Композицiйнi сцинтилятори та особливостi їх радiацiйної стiйкостi
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe62.07.0569Ключові слова:
композицiйнi сцинтилятори, радiацiйна стiйкiстьАнотація
У даний час композицiйнi сцинтилятори знаходять застосування для вирiшення все бiльш широкого кола задач детектування iонiзуючих випромiнювань, адже композицiйнi сцинтилятори мають низку переваг у порiвняннi з iншими сцинтиляцiйними матерiалами. З виникненням нової генерацiї прискорювачiв, радiацiйнi навантаження на детектори в цих прискорювачах суттєво збiльшились. Це зумовлює особливу важливiсть пошуку нових радiацiйно-стiйких сцинтиляцiйних матерiалiв. Нами було запропоновано використовувати композицiйнi сцинтилятори, як радiацiйно-стiйкi матерiали. Найбiльш важливим є те, що пiсля опромiнення характеристики сцинтиляцiйного матерiалу можуть суттєво змiнюватися. Метою цiєї роботи було вивчення особливостей можливих радiацiйних руйнувань та перетворень у композицiйних сцинтиляторах пiд дiєю iонiзуючого випромiнювання. Проведено порiвняльний аналiз вiдносного свiтлового виходу, прозоростi i спектрiв люмiнесценцiї в залежностi вiд накопиченої дози для композицiйних сцинтиляторiв, що мiстять гранули органiчних, або неорганiчних монокристалiв (Gd2SiO5 :Ce (GSO), Gd2Si2O7 :Ce (GPS), Al2O3 :Ti, Y2SiO5 :Ce (YSO) та Y3Al5O12 :Ce (YAG)). В роботi було дослiджено та запропоновано можливi механiзми i процеси радiацiйних змiн, якi виникають в сцинтиляторах внаслiдок опромiнення, оскiльки вони впливають на радiацiйну стiйкiсть композицiйних сцинтиляторiв.
Посилання
N.Z. Galunov. New generation of high effective organic scintillators and their process technology. In Transactions of International Technology Transfer Conference (Iowa State University, USA, 1998), p. 124.
S.V. Budakovsky, N.Z. Galunov, V.P. Seminozhenko. Some new approaches to obtain the organic crystals with high quality. In Book of Lecture Notes of First Interna580 tional School on Crystal Growth Technology (Beatenberg, Switzerland, 1998), p. 777.
N.Z. Galunov, J.H. Baker, S.V. Budakovsky, O.A. Tarasenko, A.Yu. Rybalko, V.V. Yarychkin. Organic polycrystals as the new luminescent system for scintillation and ecology techniques. J. Luminesc. 102, 464 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0022-2313(02)00579-3
S.V. Budakovsky, N.Z. Galunov, B.V. Grinyov, N.L. Karavaeva, J.K. Kim, Y.K. Kim, N.V. Pogorelova, O.A. Tarasenko. Stilbene crystalline powder in polymer base as the new fast neutron detector. Radiat. Meas. 42, 565 (2007).
https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2007.02.058
S.V. Budakovsky, N.Z. Galunov, N.L. Karavaeva, J.K. Kim, Y.K. Kim, O.A. Tarasenko, E.V. Martynenko. New effective organic scintillators for fast neutron and short-range radiation detection. IEEE Trans. Nucl. Sci. 54, 2734 (2007).
https://doi.org/10.1109/TNS.2007.910423
N.L. Karavaeva, S.V. Budakovskyi, M.Z. Galunov. Scintillation detector on the basis of organic scintillator. Patent 86136 Ukraine, IPC 51 G01T 1/20, G01T 3/00. No. a200708433; appl. 23.07.07; publ. 25.03.2009, Bull. No. 6 (in Ukrainian).
N.Z. Galunov, B.V. Grinyov, N.L. Karavaeva, J.K. Kim, Y.K. Kim, O.A. Tarasenko, E.V. Martynenko. Development of new composite scintillation materials based on organic crystalline grains. IEEE Trans. Nucl. Sci. 56, 904 (2009).
https://doi.org/10.1109/TNS.2009.2015761
N.Z. Galunov, B.V. Grinyov, N.L. Karavaeva, Ya.V. Gerasymov, O.Ts. Sidletskiy, O.A. Tarasenko. Gd-bearing composite scintillators as the new thermal neutron detectors. IEEE Trans. Nucl. Sci. 58, 339 (2011).
https://doi.org/10.1109/TNS.2010.2096516
S.K. Lee, Y.H. Cho, B.H. Kang, W.G. Lee, J.K. Kim, D.G. Kim, N.Z. Galunov, Y.K. Kim. Scintillation properties of composite stilbene crystal for neutron detection. Prog. Nucl. Sci. Technol. 1, 292 (2011).
https://doi.org/10.15669/pnst.1.292
J. Iwanowska, L. Swiderski, M. Moszynski, T. Szczesniak, P. Sibczynski, N.Z. Galunov, N.L. Karavaeva. Neutron/gamma discrimination properties of composite scintillation detectors. J. Instrument. 6, 1 (2011).
https://doi.org/10.1088/1748-0221/6/07/P07007
N.L. Karavaeva, O.A. Tarasenko, M.Z. Galunov, Ya.V. Gerasymov. Compositional Scintillator, Patent 94678 Ukraine, IPC51 G01T 1/20, G01T 3/00. No. a201007067; appl. 07.06.10; publ. 25.05.2011, Bull. No. 10 (in Ukrainian).
S.K. Lee, J.B. Son, K.H. Jo, B.H. Kang, G.D. Kim, H. Seo, S.H. Park, N.Z. Galunov, Y.K. Kim. Development of largearea composite stilbene scintillator for fast neutron detection, J. Nucl. Sci. Technol. 51, 37 (2014).
https://doi.org/10.1080/00223131.2014.845539
N.Z. Galunov, N.L. Karavaeva, A.V. Krech, I.V. Lazarev, L.G. Levchuk, V.O. Mikhailenko, V.F. Popov, P.V. Sorokin. Peculiarities of radiation resistance of organic scintillators. In Abstracts of the 13th Conference on High Energy Physics, Nuclear Physics and Accelerators (March 16–20, 2015), p. 99 (in Russian).
CMS Collaboration. Technical proposal for the upgrade of the CMS detector through 2020, CERN-LHCC-2011-006, CMS-UG-TP-1, LHCC-P-004 (CERN, Geneva, 2011).
J.B. Birks. The Theory and Practice of Scintillation Counting (Pergamon Press, 1967).
A. Quaranta, S. Carturan, T. Marchi et al. Radiation hardness of polysiloxane rubbers. Nucl. Instrum. Methods B 268, 3155 (2010).
https://doi.org/10.1016/j.nimb.2010.05.077
A.Yu. Boyarintsev, N.Z. Galunov, N.L. Karavaeva, A.V. Krech, I.V. Lazarev, L.G. Levchuk, T.A. Nepokupnaya, V.D. Panikarskaya, V.F. Popov, P.V. Sorokin, O.A. Tarasenko. Study of radiation-resistant gel bases for composite detectors. Funct. Mater. 20, 471 (2013).
https://doi.org/10.15407/fm20.04.471
N.L. Karavaeva, Composite scintillators as new type of a scintillation material. Probl. At. Sci. Technol. Ser. Nucl. Phys. Invest. N 1, 91 (2014).
E. Biagtan, E. Goldberg, J. Harmon, R. Stephens. Effect of gamma radiation dose rate on the light output of commercial polymer scintillators, Nucl. Instrum. Methods B 93, 296 (1994).
https://doi.org/10.1016/0168-583X(94)95478-X
N.L. Karavaeva, N.Z. Galunov, E.V. Martynenko, A.V. Kosinova. Combined composite scintillation detector for separate measurements of fast and thermal neutrons, Funct. Mater. 17, 549 (2010).
M. Tanaka, K. Haraa, S. Kim, K. Kondo et al. Applications of cerium-doped gadolinium silicate Gd2SiO5:Ce scintillator to calorimeters in high-radiation environment. Nucl. Instrum. Methods A 404, 283 (1998).
https://doi.org/10.1016/S0168-9002(97)01142-X
A.Yu. Boyarintsev, N.Z. Galunov, Ia.V. Gerasymov, N.L. Karavaeva, A.V. Krech, L.G. Levchuk, V.F. Popov, O.Ts. Sidletskiy, P.V. Sorokin, O.A. Tarasenko. Radiationresistant composite scintillators based on GSO and GPS grains, Nucl. Instrum. Methods A 841, 124 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.nima.2016.10.034
A.Yu. Boyarintsev, N.Z. Galunov, Ia.V. Gerasymov, T.E. Gorbacheva, N.L. Karavaeva, A.V. Krech, L.G. Levchuk, L.A. Litvinov, V.F. Popov, O.Ts. Sidletskiy, P.V. Sorokin, O.A. Tarasenko. Radiation-resistant composite scintillators based on inorganic crystals (GSO:Ce, GPS:Ce and Al2O3 : Ti). Probl. At. Sci. Technol. Ser. Nucl. Phys. Invest. 105, No. 5, 59 (2016).
R.C. Powell, Z. Alshaieb, J.M. Bowen, J.L. Caslavsky. Growth, characterization, and optical spectroscopy of Al2O3 : Ti(3+). J. Appl. Phys. 58, 2331 (1985).
https://doi.org/10.1063/1.335955
P. Lacovara, L. Esterowitz, M. Kokta. Growth, spectroscopy, and lasing of titanium-doped sapphire, IEEE J. Quant. Electr. QE-21, 1614 (1985).
https://doi.org/10.1109/JQE.1985.1072563
A. Lupei, V. Lupei, C. Lonescu, H.G. Tang, M.L. Chen, Spectroscopy of Ti3+ : -Al2O3. Opt. Commun. 59, 36 (1986).
https://doi.org/10.1016/0030-4018(86)90041-6
R.C. Powell, G.E. Venikouas, Lin Xi, J.K. Tyminski, M.R. Kokta. Thermal effects on the optical spectra of Al2O3 : Ti3+. J. Chem. Phys. 84, 662 (1986).
https://doi.org/10.1063/1.450561
G. Blasse, J.W.M. Verweij. The luminescence of titanium in sapphire laser material. Mater. Chem. Phys. 26, 131 (1990).
https://doi.org/10.1016/0254-0584(90)90033-7
L.E. Bausa, I. Vergara, F. Jaque, J. Garcia-Sole. Ultraviolet laser excited luminescence of Ti-sapphire. J. Phys.: Condens.Matter 2, 9919 (1990).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/2/49/016
B. Macalik, L.E. Bausa, J. Garcia-Sole, F. Jaque, J.E. Munoz Santiuste, I. Vergara. Blue emission in Ti-sapphire laser crystals, Appl. Phys. A 55, 144 (1992).
https://doi.org/10.1007/BF00334213
M. Globus, B. Grinyov, J.K. Kim, Inorganic Scintillators for Modern and Traditional Applications (Institute for Single Crystals of the NASU, 2005).
V.B. Mikhailik, H. Kraus, M. Balcerzyk, W. Czarnacki, M. Moszynski, M.S. Mykhaylyk, D. Wahl. Low-temperature spectroscopic and scintillation characterisation of Tidoped Al2O3. Nucl. Instrum. Methods A 546, 523 (2005).
https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.02.033
M. Luca, N. Coron, C. Dujardin, H. Kraus, V.B. Mikhailik, M.A. Verdier, P.C.F. Di Stefano. Scintillation and optical spectroscopy of Al2O3:Ti for dark matter searching. Nucl. Instrum. Methods A 606, 545 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.nima.2009.04.034
H.H. Kusuma, Z. Ibrahim. UV-Spectroscopy and band structure of Ti:Al2O3. Solid State Sci. Technol. 20, 41 (2012).
C.L. Melcher, J.S. Schweitzer, C.A. Peterson, R.A. Manente, H. Suzuki. Crystal growth and scintillation properties of the rare earth orthosilicates. In Inorganic Scintillators and Their Applications (Delft Univ. Press, 1996), p. 309.
E. Mihokova, M. Nikl, J.A. Mares, A. Beitlerova, A. Vedda, K. Nejezchleb, K. Blazek, C. D'Ambrosio. Luminescence and scintillation properties of YAG : Ce single crystal and optical ceramics, J. Luminesc. 126, 77 (2007).
https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2006.05.004
N.Z. Galunov, Ya.V. Gerasimov, T.E. Gorbacheva, B.V. Grinev, N.L. Karavaeva, A.V. Krech, L.G. Levchuk, E.V. Martynenko, V.F. Popov, O.Ts. Sidletskii, P.V. Sorokin, O.A. Tarasenko, S.U. Khabuseva. Composite scintillators on the basis of inorganic grains (Y2SiO5 : Ce and Y3Al5O12 : Ce). In Abstracts of the 15th Conference on High Energy Physics, Nuclear Physics and Accelerators (Kharkiv, March 21–24, 2017), p. 22 (in Russian).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
