Неорганические монокристаллы

Свойствами фосфоров обладают монокристаллы некоторых неорганических соединении. Наиболее распространенные фосфоры этого типа NaI, CsI, KI, LiI, ZnS и др.

Приведем характеристики некоторых неорганических фосфоров Большинство из них содержит активаторы, вводимые в кристалл во время его выращивания. Активатор в неорганических фосфорах не является сцинтиллятором, а лишь создает центры испускания света в кристалле. Активатор указывается в скобках после химической формулы фосфора. Активатором фосфоров NaI, CsI, KI служит Тl, для LiI–Еu и для ZnS–Ag.

Фосфор NaI(Tl) широко применяется для регистрации заряженных частиц и особенно γ -излучения. Он выращивается объемами от нескольких кубических сантиметров до десятков кубических дециметров, обладает хорошей прозрачностью и высокой конверсионной способностью η=0,06. Фосфор NaI(Tl) требует герметичной упаковки, так как он гигроскопичен. При поглощении влаги из воздуха монокристалл NaI (Tl) разрушается.

Фосфор CsI(Tl) по своим характеристикам близок к фосфору NaI(Tl). Однако он труднее выращивается до больших объемов. Его стоимость значительно выше стоимости фосфора NaI(Tl).

Наибольшей конверсионной способностью (η =0,1) обладает фосфор ZnS (Ag). Однако изготовить большой монокристалл ZnS(Ag) практически невозможно. Обычно фосфор ZnS(Ag) используют в виде мелкокристаллического порошка, что обусловливает его плохую прозрачность. Вследствие этого при большой толщине фосфора ZnS(Ag) значительная часть испущенного света не попадает на катод ФЭУ.

Фосфоры испускают фотоны различных энергий (разной длины
волны λ). В таблице 10.1 приведена длина волны λ₀, соответствующая максимуму интенсивности испускаемого спектра света.

Для предохранения фосфора от механических повреждений, химического взаимодействия с окружающей средой твердые, жидкие и газообразные фосфоры, как правило, заключают в специальные герметичные контейнеры.

Таблица 10.1 – Характеристики некоторых фосфоров

При регистрации заряженных частиц применяют твердые фосфоры без упаковки. Внутренние поверхности контейнера, кроме поверхности, обращенной к ФЭУ, должны хорошо отражать свет. Этим достигается максимальная передача света на фотокатод ФЭУ. Отражающие поверхности контейнера либо полируют, либо покрывают тонким слоем диффузного отражателя. В качестве такого отражателя используют белый порошок окиси магния, белые эмали или слой тефлона. Часть контейнера, обращенную к ФЭУ, закрывают оптическим стеклом, которое слабо поглощает и отражает свет. Контейнер изготовляют из чистого алюминия или электролитической меди. Эти материалы обладают наименьшей естественной радиоактивностью, что обеспечивает малый собственный фон сцинтилляционного счетчика.

Упакованный фосфор удобнее сочленить с ФЭУ, чем неупакованный. При упаковке фосфора и его сочленений с ФЭУ особое внимание обращают на оптические контакты между фосфором и стеклом контейнера. Для этого фосфор приклеивают к стеклу контейнера специальным силиконовым клеем. Контейнер с фосфором при монтаже с ФЭУ притирают с помощью прозрачных масел, таких, как вазелиновое, велоситовое и т. д. Тонкая пленка масла заполняет все неровности сочленяемых поверхностей и ликвидирует небольшие воздушные промежутки между контейнером и ФЭУ. Этим достигается значительное уменьшение рассеяния света. Типичная упаковка монокристалла состоит из алюминиевого цилиндра, с одной стороны закрытого оптическим стеклом. К стеклу приклеивают фосфор, а пространство между фосфором и контейнером заполняют порошком окиси магния. С обратной стороны контейнер закрывают тонкой крышкой. Контейнер герметизируют с помощью полимеризующихся смол.