відображення
сортування нова вкладка
email:
Пошук       Вибрана Вершина:       Вершина2:

кадмій


Таблиця 5.1 – Функціональні параметри розроблених в даній роботі композитних сцинтиляторів у порівнянні з комерційними
  • Вольфрамат кадмію має високу густину та задовільні кінетичні параметри, а саме час висвічення та рівень післясвітіння. Кристали CsI(Tl) використовували у перших моделях КТ, однак, через високий рівень післясвітіння, вони не застосовуються в детекторах сучасних комп’ютерних томографів. Вольфрамат кадмію має високу густину та задовільні кінетичні параметри, а саме час висвічення та рівень післясвітіння. Основним недоліком цього сцинтилятору є наявність токсичного кадмію. Через це в країнах Євросоюзу він заборонений до використання.
  • Виходячи з цього, визначення природи дефектів, причин їх утворення та впливу технологічних факторів на оптичні та сцинтиляційні характеристики кристалів на стадії отримання сировини, вирощування та термообробки кристалів вольфрамату кадмію, а також умов взаємодії власних дефектів з різними домішками є актуальним завданням з точки зору можливості цілеспрямованого управління параметрами кристалів CdWO4 як ефективного сцинтиляційного матеріалу.
  • Найбільш ймовірні стехіометричні дефекти кристалів CdWO4, вирощених за методом Чохральського, обумовлені надлишком вольфраму в кристалічній ґратці внаслідок випаровування оксиду кадмію, а також видалення кисню з розплаву. Це обумовлено тим, що тиск насичених парів оксиду кадмію майже на два порядки перевищує цю величину для оксиду вольфраму. Внаслідок цього в процесі росту спостерігається зміна стехіометричного складу розплаву в сторону дефіциту кадмію. Навіть при вирощуванні кристала вольфрамату кадмію в атмосфері кисню або на повітрі без цілеспрямовано введених домішок, вакансії в катіонній підґратці компенсуються відповідною кількістю вакансій кисню.
  • 3.4 Рентгенолюмінесценція кристалів вольфрамату кадмію
  • 3.5 Катодолюмінесценція кристалів вольфрамату кадмію. Вид кінетичних кривих загасання ІКЛ в максимумі смуги 480 нм (2,6 еВ) в «чистих» кристалах вольфрамату кадмію і легованих Li і Li+Bi наведено на рис. 3.11 в декількох спектральних областях. Для нелегованих і легованих кристалів вольфрамату кадмію криві загасання в наносекундному діапазоні подібні.
  • Інтенсивність ТСЛ кристалів вольфрамату кадмію, що леговані літієм, набагато нижче номінально чистого кристала, який вирощений з шихти чистотою 4N. Піки ТСЛ кристала з літієм лежать в області температур нижче 160 К (рис. 3.17). Таким чином, шляхом термічного відпалу на повітрі або легування сполуками літію можна модифікувати дефектну структуру кристалів вольфрамату кадмію і глибокі пастки носіїв заряду, що обумовлюють післясвітіння кристала CdWO4.
  • Це пояснюється тим, що Мо – супутня домішка W, а коефіцієнт входження Fe – kFe ~ 1, і ця домішка є гасником люмінесценції кристалів вольфрамату кадмію [24]. Таким чином, можна зробити висновок, що домішки Мо і Fe в кристалах вольфрамату кадмію утворюють специфічні «повільні» компоненти світіння в "червоному" діапазоні спектра.
  • Дослідження післясвітіння кристалів вольфрамату кадмію показали, що цей параметр, як і ТСЛ, дуже чутливий до дефектності. Так, наприклад, відхилення від стехіометрії кристала в процесі росту і утворення вакансій кадмію і кисню призводить до збільшення вкладу повільного компонента висвічування кристала. Вже при концентрації домішки тривалентного металу ~ 5 · 10-4 мас.% спостерігається погіршення світлового виходу і післясвітіння кристалів вольфрамату кадмію. При концентрації тривалентних металів 5 · 10-3 мас. % і вище в сировині для вирощування кристалів вольфрамату кадмію спостерігається неприпустиме погіршення параметрів. Найбільший вплив на люмінесцентні та сцинтиляційні характеристики кристалів вольфрамату кадмію надають домішки тривалентних металів вже при концентраціях, що перевищують 5 · 10-4 мас.%. Встановлено поріг концентрації тривалентних металів у сировині для вирощування кристалів вольфрамату кадмію (5 · 10-3 мас.%), вище якого спостерігається неприпустиме погіршення сцинтиляційних параметрів. Результати спектрально – кінетичних досліджень імпульсної катодолюмінесценції нелегованих кристалів CdWO4 і легованих Liі Biпоказали, що домішки не роблять істотного впливу на власну люмінесценцію вольфрамату кадмію. Шляхом термічного відпалу на повітрі або легуванням сполуками літію кристалів вольфрамату кадмію можна модифікувати дефектну структуру і глибокі пастки носіїв заряду, які відповідальніють за післясвічення кристалу CdWO4.
  • Легування кристалів вольфрамату кадмію домішками, а також відпал в різних газових середовищах дозволяє модифікувати дефектну структуру кристалів, направлено впливаючи на механізми передачі енергії від матриці до центрів світіння, управляти процесами наростання і загасання світіння і отримувати матеріали з необхідними функціональними параметрами. Результати досліджень впливу власних і домішкових дефектів на властивості монокристалів вольфрамату кадмію, описані в попередніх пунктах, дозволили сформулювати рекомендації для розробки технологічних прийомів отримання сцинтиляційного матеріалу з поліпшеними параметрами. Для поліпшення функціональних параметрів сцинтиляційних кристалів вольфрамату кадмію може використовуватися метод легування. Введення кремнію, як стверджують автори, покращує світловий вихід монокристала вольфрамату кадмію, величина якого при цьому становить 130 % (табл. 5.1, приклад 2) по відношенню до їх номінально чистого монокристалу (приклад 1). Основна ідея цього технічного рішення полягає в тому, що смуга поглинання кобальту в області 540 – 700 нм поглинає «червоне» інерційне світіння вольфрамату кадмію, що і призводить до зменшення післясвітіння в 5 разів і більше, однак при цьому зменшується світловий вихід до величини 90 % щодо номінально чистого монокристалу. Нами була вирішена задача отримання сцинтиляційних монокристалів вольфрамату кадмію з низьким рівнем післясвітіння, без зниження світлового виходу і підвищеної однорідністю післясвітіння по довжині монокристалічної були отримані результати досліджень лягли в основу розробленого нами способу вирощування сцинтиляційних монокристалів легованого вольфрамату кадмію, де у якості легуючої добавки в шихту або розплав вводять сполуки літію (Li2CO3 и/или Li2WO4). Величина післясвітіння для зразків кристалів з різною концентрацією легуючої домішки 5?10-4 – 10-1 мас% склала 0,001 – 0,008 % при вимірюванні через 20 мс після припинення опромінення, у той час як для номінально чистого монокристалу при аналогічних умовах ця величина складає 0,018 – 0,022 % (таблиця 3.3) Отримано новий малоінерційний сцинтилятор з поліпшеними параметрами на основі монокристала вольфрамату кадмію, легованого сполуками літію в діапазоні концентрацій 5.10–4 – 10–1 мас. %, котрий характеризується низьким рівнем післясвітіння в мілісекундном діапазоні (< 0,02 / < 0,002 % через 3 мс і 20 мс, відповідно), світловим виходом 20000 фотонів/МеВ і високою однорідністю сцинтиляційних параметрів по всьому об'єму кристала (розкид в межах 10 % ).
  • Цей кристал може замінити токсичний сцинтиляційний кристал вольфрамату кадмію, який добре себе зарекомендував для зазначених цілей.