Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2024, выпуск 12 » Статья стр. 2147
<<<>>>
Новые сцинтилляционные керамики для детекторов рентгеновского, γ- и нейтронного излучений
Коржик М.В.1,2, Ретивов В.М.2, Дубов В.В.2, Ермакова Л.В.2, Иванов В.К.3, Карпюк П.В.2, Лагуцкий И.А.4, Коваль О.Ю.2, Комендо И.Ю.2, Лелекова Д.Е.2, Мечинский В.А.1,2, Пустоваров В.А.5, Смыслова В.Г.2, Соколов П.С.2, Таврунов Д.Н.5, Федоров А.А.1,2
1НИИ ядерных проблем Белорусского государственного университета, Минск, Беларусь
2Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Москва, Россия
3Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук, Москва, Россия
4ОАО АТОМТЕХ, Минск, Беларусь
5Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия
Email: korjik1064@tut.by
Поступила в редакцию: 11 сентября 2024 г.
В окончательной редакции: 1 ноября 2024 г.
Принята к печати: 2 ноября 2024 г.
Выставление онлайн: 6 декабря 2024 г.
PDF версия
Описаны методы получения и сцинтилляционные свойства прозрачных керамик структурного типа граната состава (Gd,Me)3Al2Ga3O12 (Me = Y,Lu), активированных ионами редкоземельных элементов Ce, Pr, Tb. Показано, что внесение композиционного беспорядка в катионную подрешетку соединений позволяет существенно улучшить их сцинтилляционные свойства. По совокупности параметров сцинтилляторы (Gd,Y)3Al2Ga3O12:Ce,Tb и (Gd,Y)3Al2Ga3O12:Ce,Pr превосходят Gd2O2S:Tb,Ce, (Y,Gd)2O2S:Pr и CsI:Tl для применения в компьютерных томографах и рентгеновских сканерах. Сцинтилляторы (Gd,Y,Lu)3Al2Ga3O12:Ce,Mg обеспечивают временное разрешение совпадений аннигиляционных γ-квантов (511 keV) менее 100 ps, что делает их востребованными для создания позитронно-эмиссионных томографов с возможностью дополнительной селекции по времени пролета. Наличие ионов Gd в соединениях позволяет создавать нейтронные счетчики с детекторными элементами как в виде композитов, так и в виде прозрачных элементов для регистрации нейтронов в широком диапазоне спектра: от тепловых до десятков MeV с использованием как амплитудной селекции, так и дискриминации по форме импульса. Ключевые слова: сцинтиллятор, прозрачная керамика, гранат, выход сцинтилляций, рентгеновский сканер, позитронный эмиссионный томограф, нейтрон, редкоземельные ионы.
  1. P. Lecoq, A. Gektin, M. Korzhik. Inorganic Scintillators for Detector Systems; Particle Acceleration and Detection (Springer International Publishing, Cham, 2017)
  2. G. Zhang, Y. Wu. Int. J. Appl. Ceram. Technol., 19, 664 (2022). DOI: 10.1111/ijac.13856
  3. E. Auffray, A. Fedorov, V. Dormenev, J. Houvzvivcka, M. Korjik, M.T. Lucchini, V. Mechinsky, S. Ochesanu. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A, 856, 7 (2017). DOI: 10.1016/j.nima.2016.09.037
  4. E. Auffray, G. Dosovitskiy, A. Fedorov, I. Guz, M. Korjik, N. Kratochwill, M. Lucchini, S. Nargelas, D. Kozlov, V. Mechinsky. Radiat. Phys. Chem., 164, 108365 (2019). DOI: 10.1016/j.radphyschem.2019.108365
  5. V. Alenkov, O. Buzanov, G. Dosovitskiy, V. Egorychev, A. Fedorov, A. Golutvin, Yu. Guz, R. Jacobsson, M. Korjik, D. Kozlov, V. Mechinsky, A. Schopper, A. Semennikov, P. Shatalov, E. Shmanin. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A, 916, 226 (2019). DOI: 10.1016/j.nima.2018.11.101
  6. V. Retivov, V. Dubov, I. Komendo, P. Karpyuk, D. Kuznetsova, P. Sokolov, Y. Talochka, M. Korzhik. Nanomaterials, 12, 4295 (2022). DOI: 10.3390/nano12234295
  7. D. Zhu, M. Nikl, W. Chewpraditkul, J. Li. J. Adv. Ceram., 11, 1825 (2022). DOI: 10.1007/s40145-022-0660-9
  8. Y. Talochka, A. Vasil'ev, M. Korzhik, G. Tamulaitis. J. Appl. Phys., 132, 053101 (2022). DOI: 10.1063/5.0098905
  9. J.R. Cardenas. Superlattices Microstruct., 100, 548 (2016). DOI: 10.1016/j.spmi.2016.10.009
  10. A.V. Gektin, A.N. Belsky, A.N. Vasil'ev. IEEE Trans. Nucl. Sci., 61, 262 (2014). DOI: 10.1109/TNS.2013.2277883
  11. M. Korzhik, G. Tamulaitis, A.N. Vasil'ev. Physics of Fast Processes in Scintillators; Particle Acceleration and Detection (Springer International Publishing, Cham, 2020)
  12. K. Kamada, T. Endo, K. Tsutumi, T. Yanagida, Y. Fujimoto, A. Fukabori, A. Yoshikawa, J. Pejchal, M. Nikl. Cryst. Growth Des., 11, 4484 (2011). DOI: 10.1021/cg200694a
  13. K. Kamada, S. Kurosawa, P. Prusa, M. Nikl, V. Kochurikhin, T. Endo, K. Tsutumi, H. Sato, Y. Yokota, K. Sugiyama, A. Yoshikawa. Opt. Mater., 36 (12), 1942 (2014). DOI: 10.1016/j.optmat.2014.04.001
  14. M. Korzhik, V. Alenkov, O. Buzanov, G. Dosovitskiy, A. Fedorov, D. Kozlov, V. Mechinsky, S. Nargelas, G. Tamulaitis, A. Vaitkevivcius. Cryst. Eng. Comm., 22, 2502 (2020). DOI: 10.1039/D0CE00105H
  15. K. Omuro, M. Yoshino, K. Bartosiewicz, T. Horiai, R. Murakami, K.J. Kim, K. Kamada, R. Kucerkova, V. Babin, M. Nikl, A. Yamaji, T. Hanada, Y. Yokota, S. Kurosawa, Y. Ohashi, H. Sato, A. Yoshikawa. J. Lumin., 273, 120663 (2024). DOI: 10.1016/j.jlumin.2024.120663
  16. W. Chewpraditkul, N. Pattanaboonmee, W. Chewpraditkul, T. Szczesniak, M. Moszynski, K. Kamada, A. Yoshikawa, R. Kurcerava, M. Nikl. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A, 1004, 165381 (2021). DOI: 10.1016/j.nima.2021.165381
  17. M. Korjik, K.-T. Brinkmann, G. Dosovitskiy, V. Dormenev, A. Fedorov, D. Kozlov, V. Mechinsky, H.-G. Zaunick. IEEE Trans. Nucl. Sci., 66 (1), 536 (2018)
  18. T. Wegh, A. Meijerink, R-J. Lamminmaki, J. Holsa. J. Lumin., 87-89, 1002 (2000). DOI: 10.1016/S0022-2313(99)00506-2
  19. M. Korzhik, V. Retivov, A. Bondarau, G. Dosovitskiy, V. Dubov, I. Kamenskikh, P. Karpuk; D. Kuznetsova, V. Smyslova, V. Mechinsky, V. Pustovarov, D. Tavrunov, E. Tishchenko, A. Vasil'ev. Crystals, 12, 1196 (2022). DOI: 10.3390/cryst12091196
  20. X. Chen, H. Qin, Y. Zhang, Y. Liu, J. Jiang, H. Jiang. Opt. Mater. Express., 6 (2), 610 (2016). DOI: 10.1364/OME.6.000610
  21. H. Wieczorek, V. Khanin, C. Ronda, J. Boerekamp, S. Spoor, R. Steadman, I. Venevtsev, K. Chernenko, T. Tukhvatulina, I. Vrubel, A. Meijerink, P. Rodnyi. IEEE Trans. Nucl. Sci., 67 (8), 1934 (2020). DOI: 10.1109/TNS.2020.3001303
  22. X. Li, D.H. Hu, Y.Z. Ma, Q.E. Sa, X.R. Wang, F.X. Wang, Z.Q. Song, K.F. Chao. Sol. St. Phen., 323, 66 (2021). DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.323.66
  23. R.H. Lamoreaux, D.L. Hildenbrand, L. Brewer. J. Phys. Chem. Ref. Data., 16 (3), 419 (1987). DOI: 10.1063/1.555799
  24. N. Sakar, H. Gergeroglu, S.A. Akalin, S. Oguzlar, S. Yildirim. Opt. Mater., 103, 109819 (2020). DOI: 10.1016/j.optmat.2020.109819;
  25. J. Marchal, T. John, R. Baranwal, T. Hinklin, R.M. Laine. Chem. Mater., 16 (5), 82 (2004). DOI: 10.1021/cm021783l
  26. P. G uchowski, R. Tomala, R. Kowalski, O. Ignatenko, M.E. Witkowski, W. Drozdowski, W. Strek, W. Ryba-Romanowski, P. Solarz. Ceram. Int., 45 (17), 21870 (2019). DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.07.197
  27. J. Li, Y. Pan, F. Qiu, Y. Wu, J. Guo. Ceram. Int., 34 (1), 141 (2008). DOI: 10.1016/j.ceramint.2006.09.002
  28. M.P. Pechini. US Patent 3,3306,97 (1967)
  29. X. Zhang, G. Yang, R. Chi, Y. Shi, X. Zhao, H. Jiang, F. Guo, G. Wang, J. Guo, Z. Zhang. Int. J. Appl. Ceram. Tech., 19 (5), 2419 (2022). DOI: 10.1111/ijac.14084
  30. Z. Hu, X. Chen, X. Liu, X. Li, T. Xie, Y. Shi, H. Kou, Y. Pan, E. Mihokova, M. Nikl, J. Li. J. Alloy. Compd., 818, 152885 (2020). DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152885
  31. D. Sun, Q. Zhang, Z. Wang, J. Su, C. Gu, A. Wang, S. Yin. Mat. Sci. Eng. A, 392 (1-2), 278 (2005). DOI: 10.1016/j.msea.2004.09.057
  32. Y. Sun, S. Yang, Y. Zhang, J. Jiang, H. Jiang. IEEE Trans. Nucl. Sci., 61 (1), 306 (2014). DOI: 10.1109/TNS.2013.2291320
  33. G.A. Dosovitskiy, P.V. Karpyuk, P.V. Evdokimov, D.E. Kuznetsova, V.A. Mechinsky, A.E. Borisevich, A.A. Fedorov, V.I. Putlayev, A.E. Dosovitskiy, M.V. Korjik. Cryst. Eng. Comm , 19, 4260 (2017). DOI: 10.1039/C7CE00541E
  34. А.А. Федоров, В.В. Дубов, Л.В. Ермакова, А.Г. Бондарев, П.В. Карпюк, М.В. Коржик, Д.Е. Кузнецова, В.А. Мечинский, В.Г. Смыслова, Г.А. Досовицкий, П.С. Соколов. Приборы и техника эксперимента, 2, 52 (2023). DOI: 10.31857/S0032816223010159 [A.A. Fedorov, V.V. Dubov, L.V. Ermakova, A.G. Bondarev, P.V. Karpyuk, M.V. Korzhik, D.E. Kuznetsova, V.A. Mechinsky, V.G. Smyslova, G.A. Dosovitskiy, P.S. Sokolov. Instrum. Exp. Tech., 66, 234 (2023). DOI: 10.1134/S002044122301013X]
  35. L.V. Ermakova, V.V. Dubov, R.R. Saifutyarov, D.E. Kuznetsova, M.S. Malozovskaya, P.V. Karpyuk, G.A. Dosovitskiy, P.S. Sokolov. Ceramics, 6, 43 (2024). DOI: 10.3390/ceramics6010004
  36. L.V. Ermakova, V.G. Smyslova, V.V. Dubov, P.V. Karpyuk, P.S. Sokolov, I.Yu. Komendo, A.G. Bondarau, V.A. Mechinsky, M.V. Korzhik. Photonisc, 11, 685 (2024). DOI: photonics11080695
  37. L.V. Ermakova, V.G. Smyslova, V.V. Dubov, D.E. Kuznetsova, M.S. Malozovskaya, R.R. Saifutyarov, P.V. Karpyuk, P.S. Sokolov, I.Yu. Komendo, A.G. Bondarau, V.A. Mechinsky, M.V. Korzhik. Ceramics, 6, 1478, (2023). DOI: 10.3390/ceramics6030091
  38. П.В. Карпюк, Л.В. Ермакова, В.В. Дубов, Д.Е. Лелекова, Р.Р. Сайфутяров, П.А. Жданов, М.С. Малозовская, И.Ю. Комендо, П.С. Соколов, А.Г. Бондарев, М.В. Коржик. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, (2024). [P.V. Karpyuk, L.V. Ermakova, V.V. Dubov, D.E. Lelekova, R.R. Saifutyarov, P.A. Zhdanov, M.S., Malozovskaya, I.Yu. Komendo, P.S. Sokolov, A.G. Bondarau, M.V. Korzhik, J. Surf. Invest. X-ray., 18, 983 (2024). DOI: 10.1134/S1027451024700733]
  39. Z. Luo, H. Jiang, J. Jiang, R. Mao. Ceram. Inter., 41 (1), 873 (2015). DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.08.137
  40. Z.M. Seeley, N.J. Cherepy, S.A. Payne. J. Cryst. Growth., 379, 793 (2013). DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2012.11.042
  41. Q. Yao, L. Zhang, P. Gao, B. Sun, C. Shao, Y. Ma, T. Zhou, M. Li, H. Chen, Y. Wang. J. Am. Ceram. Soc., 103 (6), 3513 (2020). DOI: 10.1111/jace.17052
  42. S. Chen, B. Jiang, Q. Zhu, W. Ma, G. Zhang, Y. Jiang, W. Chewpraditkul, L. Zhang. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A., 942, 162360 (2019). DOI: 10.1016/j.nima.2019.162360
  43. X. Qiu, Z. Luo, J. Zhang, H. Jiang, J. Jiang. Ceram. Inter., 46 (4), 4550 (2020). DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.10.183
  44. M. Korzhik, P. Karpyuk, A. Bondarau, A. Ilyushin, I. Kamenskikh, D. Lelekova, V. Pustovarov, V. Retivov, V. Smyslova, D. Tavrunov, A. Vasil'ev. J. Lumin., 265, 120226 (2024). DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.120226
  45. M. Korzhik, R. Abashev, A. Fedorov, G. Dosovitskiy, E. Gordienko, I. Kamenskikh, D. Kazlou, D. Kuznecova, V. Mechinsky, V. Pustovarov, V. Retivov, A. Vasil'ev. Nucl. Eng. Technol., 54 (7), 2579 (2022). DOI: 10.1016/j.net.2022.02.007
  46. M. Korzhik, V. Dubov, M. Bazalevsky, A. Bondarau, O. Buzanov, D. Lelekova, P. Karpuk, Vi. Mechinsky, V. Vasiliev, D. Yanushevich. Opt. Mater., 151, 115334 (2024). DOI: 10.1016/j.optmat.2024.115334
  47. P. Karpyuk, M. Korzhik, A. Fedorov, I. Kamenskikh, I. Komendo, D. Kuznetsova, E. Leksina, V. Mechinsky, V. Pustovarov, V. Smyslova, V. Retivov, Y. Talochka, D. Tavrunov, A. Vasil'ev. Appl. Sci., 13, 3323 (2023). DOI: 10.3390/app13053323
  48. ПОСТАНОВЛЕНИЕ ГЛАВНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО САНИТАРНОГО ВРАЧА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ от 16 сентября 2013 года N 44 "Об утверждении СанПиН 2.6.1.3106-13 "Гигиенические требования по обеспечению радиационной безопасности при использовании рентгеновских сканеров для персонального досмотра людей (2013)
  49. C. Ronda. Opt. Mater. X. 22, 100293 (2024). DOI: 10.1016/j.omx.2024.100293
  50. P.A. Rodnyi. Opt. Spectrosc., 107 (2), 270 (2009). DOI: 10.1134/S0030400X09080177
  51. L. Jiang, D. Jiyang, H. Xinyou. J. Inorg. Mater., 36 (8), 789 (2021). DOI: 10.15541/jim20200544
  52. K. Taguchi, J.S. Iwanczyk. Medical Physics., 40 (10), 100901 (2013). DOI: 10.1118/1.4820371
  53. A. Esquivel, A. Ferrero, A. Mileto, F. Baffour, K. Horst, P.S. Rajiah, A. Inoue, S. Leng, C. McCollough, J.G. Fletcher. Korean J. Radiol., 23 (9), 854. DOI: 10.3348/kjr.2022.0377
  54. Y. Kudo, N. Ikeda. Video-Assisted Thoracic Surgery, 0 (4), 268 (2019). DOI: 10.21037/vats.2019.01.02
  55. A. Pourmorteza, R. Symons, V. Sandfort, M. Mallek, M.K. Fuld, G. Henderson, E.C. Jones. A.M. Ashkan, L.R. Folio, D.A. Blumke. Radiology, 279 (1), 239 (2016). DOI: 10.1148/radiol.2016152601
  56. M.T. Vervoorn, M. Wulfse, F.A.A. Mohamed Hoesein, M. Stellingwerf, N.P. van der Kaaij, L.M. de Heer. Front Surg., 26 (9), 1079857 (2022). DOI: 10.3389/fsurg.2022.1079857
  57. T.F. Budinger. J. Nucl. Med., 24, 73 (1983)
  58. M. Conti, B. Bendriem. Clinical and Translational Imaging, 7, 139 (2019). DOI: 10.1007/s40336-019-00316-5
  59. M. Korjik, V. Alenkov, A. Borisevich, O. Buzanov, V. Dormenev, G. Dosovitskiy, A. Dosovitskiy, A. Fedorov, D. Kozlov, V. Mechinsky, R.W. Novotny, G. Tamulaitis, V. Vasiliev, H.-G. Zaunick, A.A. Vaitkevivcius, Nucl. Instrum. Meth. A., 871, 42 (2017). DOI: 10.1016/j.nima.2017.07.045
  60. A. Fedorov, A. Bondarau, A. Dzhurik, V. Bogomolov, A. Iyudin, Yu. Kashchuk, V. Mechinsky, S. Obudovsky, S. Svertilov, Y. Wu, D. Yanushevich, M. Korzhik. Nucl. Instrum. Meth. A, 1062, 169155 (2024). DOI: 10.1016/j.nima.2024.169155
  61. E. Gordienko, A. Fedorov, E. Radiuk, V. Mechinsky, G. Dosovitskiy, E. Vashchenkova, D. Kuznetsova, V. Retivov, A. Dosovitskiy, M. Korjik, R. Sandu. Opt. Mater., 78, 312 (2018). DOI: 10.1016/j.optmat.2018.02.045

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme