Разработка запоминающих люминофоров для регистрации тепловых нейтронов

• Автор: Сидоренко, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЙТРОННЫХ ЗАПОМИНАЮЩИХ

ЛЮМИНОФОРОВ

1.1 Принцип действия запоминающих люминофоров (ЗЛ)

и люминесцентных экранов (ЛЭ)

1.2 Известные рентгеновские и нейтронные запоминающие люминофоры

1.3 Физические процессы, происходящие в сцинцилляторах и ЗЛ

1.3.1 Взаимодействие ионизирующей радиации с веществом

1.3.2 Увеличение числа электронно-дырочных пар и их диссипация;

транспорт энергии к центрам люминесценции; захват дырок и электронов

1.3.3 Фотостимулированная люминесценция

1.4 Возможные центры захвата электронов и дырок (примеры известных ЗЛ)
1.4.1 Дефекты решетки щелочноземельных галоидов
1.4.2 Примесные ионы
1.4.3 Дефекты в кристаллах боратов
1.5 Требования к нейтронным ЗЛ
1.5.1 Поглощение нейтронов
1.5.2 Гамма - чувствительность
1.5.3 Эффективность фотостшлуляции и
пространственная разрешающая способность
1.5.4 Квантовая эффективность детектирования
1.5.5 Выцветание
1.6 Отбор материалов
1.6.1 Выбор нейтронного преобразователя
1.6.2 Выбор составов
1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА И АППАРАТУРА
2.1 Методика приготовления исследуемых образцов
2.2 Определение спектроскопических характеристик образцов
2.3 Определение характеристик запоминания
2.3.1 Термолюминесценция
2.3.2 Фотостимулированная люминесценция (ФСЛ)
2.4 ЭПР методика

3 ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ И ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ 8И2В50,Х:СЕ3А+
(XCL.BR, А=ХА+,К+) ЛЮМИНОФОРОВ
3.1 Исследование люминесцентных и термолюминесцентных свойств 8к2В309Х:Се3+Л+ (ХСцВк, АСМК+)
3.1.1 Люминесцентные характеристики Се3* в БггВ^О^Вг и 5г2В!О^С
3.1.2 Термолюминесценция Зг2В}ОдХ:Се3*,А +
3.1.3 Эмиссионные спектры, соответствующие ТЛ
3.2 Обсуждение результатов исследования люминесцентных и ТЛ свойств ЗЯгВзОрХ-.СЕ3^ (XCl.Br, А=Ж+,К+)
4 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ЗАХВАТА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В
8К2В50,ВК:СЕ3+
4.1 Экспериментальные результаты
4.1.1 Спектры ЭПР Се3* в Зг^В^О^Вг до радиационного облучения
4.1.2 ЭПР исследования облученного чистого и активированного ионами Се3*
Б^ВзОэВг
4.1.3 Термолюминесценция после ультрафиолетового облучения
4.1.4 Рентгенолюминесценция и термолюминесценция Бг^В^Офг,
активированного Ей, П и Бт
4.1.5 Спектры поглощения облученных образцов
4.2 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.2.1 Радиационные дефекты в чистом БггВ$0<)Вг
4.2.2 Радиационные дефекты и происхождение ТЛ в Sr2BsO9Br. Ce3*
5 ЗАПОМИНАЮЩИЕ СВОЙСТВА ГАЛОБОРАТОВ, АКТИВИРОВАННЫХ СЕ3+
ИОНАМИ
5.1 Экспериментальные результаты
5.1.1 Эффективность возбуждения, выход ТЛ и ФСЛ и длительность
запоминания
5.1.2 Сравнение ФСЛ и ТЛ свойств с коммерческими ЗЛ
5.2 Количественное сравнение изучаемых галоборатов с ВаРВк:Е1г+хОо2Оз
5.3 Поглощение ФСЛ и стимулирующих фотонов в слое люминофора

6 СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СВОЙСТВА ЗАПОМИНАНИЯ
ИЕ^ЮлСЕ^М3"
6.1 Фосфоры, возбуждаемые инфракрасным излучением (ИК-ЗЛ)
6.2 Синтез силикатов
6.3 Исследование спектроскопических характеристик и свойств
запоминания ілЬїч'8і04:Се3+,8м3+
6.3.1 Спектроскопические свойства ЫТпВЮу.Се.Бт
6.3.2 Термолюминесценция Ы1иБЮ4, активированного различными редкоземельными элементами
6.3.3 Термолюминесценция ТИ.иЗЮ4:Се3 ,Зт3+ и ЫУБЮуСе3* ,Бт3+
6.3.4 Спектры возбуждения ФСЛ LiLuSiOy.Ce3*,Бт3+ иЫУБЮуСе3*,Бт3+
6.3.5 ФСЛ ШиЯОрСе3*^3* и НУБЮуСе3*Лт3*
6.4 Обсуждение полученных результатов
6.4.1 Высокотемпературный ТЛ пик
6.4.2 Низкотемпературный ТЛ пик
6.5 Комментарий
7 ИЗМЕРЕНИЕ ФСЛ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЛОБОРАТОВ И ІЛЬивЮлСЕ^М ПРИ
ВОЗДЕЙСТВИИ ОБЛУЧЕНИЯ ХОЛОДНЫМИ НЕЙТРОНАМИ
7.1 Условия экспериментов
7.1.1 Характеристики облучения
7.1.2 Поглощение нейтронов в слое люминофора
7.1.3 Измерение ФСЛ характеристик
7.2 Обсуждение результатов исследований силикатов и галоборатов и
ВЫВОДЫ ОБ их применимости
7.2.1 Результаты исследования силикатов
7.2.2 Результаты исследования галоборатов
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

интенсивность ФСЛ мгновенно увеличивается и достигает максимума при 1= 0. Такая же ситуация, обычно наблюдается в [1] сцинцилляторах. Два параметра - ст и р определяют «энергию стимуляции» (ЭС). N0 и эффективность переноса носителей к центрам люминесценции определяют значения «эффективности преобразования» (ЭП).
За счет увеличения интенсивности лазерного возбуждения время спада ФСЛ может быть сокращено. Однако увеличение лазерной интенсивности будет вести к более низкой пространственной разрешающей способности, как следствие рассеяния излучения лазера в гранулированной структуре. Результаты работы [48] показывают, что ЛЭ-сканер с мощностью лазера в 40 тУ с сфокусированным пятном размером 100x100 рт"2 позволяет получить разрешающую способность 350 рш. Для нейтронной радиографии малых объектов эта разрешающая способность может быть слишком мала, однако для изучения дифракции нейтронов разрешающая способность до 500 рт приемлема.
Уравнение (1.2) не может использоваться для описания временных зависимостей ФСЛ по следующим причинам. Для каждого уровня люминофора значение Ф будет различным из-за рассеяния и поглощения фотонов в ЛЭ. Как было показано в [45], в коммерческом БТ - III1Р (Рир) с толщиной (1 = 300 мкм плотность потока фотонов лазера мощностью 10 шУ уменьшается линейно с глубиной от передней стороны ЛЭ к ее задней части с коэффициентом убывания 6. Другие ЛЭ могут иметь иные размеры зерен люминофора и состав связующего вещества, поэтому характеристики рассеяния могут существенно отличаться.
1.5.4 Квантовая эффективность детектирования
Квантовая эффективность детектирования (КЭД) - полезный параметр, который
определяет качество изображения, и определяется согласно соотношению [44]:

где 5,/<т( и 50/<то - соотношения сигнал (5) -шум (СГ) для входного и выходного сигналов. В случае нейтронного ЛЭ входной сигнал - это поле нейтронного излучения, а выходной сигнал - сигнал на выходе ФЭУ. Генерация выходного сигнала - это результат каскада вероятностных событий от поглощения нейтрона до появления фотоэлектронов в ФЭУ. Если обозначим коэффициент усиления детектора как <7, то можно выразить средний
выходной сигнал как Д, = б • 5,. В этом случае дисперсия выходного сигнала будет
(1.3)