Поверхневі процеси, що викликають деградацію спектрометричних характеристик сцинтиляторів NaI(Tl) і CsI(Na)

• дослідження процесів гідратації і дегідратації кристалів NaІ і NaІ (Tl) ; 

• з'ясування природи, механізмів утворення і руйнування МШ у NaІ (Tl) ; 

• вивчення механізму розпаду розчину на гидратованій поверхні NaІ (Tl) ; 

• дослідження кінетики утворення і структури МШ у CsІ (Na) ; 

• уточнення моделі і механізму утворення МШ для CsІ (Na) ; 

• вивчення взаємозв'язку між енергетичним розділенням і НПВ поверхневих і об'ємних шарів кристалів CsІ (Na) і CsІ (Tl) ; 

• пошук альтернативних пояснень причин НПВ при використанні зовнішніх джерел. 

Зв'язок роботи з науковими програмами. Основні етапи роботи виконані в рамках Державних Науково-дослідних програм НАН України: “Аніон” – “Дослідження впливу змішаного (аніон-катіонного) легування на випромінювальні та безвипромінювальні втрати в сцинтиляторах AIBVII та ABX3” (№ держреєстрації 0197V013768) ; “Стійкість” – “Дослідження спектрометричних властивостей та радіаційної стійкості великогабаритних швидкодіючих сцинтиляційних кристалів CsІ” (№ держреєстрації 0102U002530) за розпорядженням НАН України від 25. 10. 01 № 683; “Коріандр” – “Розробка технології вирощування великогабаритних лужногалоїдних кристалів в автоматизованому режимі” (№ держреєстрації 0197U016689). 

Наукова новизна. Ідейний зміст дисертації базується на чотирьох результатах, вперше отриманих у роботі. 

1. Виявлено, що деградація L і R у процесі негерметичного збереження кристалів NaІ (Tl) супроводжується перерозподілом спектрального складу активаторної люмінесценції на користь свічення складних центрів (Tl+) n. 

2. На відміну від NaІ (Tl), у кристалах CsІ і CsІ (Na) у початковий момент часу після механічної обробки поблизу вільної поверхні завжди утворюється не МШ, а шар зі збільшеною порівняно з обўємом сцинтиляційною ефективністю, що згодом трансформується в “мертвий”. Показано, що глибина шару залежить від орієнтації і способу обробки вхідної поверхні. 

3. Виявлено скорочення тривалості сцинтиляцій t для квантів низьких енергій збуджуючого випромінювання (малих d). Ефект дозволяє пояснити зростання h зі зниженням енергії для стандартно упакованих детекторів. 

4. Показано, що ступінь непропорційності виходу та її знак значною мірою визначається умовами світлозбирання, концентрацією центрів свічення в обўємі сцинтилятора і біля його вхідної поверхні, а також орієнтацією досліджуваної поверхні і часом формування сигналу. 

Третій і четвертий результати найважливіші з наукової точки зору. Їхнє трактування базується на залежності h від d, а не від dЕ/dx, тобто на факті осьової неоднорідності виходу. Такий підхід дозволив по-новому підійти до вирішення проблеми обмеження власного розділення сцинтиляторів. Показано, що спрямована зміна ступеня НПВ (вибором придатних умов світлозбирання) супроводжується поліпшенням R для детекторів у вигляді пластин в межах низьких енергій, де такий висновок неочевидний. 

Практичне значення отриманих результатів. На підставі першого з наведених вище результатів запропонована методика контролю працездатності детектора в процесі експлуатації (рання діагностика стадій, що не спостерігаються візуально, гідратації чутливого елемента). Дослідження структури і хімічного складу дегідратованої поверхні кристалів NaІ (Tl) дозволили запропонувати спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора, де перекристалізований шар використовується як ефективний дифузійний відбивач, а негативний вплив продуктів взаємодії води й основної речовини нейтралізується створенням реакційної газової атмосфери. На основі цього способу дані рекомендації щодо додаткового очищення солі NaІ від домішки NaOH шляхом переведення гідроксила в NaHСО3 з наступним термічним розкладанням бікарбонату і видаленням продуктів, що утворюються – СО2 і Н2O. Універсальний травленик, розроблений для кристалів NaІ (Tl), може знайти застосування в структурних дослідженнях, особливо при вивченні полікристалів з малим розміром зерна. 

Результати і висновки, що стосуються впливу механічної обробки на властивості приповерхневих шарів CsІ (Na), безпосередньо пов'язані з проблемами виробництва і експлуатації сцинтиляційних детекторів і можуть бути корисні для удосконалювання технології виготовлення детекторів на основі кристалів CsІ. 

Особистий внесок автора полягає у проведенні експериментів із: дослідження процесів гідратації і дегідратації на поверхні кристалів NaІ (Tl) [4, 5], розробки травленика на дислокації для цих кристалів [6, 11], структурних досліджень за допомогою оптичного мікроскопа [6, 8, 11, 16], визначення мікротвердості кристалів CsІ, CsІ (Na) і CsІ (Tl) [8, 16], а також в участі в обговоренні й аналізі отриманих результатів. У процесі вирощування кристалів роль автора полягала в підготовці (проведенні дегідратації) сировини до вирощування і корегуванні технологічного регламенту на цю операцію. Всі зразки були підготовлені для досліджень (вирізані, орієнтовані, відполіровані і при необхідності упаковані в контейнери) особисто автором. Всі експериментальні результати отримані самостійно або за особистої участі автора, експериментальні дані оброблені і проаналізовані самостійно. 

Публікації й апробація роботи. Основні результати дисертації викладено у 14 роботах, з яких 6 статей опубліковано у вітчизняних та іноземних журналах; 8 тез доповідей на конференціях, у тому числі міжнародних; одержано 1 патент України. Результати досліджень доповідалися й обговорювалися на конференціях: II Російський симпозіум “Процессы тепломассопереноса и рост монокристаллов и тонкопленочных структур”, 1997, Обнинськ, Росія; EMRS-1»Advanced Materials», 1999, Kiev, Ukraine; Міжнародна конференція “Сцинтилляционные материалы и их применение” (SCINTMAT-2000), 2000, Екатерінбург, Росія; XIV Міжнародна конференція по фізиці радіаційних явищ і радіаційному матеріалознавству, 2000, Алушта, Крим; IX Національна конференція по росту кристалів “НКРК”, 2000, Москва, Росія; International Students and Young Scientists Conference in Theoretical and Experimental Physics (EURICA-2001), Lviv, Ukraine; VI International Conference on Inorganic Scintillators and their use in Scientific