v obecném případě vyjádřen schematicky vztahem (Pb + Ba)/(W + Mo). Podle našeho zjištění (viz: P. Boháček, M. Nikl, J. Novák, Z. Málková, B. Trunda, J. Rzšavý, S. Bacarro, A. Cecilia, I. Dafinei, M. Diemoz, K. Jurek, J. Electrical Engineering 50(1999)38) je v nedopovaných krystalech PWO pěstovaných Czochralskiho metodou spolehlivě dosaženo nadbytku wolframu, když je v tavenině, z níž krystal roste, molární koncentrace wolframu vyšší než 50,1 %. Nadbytek W v krystalu je však vždy nižší než v tavenině a i při koncentracích v tavenině kolem 1 % a vyšších nepřesáhne nadbytek W v krystalu několik desetin procenta. Těchto několik desetin procenta však postačuje k podstatnému zvýšení scintilační účinnosti takto připraveného krystalu.
• a · ·· · ·· ·· • · • ftft
Příklady provedení
Metodologie měření, definice pojmů:
Celková scintilační účinnost je odvozena od maxima spektra radioluminiscence (dále ozn. RL). RL je excitována rentgenovým zářením (rentgenka s molybdenovou antikatodou, napětí 35 kV) a měřena na stejně tvarovaných vzorcích (typ. destičky o tloušťce 2 mm oboustranně leštěné) v přesně stejných experimentálních podmínkách při pokojové teplotě. Spektra jsou korigována na spektrální závislost detekční části aparatury (další detaily viz M. Nikl et al, phys.stát.sol. (b) 195, 311 (1996)).
Příklad 1
Příklady krystalů PWO pěstovaných metodou Czochralskiho z tavenin různého
| složení jsou uvedeny v tabulce 1. Koncentrace hlavních složek i příměsí jsou uvedeny v molárních procentech. Naměřené hodnoty veličiny RLmax jsou srovnávány s hodnotou stejné veličiny odpovídající krystalu BGO a vyjádřeny v procentech. Tabulka 1: Složení tavenin před krystalizaci a celkové scintilační účinnosti vzorků ze čtyř krystalů | ||
| vzorek | složení taveniny RLma, | :(PWO)/RLmax(BGO) (v %) |
| 1 | 50,0% PbO 50,0 % WO3 | 3,5-5,5 |
| 2 | 49,0 % PbO 51,0% WO3 | 35,9 |
| 3 | 49,0 % PbO 50,992 % WO3 + 0,008 % MoO3 | 52,1 |
| 4 | 49,9 % PbO + 0,1 % BaO 49,8 % WO3 + 0,2 % MoO3 | 77,2 |
·· ·· ·* • · · · 9 · · · 9 9 · • 99 · · 99 · · .
·· ···* • · · 9 9 9 9 9 9 9 9
9999 ·♦ ·· ·· ·· ·*
Výchozí stav (nedopovaný krystal vypěstovaný ze stechiometrické taveniny) je v tabulce 1 zastoupen vzorkem 1. U vzorku 4 bylo složení taveniny na počátku růstu krystalu stechiometrické, ale vzhledem k rozdělovacím koeficientům příměsí ( kBa = 1,5 a kMo = 0,8) byl v koncové části krystalu, odkud pochází náš vzorek, stechiometrický poměr (Pb + Ba)/(W + Mo) menší než 1.
Průmyslová využitelnost
Scintilátor podle vynálezu lze využít kromě vědeckých aplikací ve fyzice středních a vysokých energií především v průmyslové detekci rentgenového a gama záření a ve vybraných aplikacích ve zdravotnictví.
'Tví Km ·· ·· ·· «· ·· ·(#·· • · · · 9 9 9 9 9 9 9
9 9 9 9 9 9 9 9 9
9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 · • · · · 9 9 · · · · 9
9999 99 99 99 99 ··
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého PbWO4 vyznačující se tím, že jeho složení je nestechiometrické vtom smyslu, že molární koncentrace wolframu je vyšší než 50 %.
- 2. Scintilátor podle nároku 1 vyznačující se tím, že je dopován molybdenem.t
- 3. Scintilátor podle nároku 1 a 2 vyznačující se tím, že je dopován baryem.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20032329A CZ302527B6 (cs) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20032329A CZ302527B6 (cs) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20032329A3 true CZ20032329A3 (cs) | 2005-04-13 |
| CZ302527B6 CZ302527B6 (cs) | 2011-06-29 |
Family
ID=34384006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20032329A CZ302527B6 (cs) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ302527B6 (cs) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS597679B2 (ja) * | 1979-03-28 | 1984-02-20 | 株式会社日立製作所 | シンチレ−タ用結晶及びその製造方法 |
| CA2042147A1 (en) * | 1990-06-29 | 1991-12-30 | Veneta G. Tsoukala | Hole-trap-compensated scintillator material |
| EP0795631A1 (en) * | 1996-02-23 | 1997-09-17 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Scintillation crystals having reduced afterglow and method of making the same |
| US6553092B1 (en) * | 2000-03-07 | 2003-04-22 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Multi-layer x-ray detector for diagnostic imaging |
-
2003
- 2003-08-28 CZ CZ20032329A patent/CZ302527B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ302527B6 (cs) | 2011-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7404913B2 (en) | Codoped direct-gap semiconductor scintillators | |
| Melcher | Perspectives on the future development of new scintillators | |
| Kobayashi et al. | Improvement in transmittance and decay time of PbWO4 scintillating crystals by La-doping | |
| Annenkov et al. | On the origin of the transmission damage in lead tungstate crystals under irradiation | |
| Wu et al. | CsI: Tl+, Yb 2+: ultra-high light yield scintillator with reduced afterglow | |
| Annenkov et al. | Improved light yield of lead tungstate scintillators | |
| US6818896B2 (en) | Scintillator crystals and their applications and manufacturing process | |
| Yoshikawa et al. | Single Crystal Growth, Optical Properties and Neutron Response of ${\rm Ce}^{3+} $ Doped ${\rm LiCaAlF} _ {6} $ | |
| Shimamura et al. | Growth and scintillation characteristics of CeF3, PrF3 and NdF3 single crystals | |
| Totsuka et al. | Afterglow suppression by codoping with Bi in CsI: Tl crystal scintillator | |
| CN1926218B (zh) | 增强铈掺杂正硅酸钇镥晶体性能的方法及通过该方法生产的晶体 | |
| Visser et al. | The scintillation intensity and decay from Nd3+ 4f25d and 4f3 excited states in several fluoride crystals | |
| Kobayashi et al. | Doping PbWO4 with different ions to increase the light yield | |
| Dorenbos et al. | Scintillation properties of Nd/sup 3+/doped LaF/sub 3/crystals | |
| Wu et al. | Ultralow-concentration Sm codoping in CsI: Tl scintillator: A case of little things can make a big difference | |
| Annenkov et al. | Slow components and afterglow in PWO crystal scintillations | |
| Koshimizu et al. | Luminescence properties of Gd2Si2O7: Ce and Gd2Si2O7: La, Ce under vacuum ultraviolet irradiation | |
| US11512251B2 (en) | Rare-earth halide scintillating material and application thereof | |
| CZ20032329A3 (cs) | Scintilátor na bázi wolframanu olovnatého s posunutou stechiometrií | |
| US20060022170A1 (en) | Compositions comprising high light-output yellow phosphors and their methods of preparation | |
| Baccaro et al. | Influence of Gd3+ concentration on PbWO4: Gd3+ scintillation characteristics | |
| Zhong et al. | Radioluminescence properties of Ce3+-activated MGd (PO3) 4 (M= Li, Na, K, Cs) | |
| Visser et al. | Energy transfer processes observed in the scintillation decay of BaF2: La | |
| Gektin et al. | Pure and Ce-doped KMgF/sub 3/-scintillators | |
| Wang et al. | Enhanced scintillation of Ba3In (B3O6) 3 based on nitrogen doping |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20130828 |