Галенін Є. П. Отримання сцинтиляційних кристалів BGO-BSO зі структурою евлітину із розплаву

Получены смешанные кристаллы Bi4(GexSi1-x)3O12 (BGSO) с улучшенными свойствами в сравнении с литературными аналогами благодаря разработке комплекса мер, снижающих оптическое поглощение кристаллов в области их люминесценции за счет устранения рассеивающих и поглощающих дефектов. Уточнены данные о зависимости сцинтилляционных свойств смешанных кристаллов BGSO от соотношения Ge и Si. Световой выход превышает 40% от Bi4Ge3O12 (BGO) при x≥0,7, а при x=0,7 достигнуто наилучшее энергетическое разрешение 16,2% (при возбуждении от источника 137Cs). Установлено, что причиной образования газовых включений в крупногабаритных кристаллах BGO является газонасыщенность расплава компонентами среды выращивания (воздуха). Разработан оптимизированный состав газовой среды выращивания О2:Ar=3:97, снижающий количество газовых включений, позволяющий улучшить прозрачность осевой части кристаллов на 15% в диапазоне люминесценции и улучшить на 0,5% энергетическое разрешение (при возбуждении 662 кэВ от 137Cs). С помощью моделирования тепло- и массопереноса при выращивании кристаллов BGO классическим методом Чохральского с использованием дополнительного донного нагревателя определены условия поддержания плоской формы фронта кристаллизации в течение всего процесса роста. Это позволило увеличить диаметр выращиваемых кристаллов до 82 мм для изготовления детекторов диаметром 76 мм и высотой 76 мм без увеличения размеров платинового тигля и теплового узла. При этом минимизировано количество остаточного сырья в тигле до 5% от массы исходного сырья, что в совокупности с наплавлением тигля сырьем и росте кристалла за один цикл нагрева увеличило ресурс платиновых тиглей с 10-20 до более 40 ростовых циклов.Впервые методом EFG получены качественные профилированные кристаллы BGO в форме стержней диаметром до 20 мм и пластин с сечением 3х40 мм2 и длиной более 100 мм. Установлено, что скорость выращивания и поперечное сечение кристалла в методе EFG ограничены процессом сегрегации примесей посторонних фаз к периферической части растущего кристалла. Это вызывает накопление низкотемпературной фазы бенитоита, которая препятствует кристаллизации материала со структурой эвлитина и вызывает отрыв кристалла от формообразователя. Преимуществом метода EFG является в 2,5 раза большая скорость выращивания в сравнении с методом Чохральского. Также, кристаллы BGO, выращенные методом EFG, имеют лучшую стабильность сцинтилляционных параметров при воздействии УФ излучения благодаря более высокой сегрегации примесей в процессе роста. Результаты диссертации внедрены в производство кристаллов BGO в ИСМА НАН Украины. Ключевые слова: кристаллы со структурой эвлитина, газовые включения, метод Чохральского, метод EFG, ресурс тиглей, крупногабаритные кристаллы.