Преобразователь ионизирующего излучения

Полезная модель относится к преобразователю ионизирующего излучения и может быть использована для получения изображений просвечиваемых объектов в промышленных и медицинских рентгеновских установках, для детектирования ионизирующих излучений, для неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами. Преобразователь ионизирующего излучения 7 включает легированный тербием материал люминофора, нанесенный на подложку, представляющую собой пористый анодный оксид алюминия. Преобразователь отличается тем, что в качестве материала люминофора используется алюмоиттриевый гранат состава Y₃Al₅O₁₂, при этом материал люминофора расположен в виде сплошной плоской пленки ксерогеля 8 на всей поверхности подложки из пористого анодного алюминия, закрывая устья 5 всех его пор 4. Результатом использования предложенного матричного преобразователя является повышение интенсивности фотолюминесценции, увеличение выхода годных изделий при изготовлении партий или образцов преобразователей с идентичными параметрами. Три илл.

Полезная модель относится к преобразователям ионизирующего излучения (рентгеновское, электронное, гамма-излучение), которые могут быть использованы для получения изображений просвечиваемых объектов в промышленных и медицинских рентгеновских установках, для детектирования ядерных излучений, для неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами.

Известен преобразователь ионизирующего излучения, представляющий собой активированный эрбием материал (люминофор), расположенный на подложке из пористого кремния, причем часть материала размещена внутри пор кремния, что обеспечивается центрифугированием с высокой скоростью при нанесении материала на подложку [ACTA PHYSICA POLONICA A. 2007. Vol. 112 No. 5 Fig. 1].

Недостатки аналога:

- материал при фотолюминесценции излучает только инфракрасное излучение с длиной волны 1,5 мкм, отсутствует видимое излучение;

- имеет низкую интенсивность фотолюминесценции вследствие нахождения материала внутри пор кремния;

- для работы преобразователя требуется использование криогенных температур;

- пористый кремний имеет разветвленные, неоднородной формы поры, при создании преобразователя не обеспечивается регулировка размеров пор и их однородность по размерам.

Наиболее близким к полезной модели является преобразователь ионизирующего излучения, включающий легированный тербием материал люминофора, а именно, гель оксида алюминия, нанесенный на подложку, представляющую собой пористый анодный оксид алюминия, выращенный на кремнии, при этом материал люминофора расположен преимущественно в порах пористого анодного оксида алюминия с помощью центрифугирования и, кроме тербия, может быть допирован ербием или другими лантанидами [ACTA PHYSICA POLONICA A. 2007. Vol. 112 No. 5 Fig. 5].

К недостаткам прототипа относятся:

- низкая интенсивность фотолюминесценции вследствие нахождения материала люминофора в глубине пор анодного алюминия;

- неконтролируемость количества материала люминофора в порах анодного алюминия;

- невозможность изготовления идентичных по интенсивности фотолюминесценции партий преобразователей,

- для преобразования излучения при использовании в качестве допантов других лантанидов, в частности, эрбия, требуется применение криогенных температур.

Задачей полезной модели является повышение интенсивности фотолюминесценции, увеличение выхода годной продукции при изготовлении партий или образцов преобразователей с идентичными параметрами.

Для решения указанной задачи преобразователь ионизирующего излучения, включающий легированный тербием материал люминофора, нанесенный на подложку, представляющую собой пористый анодный оксид алюминия, отличается тем, что

в качестве материала люминофора используется алюмоиттриевый гранат состава - Y₃Al₅O₁₂:Tb,

при этом материал люминофора расположен в виде сплошной плоской пленки ксерогеля на всей поверхности подложки из пористого анодного алюминия, закрывая устья его пор.

Новый технический результат - повышение интенсивности фотолюминесценции, обеспечивается в предложенном преобразователе ионизирующего излучения за счет того, что в качестве материала люминофора используется алюмоиттриевый гранат Y₃Al₅O₁₂:Tb, при этом материал люминофора расположен в виде сплошной плоской пленки ксерогеля на всей поверхности подложки из пористого анодного алюминия, закрывая устья всех пор. Интенсивность фотолюминесценции тербия на пористом анодном оксиде алюминия значительно выше, чем на полированных подложках. Это связано с тем, что пленка люминофора на пористом оксиде алюминия характеризуется высокой прочностью, что позволяет формировать ее большей толщины. Таким образом, больший объем люминофора участвует в преобразовании ионизирующего излучения в видимый свет.

Увеличение выхода при изготовлении партий или образцов преобразователей с идентичными параметрами объясняется также тем, что плоская пленка ксерогеля расположена на всей поверхности подложки в виде пористого анодного алюминия, закрывая устья всех пор, без проникновения в указанные поры, из которых могло бы выходить неравномерное по интенсивности излучение.

Видимое излучение при возбуждении преобразователя исходит от расположенной на поверхности преобразователя плоской пленки ксерогеля.

В сравнении с прототипом интенсивность фотолюминесценции повышается в 2÷3 раза, выход годной продукции увеличивается на 70÷80 процентов.

Полезная модель поясняется фигурами, на которых изображены:

фиг. 1 - сечение образца преобразователя ионизирующего излучения без ксерогеля;

фиг. 2 - сечение образца преобразователя ионизирующего излучения, поверхность которого покрыта ксерогелем;

фиг. 3 - спектр излучения образца преобразователя, поверхность которого покрыта ксерогелем; по оси абсцисс отложены длины волн излучения в нм, по оси ординат - интенсивность излучения в относительных единицах.

Первоначально (фиг. 1) образец 1 пористого анодного оксида алюминия (полуфабрикат заявленного преобразователя) содержит расположенный на основании 2 из алюминия слой (пленку) 3 с порами 4, свободными от геля, глубиной 10÷100 мкм с диаметром пор 20÷150 нм и представляет собой плоскопараллельную пластину (квадратной или прямоугольной формы) площадью 1÷10 см², толщиной 0,5÷3 мм. Анодирование алюминия позволяет получать пленки (слои) 3, представляющие собой самоорганизованные двумерные периодические структуры с ячейками гексагональной формы и регулируемым диаметром пор 4 в пределах от 20 до 150 нм. Поры 4 имеют устья 5.

Образец пористого анодного оксида алюминия 1 (фиг. 1) синтезируют двухстадийным анодированием в 1 М H₃PO₄ при напряжении 120±10 В и поддержании температуры электролита на уровне 10÷12°C. После первой стадии анодирования полученный оксид удаляют в селективном травителе, содержащем хромовый ангидрид и ортофосфорную кислоту. Вторую стадию анодирования проводят в условиях, идентичных вышеуказанным для первой стадии. Полученный в результате слой (пленку) 3 пористого анодного алюминия высушивают на воздухе в течение 30±10 мин при температуре 100±30°C. Образец пористого анодного оксида алюминия 1 имеет поверхность 6, предназначенную для нанесения геля.

Образец 7 (фиг. 2) пористого анодного оксида алюминия с нанесенной плоской пленкой ксерогеля 8 (заявленный преобразователь) изготавливают следующим образом.

Готовят содержащий металл-ионы тербия, иттрия и алюминия коллоидный раствор, перемешивают в течение одного часа при температуре 50±5°C со скоростью 25±5 об/мин. В результате получают допированный тербием гель алюмоиттриевого граната состава Tb_0.15Y_2.85 Al₅O₁₂ Этот гель наносят на поверхность 6 пористого анодного оксида алюминия методом погружения образца 1 (фиг. 1) пористого анодного оксида алюминия в допированный тербием гель алюмоиттриевого граната. Погруженный образец 1 выдерживают в геле при его перемешивании в течение 1 часа со скоростью 10 об/мин. Вынимают образец пластмассовым пинцетом, вытирают излишки геля с боковых и нижней сторон образца. Затем гель подсушивают в течение 30 мин при температуре 200÷250°C. Для увеличения толщины геля, наносимого на поверхность 6, и, соответственно, толщины ксерогеля 8 повторяют 5÷7 раз погружение образца с подсушенным гелем в алюмоиттриевый гранат состава Tb_0.115 Y_2.85Al₅O₁₂ при одновременном перемешивании геля аналогично вышеописанному.

Поскольку при погружении образца не осуществляют условия проникновения геля в поры 2 пористого анодного оксида алюминия (отсутствует центрифугирование с высокой скоростью), пленка геля наносится только на поверхность 6 образца пористого анодного оксида алюминия, закрывая устья 5 всех его пор. В результате формируют сплошную плоскую пленку геля на поверхности пористого анодного оксида алюминия. В то же время зацепление ксерогеля 8 с порами 5 пористого анодного оксида алюминия способствует надежному скреплению ксерогеля 8 с поверхностью образца 7 пористого анодного оксида алюминия, что увеличивает механическую прочность преобразователя.

Конечной операцией является отжиг подсушенного образца 7 при температуре 600°C в течение 2 час. При этом на поверхности пористого анодного оксида алюминия получают плоскую пленку твердого ксерогеля 8 в виде допированного тербием алюмоиттриевого граната состава Y₃Al₅O₁₂:Tb. Ксерогель 8 выполняет роль люминофора-преобразователя ионизированного излучения в видимый свет.

В процессе работы на образец 7 преобразователя ионизирующего излучения под углом или перпендикулярно поверхности ксерогеля 8 действует ионизирующее излучение 9 (рентгеновское излучение с энергией фотонов 15÷100 кэВ, гамма-излучение с энергией квантов 500 кэВ ÷ 3 МэВ, электронное излучение с энергией 20 кэВ ÷ 0,5 МэВ). Воздействие ионизирующего излучения 9 на пленку ксерогеля 8 люминофора вызывает видимое излучение 10 в диапазоне излучательных переходов тэрбия (480÷550 нм, фиг. 3) или другого допанта-лантаноида.

Преобразователь ионизирующего излучения, включающий легированный тербием материал люминофора, нанесенный на подложку, представляющую собой пористый анодный оксид алюминия, отличающийся тем, что в качестве материала люминофора используется алюмоиттриевый гранат состава Y₃Аl₅O₁₂:Tb, при этом материал люминофора расположен в виде плоской пленки ксерогеля на всей поверхности подложки из пористого анодного алюминия, закрывая устья его пор.