Грицак А. М. Радіаційно і термічно стимульовані процеси у сцинтиляційних і термохромних матеріалах для реєстрації іонізаційного випромінювання.

Робота присвячена цілеспрямованому пошуку та вивченню властивостей ефективних сцинтиляційних і термохромних матеріалів, які можуть бути використані для реєстрації іонізаційного випромінювання, на основі вивчення притаманних їм термічних і радіаційно стимульованих процесів. Особлива увага була приділена дослідженню сцинтиляційних характеристик особливо чистих і максимально бездефектних монокристалів як чутливих матеріалів для кріогенних детекторів для забезпечення сприятливих умов реалізації власної екситонної люмінесценції. Тому ключовою частиною цієї дисертаційної роботи стало вивчення матеріалів, таких як йодид цезію (CsI), телурид цинку (ZnTe), вольфрамат кальцію (CaWO4). Водночас для оптимізації параметрів люмінесценції вольфрамату цинку (ZnWO4) був використаний альтернативний метод цілеспрямованого введення домішки-активатора. Також значна увага була приділена вивченню термохромних матеріалів, зокрема на основі диетиламінтетрахлоркупрату [NH2(C2H5)2]2CuCl4 (DEACC), які характеризуються здатністю змінювати свої оптичні властивості під впливом температурних змін, що дозволяє використовувати їх у сенсорній техніці, зокрема, для реєстрації іонізаційного випромінювання. Хоча монокристалічні сцинтилятори та термохромні матеріали використовують для вирішення різних задач, можна вважати, що вони взаємно доповнюють один одного, що відкриває нові можливості для вдосконалення систем радіаційної безпеки та детектування іонізаційного випромінювання. В результаті досліджень спектрів рентгенолюмінесценції та їхньої кореляції з термостимульованими процесами підтверджена присутність Vk- та H- центрів в умовно чистому кристалі йодиду цезію (CsI), відповідальних за смуги рентгенолюмінесценції і термолюмінесценції, а також встановлена природа іонної провідності у цьому матеріалі. Проведено дослідження термостимульованої люмінесценції в комплексі з аналізом спектрів рентгенолюмінесценції та кривих загасання сцинтиляцій у номінально чистому кристалі CaWO4. Показано, що методом Чохральського з сировини максимальної чистоти (99,99 %), отриманої методом твердофазного високотемпературного синтезу, вирощено кристали CaWO4 з максимальною інтенсивністю власної люмінесценції. Уведення в сцинтилятор ZnWO4 домішки Li2O приводить до зростання інтенсивності смуги люмінесценції при 2,59 еВ, що свідчить про перспективність його застосування у сенсорних пристроях. Отримано патент на корисну модель на основі сцинтиляційного матеріалу ZnWO4, вдосконаленого за допомогою уведення у кристал домішки літію. Це дало змогу підвищити світловий вихід люмінесценції та зменшити запасання світлосуми при рентгенівському збудженні на глибоких рівнях захоплення. Встановлено, що оптимальними сцинтиляційними характеристиками, серед досліджуваних кристалів, володіють кристали ZnTe та CaWO4. Нелегований ZnTe проявляє конкурентоздатне значення світлового виходу, яке становить 117 ± 20% від відповідної характеристики сцинтилятора CaWO4 при порівняно короткому часі загасання сцинтиляцій, що передбачає застосування телуриду цинку, як чутливого елемента традиційних сцинтиляційних детекторів, які працюють при температурі рідкого азоту (Т = 77 К). Особливо привабливим цей матеріал може виявитися для підтвердження можливості спостереження подвійного безнейтринного бета-розпаду 0νПБР в ядрах 130Te, що входять до складу сцинтилятора. Запропоноване пояснення виявленої надзвичайно високої чутливості термохромних властивостей мікрокомпозитів на основі кристалів диетиламінтетрахлоркупрату (DEACC) до відносно низьких доз іонізаційного випромінювання, який полягав у значному зміщенні температури термохромного фазового переходу, отриманої з петель гістерезису D(T), у бік нижчих значень. Ключовий момент у впливі випромінювання пов'язаний зі змінами на межі між матрицею та мікрокристалом. Зміщення температури фазового переходу під дією відносно низьких доз опромінення пояснюється розривом хімічних зв’язків між полімерною матрицею та мікрокристалами. Розроблена технологія виготовлення термохромного індикатора на основі полікристалічної плівки DEACC, вкритої полімером, яку можна використати для виготовлення чутливих елементів сенсорів та для реалізації способу вимірювання дози іонізаційного випромінювання.