Разработана новая технология, применяемая для регистрации ионизирующего излучения
Ученые из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева Кольского научного центра и НИИ физики Южного федерального университета изучили процесс получения полупрозрачной люминесцентной керамики различными методами и сравнили характеристики полученных материалов. Найденные базовые параметры получения полупрозрачной и высокопрочной люминесцентной керамики ниобата иттрия позволяют существенно расширить область ее применения, удешевить, ускорить и сделать более предсказуемым производство сцинтилляционных детекторов.
Результаты исследования и принципы найденной оптимальной технологии опубликованы в июльском номере международного журнала Optical Materials. Высокая эффективность сцинтилляторов (сцинтилляция — кратковременная люминесценция) позволяет применять их не только для исследования ионизирующего излучения в космосе, в ядерной физике и геологии, но и в биологии, медицине, для радиационного мониторинга территорий, контроля за радиоактивными выбросами и захоронениями ядерных отходов, на таможенном контроле и в строительстве.
Важный параметр сцинтилляционного материала — это его оптическая прозрачность. Она определяет эффективность светоотдачи сцинтилляций и люминесценции оптического материала. Следовательно, возможность надежного измерения выходного сигнала в значительной степени зависит от прозрачности.
Наиболее чувствительными и прочными являются неорганические сцинтилляторы, например, ниобаты редкоземельных элементов с общей формулой RENbO4 (где RE – это гадолиний, лантан, иттрий и так далее) и моноклинной структурой. Они прочны и химически стабильны, демонстрируют очень хорошие люминесцентные и сцинтилляционные характеристики.
Применение легирующих добавок (как правило, редкоземельных элементов) изменяет длину волны испускаемого света, что позволяет использовать разные фотодетекторы. Такие материалы могут применяться также в компьютерной рентгенографии или томографии, разведке природных ресурсов, оценке радиационного воздействия в космосе. По мере расширения областей применения сцинтилляционных материалов постоянно усложняются условия их эксплуатации. Агрессивные химические среды, высокая температура и влажность, механические воздействия и перегрузки повышают требования к химической стойкости и механическим характеристикам материалов, которые определяют не только срок службы таких изделий, но и, в известной степени, их оптические свойства.
Ниобаты редкоземельных элементов используют в качестве сцинтилляторов преимущественно в виде монокристаллов. Монокристаллы имеют высокую прозрачность, оптически и структурно совершенны, что позволяет достигать высоких сцинтилляционных характеристик. Однако при получении монокристаллов нужного размера расходуется слишком много ресурсов и энергии, кроме того, эта технология не гарантирует стабильного качества продукта, да и выбор составов при ее использовании ограничен термодинамическими характеристиками химической системы, из которой выращивается кристалл.
Намного более экономичным методом является изготовление сцинтилляционной керамики. Состав таких материалов варьируется в очень широких пределах, придавать им требуемую форму намного проще. Кроме того, они способны значительно удешевить производство.
В создании технологии любого нового материала полно компромиссов. Важно сбалансировать стоимость технологии, доступность исходных компонентов, возможность достижения желаемых характеристик, найти оптимальные параметры многостадийной технологии. Сегодня для получения прозрачной керамики используют два основных подхода и их комбинации: введение спекающих добавок и горячее изостатическое прессование.
При первом подходе спекающие добавки (обычно оксиды магния или кремния) могут подавлять люминесцентные и сцинтилляционные свойства прозрачной керамики, что является серьезным препятствием технологии. Второй подход достаточно дорог из-за очень сложного и энергоемкого оборудования и требует применения крайне высоких (свыше 1300 ◦C) температур. Поэтому химики и технологи всего мира продолжают искать баланс в получении наиболее доступных и качественных керамических сцинтилляторов.
Основной целью исследования стали изучение и оптимизация получения керамики YNbO4 без использования горячего изостатического прессования и спекающих добавок для достижения сравнительно высокой пропускной способности (полупрозрачности), отличных механических и люминесцентных характеристик. Методом «золь-гель» исследователи получили ультратонкие кристаллические порошки, после чего спекали их по традиционной керамической технологии или методом одноосного горячего прессования и изучали свойства получившихся керамических образцов. После сравнения морфологических особенностей микроструктуры, механических и фотолюминесцентных характеристик в видимом диапазоне был выбран наиболее оптимальный режим для получения полупрозрачной керамики YNbO4 методом одноосного горячего прессования.
Разработанный исследователями способ получения люминесцентной керамики заключается в сочетании использования исходных ультрадисперсных порошков, синтезированных золь-гель методом, и спекания их сравнительно дешевым и доступным методом одноосного горячего прессования. Благодаря отработанной и сбалансированной технологии получения ультрадисперсные порошки ниобата иттрия имеют практически одинаковый размер зерен, не превышающий нескольких десятков нанометров, спекаются достаточно равномерно и с малым светорассеянием на границах зерен.
Кроме того, увеличение текучести ультрадисперсной смеси способствует получению низкопористых керамических материалов, поскольку сила поверхностного натяжения добавляется к силе давления формования. При этом процесс спекания под давлением значительно ускоряется и сокращается. Образование плотной изотропной мелкокристаллической структуры при спекании обычно приводит к созданию достаточно прозрачной, твердой и прочной керамики.
Найденные учеными базовые параметры получения полупрозрачной и высокопрочной люминесцентной керамики ниобата иттрия позволяют при возможности дополнительного легирования редкоземельными элементами существенно расширить область ее применения, удешевить, ускорить и сделать более предсказуемым производство сцинтилляционных детекторов.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно