Какие профессии востребованы сегодня?
Подробнее
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
8 июня
НИЦ «Курчатовский институт»
1 322

Создан новый материал для детекторов ионизирующего излучения

4.6

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.

Создан новый материал для детекторов ионизирующего излучения / ©Getty images

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.

Пластина из сцинтилляционного стекла с размерами 4 х 4 см и световодом для передачи света к фотодетектору / ©Пресс-служба Курчатовского института

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. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – одно из крупнейших научных учреждений России. Основанный в 1943 году для создания советского атомного проекта, он стал родоначальником множества новых технологий и научных направлений. Сегодня «Курчатовский институт» – мультидисциплинарный центр с широкими научными интересами и уникальной технической исследовательской базой.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 14:41
Мария Азарова

Эсминец, «который сражался, словно линкор» и затонул во время боя между американцами и японцами осенью 1944 года, покоится на глубине 6895 метров в Тихом океане.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

Вчера, 20:46
Мария Азарова

Авторы нового исследования решили ретроспективно измерить неравенство в отношении здоровья, сравнив смертность политиков со смертностью населения, которое они представляют.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

Вчера, 14:41
Мария Азарова

Эсминец, «который сражался, словно линкор» и затонул во время боя между американцами и японцами осенью 1944 года, покоится на глубине 6895 метров в Тихом океане.

Вчера, 20:46
Мария Азарова

Авторы нового исследования решили ретроспективно измерить неравенство в отношении здоровья, сравнив смертность политиков со смертностью населения, которое они представляют.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

2 июня
Алиса Гаджиева

Значительная часть научного сообщества отрицает само существование культуры Ацтатлан.

28 мая
Александр Березин

Флот продемонстрировал возможность наносить неперехватываемые ракетные удары на расстоянии, делающим его опасным для авианосных групп противника.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: