Сідлецький О. Ц. Науково-технічні основи отримання оксидних сцинтиляційних кристалів на основі твердих розчинів заміщення

Роботу присвячено розробці науково-технічних основ цілеспрямованого отримання високоефективних неорганічних сцинтиляційних кристалів на основі твердих розчинів заміщення. Досліджені структурні, люмінесцентні та сцинтиляційні властивості отриманих оксидних кристалів. Продемонстровано наявність просторових мікронеоднорідностей розмірами 1-3 мкм в Lu2-xGdxSiO5:Ce внаслідок флуктуації вмісту Lu3+ і Gd3+ в кристалі, а також нано-розмірних неоднорідностей у вигляді площин та стовбців, що сформовані при селективному заміщенні іонів Lu3+/Gd3+ в LGSO:Ce та Al3+/Ga3+ в YAGG:Ce у відповідних кристалографічних позиціях в гратці. Визначено концентраційні інтервали, оптимальну швидкість (0.5 - 2 мм/год), теплові умови вирощування великогабаритних оксидних кристалів твердих розчинів методом Чохральського: Y3Al5-xGaxO12:Ce (0<x<5) діаметром до 35 мм і довжиною до 150 мм; YAl1-xGaxO3:Ce (0<x<0.1) діаметром до 25 мм і довжиною до 100 мм. Визначено склад, оптимальну швидкість (3-60 мм/год), теплові умови вирощування оксидних кристалічних волокон твердих розчинів методом мікровитягування Lu2-xGdxSiO5:Ce (0<x<1.6) із перетином до 2х2 мм і довжиною до 100 мм; Y3Al5-xGaxO12:Ce (3<x<5) діаметром 2 мм та довжиною до 70 мм. Сформульовано загальний феноменологічний підхід до цілеспрямованого отримання оксидних кристалів із поліпшеним світловим виходом, зокрема, визначено тенденцію до зростання світлового виходу твердого розчину при заміщенні атомів з відношенням іонних радіусів RА/RВ в діапазоні 1.07-1.15, різницею ширин забороненої зони компонентів твердого розчину deltaEg>0.2 еВ, різницею електронегативностей заміщуваних атомів 0.3-0.6. Ключові слова: функціональні матеріали, сцинтилятори, тверді розчини, оксидні кристали, світловий вихід, структурні властивості, оптичні властивості.