Сцинтилляционные свойства кристаллов на основе соединений
типа LaX3 (X = Cl, Br)
Левинсон Э.В.
Иркутск, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук,
Diavolique@live.ru
Когда речь заходит о галогенидах лантана, подразумевается соединения LaBr3, LaCl3, а также и активированные Ce соединения. LaBr3 и LaCl3 не только не уступают, а по некоторым параметрам превосходят NaI(Tl). В следующей таблице приведены сравнительные характеристики LaBr3, LaCl3 и NaI(Tl).
Параметр LaBr3(Се) LaCl3(Се) NaI(Tl)
Длина испускания λmax(nm) 358 330 415
Плотность (g/cm3) 5,29 3,86 3,67
Световыход (ph/MeV) 61000 46000 40000
Энергетическое разрешение, % 2,8 3,3 5,6
Таб. 1 Сравнительные характеристики сцинтилляторов LaBr3(Се), LaCl3(Се), NaI(Tl)
Из таблицы видно, что энергетическое разрешение LaBr3(Се) почти вдвое меньше энергетического разрешения NaI(Tl), что способствует более высокой эффективности регистрации (на 10-70% выше). Также сцинтиллятор LaBr3(Се) обладает большим световыходом по сравнению с NaI(Tl). Однако эти сцинтилляторы помимо того что они очень гигроскопичны, обладают еще одним недостатком. Оба сцинтиллятора обладают собственной внутренней активностью обусловленной наличием нестабильного изотопа 138La и загрязнением 227Ac. Собственная активность и сильная анизотропия температурного коэффициента линейного расширения являются существенными недостатками этих сцинтилляторов.
Методика подготовки сырья, первоначально была отработана на соединениях CsI и NaI. Сырье CsI подготавливалось путем его просушки в отдельной ампуле при температуре 200°С около 6 часов. Далее сырье загружалось ампулу, в которой непосредственно протекает рост кристалла. Второй этап сушки включал также нагрев до температуры в 400°С и вакуумировании ампулы до 10-5 – 10-4 мм рт. ст. Для сырья NaI первый этап подготовки включал в себя просушивание сырья в муфельной печи при температуре около 70°С для удаления гидратов. Далее сырье загружалось в ампулу, в которой происходил рост и в ней сырье просушивалось при температуре от 100°С до 450°С с постепенным нагревом, на протяжении 12 – 16 часов, при постоянном вакуумировании до 10-5 – 10-4 мм рт. ст.
Целью данной работы является отработка методики подготовки сырья на основе LaX3(Х = Cl, Br), которая помимо непосредственной просушки сырья также включает его приготовление и перегонку для достижения оптимальной чистоты. А также выращивания данных кристаллов. Этапы подготовки сырья включают в себя приготовление соли LaX3(Х = Cl, Br), дальнейшая ее дегидратация, проходящая в 3 этапа. Сначала соль нагревают до температуры в 90°С под вакуумом и выдерживают в течении 6 часов, далее температуру повышают до 180°С и также выдерживают в течении 6 часов, заключительная стадия просушки – это нагрев соли до температуры в 300°С, для хлорида, и до 400°С, для бромида и выдерживание на протяжение 12 часов. После просушки, просушенную безводную соль доводят до плавления. Далее получившуюся кристаллическую массу загружают в ампулу для перегонки, которая представлена на рис.1. После всех подготовительных мероприятий, полученное сырье, уже загруженное в ампулу в ходе перегонки, помещается в ростовую установку. Температурный градиент составляет около 10°С/см, на расстоянии в 6 см. Скорость роста кристалла порядка 1мм/час. После завершения роста кристалла, ростовая установка постепенно охлаждается до комнатной температуры со скоростью порядка 40°С/час, во избежание разрушения кристалла.
Литература:
1. K. W. Kramer, P. Dorenbos, H. U. Gudela and C. W. E. van Eijkb Development and characterization of highly efficient new cerium doped rare earth halide scintillator materials // Journal of Materials Chemistry
2. K. W. Kramer, P. Dorenbos, E. V. D. van Loef and C. W. E. van Eijkb High-energy-resolution scintillator: Ce3+ activated LaBr3// Appl. Phys. Lett. 79, 1573(2001)
3. D. E. Cox, F. K. Fong Growth of single crystals of anhydrous lanthanide halides// Journal of Crystal Growth 20 (1973) 233-238
| 1. | 19.08.2015 13:33 Well put, sir, well put. I'll ceantirly make note of that. |