Создан новый материал для детекторов ионизирующего излучения
Ученые НИЦ «Курчатовский институт» совместно с коллегами из Института ядерных проблем БГУ (Минск) предложили новый материал для детекторов ионизирующего излучения. Они применяются в самом разнообразном оборудовании — от медицинской техники до экспериментальных установок для физики высоких энергий. Созданное исследователями стекло с повышенным содержанием атомов редкоземельных металлов — гадолиния и церия, — обладая достоинствами ранее полученного барий-гадолиний-силикатного стекла, способно реагировать на излучение значительно быстрее.
Статья опубликована в Journal of Non-Crystalline Solids. Одна из важных проблем, которые возникают в физике высоких энергий, — необходимость измерить энергию испускаемых в процессе эксперимента частиц. Для этого используются специальные материалы — сцинтилляторы.
Сцинтилляцией (от латинского Scintillatio — «мерцание») называется способность материала испускать свет в ответ на воздействие ионизирующего излучения, причем количество испущенных фотонов будет пропорционально поглощенной энергии. Яркость возникшей вспышки можно измерить с помощью детектора светового излучения, например фотоэлектронного умножителя.
Сцинтилляторы бывают разных типов в зависимости от вещества, из которого они сделаны. Часто в этом качестве используются неорганические монокристаллы. Они обладают необходимыми характеристиками: большой плотностью, что обеспечивает высокую эффективность поглощения излучения, и высоким световыходом, то есть испускают при вспышке большое количество фотонов.
Однако вырастить монокристаллы больших размеров сложно и дорого. Кроме того, некоторые из них гигроскопичны: их свойства деградируют при поглощении водяного пара из воздуха. Этих недостатков лишены сцинтилляционные стекла. В частности, хорошо зарекомендовал себя барий-гадолиний-силикатный состав, выбранный авторами исследования в качестве эталона. Благодаря более производительной технологии можно относительно недорого получать большие объемы материала.
Еще одна важная характеристика сцинтилляторов — время высвечивания. Этот параметр показывает, насколько быстро после попадания кванта излучения погасла вспышка (обычно в сцинтилляторах это занимает от десятков наносекунд до единиц микросекунд). «От времени высвечивания зависят два взаимосвязанных параметра: временное разрешение детектора и скорость счета, — поясняет Георгий Досовицкий, ведущий научный сотрудник Института химических реактивов и особо чистых химических веществ НИЦ «Курчатовский институт».
— Временное разрешение детектора зависит, прежде всего, от возможности зарегистрировать начало вспышки, а скорость счета — именно от времени затухания (высвечивания), так как, пока не погасла предыдущая вспышка, нельзя регистрировать следующую».
Предложенный учеными новый состав сцинтилляционного стекла обладает существенно меньшим временем высвечивания по сравнению с другими материалами этого типа. Чтобы добиться такого результата, ученые максимально увеличили количество оксидов гадолиния (Gd) и церия (Ce) в составе стекла. Однако эти добавки повышают температуру плавления смеси, поэтому часть оксида кремния — основного компонента стекла — заменили на оксид алюминия.
Благодаря этому сохранилась возможность расплавить исходный порошкообразный материал в стандартной печи (температура до 1500 oС). Чтобы уменьшить время плавления, в состав был добавлен фторид алюминия. В итоге было получено 6 прозрачных и однородных образцов стекла, где содержание атомов церия возрастало от 1,32 до 5,81 ат. % (атомный процент — это относительное число атомов элемента в соединении), а общая концентрация атомов церия и гадолиния составила около 39 ат. %.
По сравнению с барий-гадолиний-силикатным стеклом среднее время высвечивания уменьшилось в четыре раза и заняло примерно 60 наносекунд. Световыход составил порядка 2000 фотонов на мегаэлектронвольт, что является хорошим показателем для стекол. Плотность материала — около 4,5 г/см3, и это достаточно высокое значение для того, чтобы он мог применяться в детекторах большого объема. Кроме того, ученые обнаружили интересную закономерность, обеспечившую высокие функциональные характеристики материала.
«Атомы церия добавляют в состав стекол в качестве активаторов: на них передается энергия поглощенного ионизирующего излучения, и происходит испускание фотонов видимого света. Но если их слишком много, яркость сцинтилляции может снижаться. Этот процесс называется концентрационным тушением, — рассказывает Георгий Досовицкий. — В нашем случае снижения световыхода с ростом концентрации церия в стекле не произошло.
Это может быть связано с тем, что в неупорядоченной структуре стекла ионы церия могут иметь разное окружение из остальных атомов, входящих в состав стекла, и из-за этого часть из них не участвует в процессе сцинтилляции». В дальнейшем ученые планируют изучить возможность управления локальным окружением ионов Ce в стекле, воздействуя таким образом на характеристики материала.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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