РОЗРОБКА ТА ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТЕКТОРІВ ТИПУ СЦИНТИЛЯТОР-ФЕП НА ОСНОВІ ZnSe(Al) ТА ПЛАСТМАСОВОГО СЦИНТИЛЯТОРУ UPS-923A ДЛЯ ПРИЛАДІВ РЕЄСТРАЦІЇ α-, β- ТА ЗМІШАНИХ α-β-ВИПРОМІНЕНЬ

А. Бояринцев; Т. Непокупна; І. Рибалка; С. Галкін; С. Ковальчук; Т. Сібілєва; О. Колесніков

doi:10.15407/scine19.05.057

Автор(и)

А. Бояринцев Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0001-9252-0430
Т. Непокупна Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-2987-4671
І. Рибалка Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-0458-0394
С. Галкін Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0003-1148-7080
С. Ковальчук Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-5791-4810
Т. Сібілєва Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-8813-6505
О. Колесніков Інститут сцинтиляційних матеріалів Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0001-8702-6622

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine19.05.057

Ключові слова:

альфа-бета-випромінення, детектор, сцинтилятор, селенід цинку, полістирол, поліметилметакрилат

Анотація

Вступ. Пошук технічних рішень зі створення ефективних детекторів α- та β-випромінень є світовою тенденцією в галузі радіаційного контролю.
Проблематика. Поліпшити характеристики детекторів α- та β-частинок можна через використання матеріалів з
оптимізованими параметрами, оригінальні конструкції та технологічні прийоми.
Мета. Розробка та створення технологічних основ виготовлення сцинтиляційних детекторів на основі активованого селеніду цинку ZnSe(Al) та пластмасового сцинтилятору (ПС) полістиролу типу UPS-923A для реєстрації α-, β- й α-β-випромінень.
Матеріали й методи. Використано кристал ZnSe(Al), ПС типу UPS-923A на основі полістиролу, поліметилметакрілат (ПММА); застосовано гаряче пресування, тестування параметрів детекторів при опроміненні α- та β-частками методами спектрометрії та спектрофотометрії.
Результати. Відпрацьовано технологічні режими виготовлення: α-детектору на основі тонкого шару дрібнокристалічного сцинтилятору ZnSe(Al), нанесеного на пластину ПММА, що працює у лічильному режимі реєстрації (чутливість > 0,15 імпульс ⋅ с^–1/Бк (імп · с^–1/Бк) (²³⁹Pu)); пластин ПС полістиролу типу UPS-923A заданої товщини й площі методом гарячого пресування та β-детекторів на їх основі, що працюють у лічильному режимі реєстрації (чутливість > 0,28 імп · с^–1/Бк (⁹⁰Sr-⁹⁰Y)); α-β-детектору на основі тонкого шару дрібнокристалічного ZnSe(Al), нанесеного на пластину
ПС полістиролу типу UPS-923A, що працює у лічильному режимі реєстрації (чутливість >0,15 імп · с^–1/Бк (²³⁹Pu)
та >0,28 імп · с^–1/Бк (⁹⁰Sr-⁹⁰Y)); α-β-детектору з використанням тонкої монокристалічної пластини сцинтилятору ZnSe(Al) оптично з’єднаної з пластиною ПММА, що працює в спектрометричному режимі реєстрації (детектор одночасно реєструє α- та β- частки з розділенням спектрів з α/β > 0,85, чутливість > 0,3 імп · с^–1/Бк (²³⁹Pu) та > 0,28 імп · с^–1/Бк (⁹⁰Sr-⁹⁰Y)).
Висновки. Розробки детекторів відповідають рівню світових аналогів та забезпечують реєстрацію сигналу як в лічильному, так і у спектрометричному режимі.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Patent of USA № US7679064B2. Particle detector and neutron detector that use zinc sulfide phosphors. Katagiri M. URL: https://patents.google.com/patent/US7679064 (Last accessed: 01.11.2022).

Lee, S. K., Kang, S. Ya., Jang, D. Yu., Lee, Ch. H., Kang, S. M., …, Kim, Y. K. (2011). Comparison of new simple methods in fabricating ZnS(Ag) scintillators for detecting alpha particles. Progress in Nuclear Science and Technology, 1, 194—197. https://doi.org/10.15669/pnst.1.194.

Morozova, N. K., Kuznetsov, V. A. (1987). Zinc sulfide: preparation and optical properties (Eds. M. V. Fok). Moscow [in Russian].

Foster, J. (2006). A comparison of the ZnS(Ag) scintillation detector to the silicon semiconductor detector for quantification of alpha radioactivity in aqueous solutions. All Theses. Clemson University: TigerPrints. URL: https://tigerprints.clemson.edu/all_theses/10 (Last accessed: 01.11.2022).

Nikl, M. (2006). Scintillation detectors for X-rays. Meas. Sci. Technol., 17(4), 37—54. https://doi.org/10.1088/0957-0233/ 17/4/R01.

Ryzhikov, V., Starzhinskiy, N., Galchinetskii, L., Gashin, P., Kozin, D., Danshin, E. (2001). New semiconductor scintillators ZnSe(Te,O) and integrated radiation detectors based thereon. IEEE T. Nucl. Sci., 48(3), 356—359. https://doi.org/ 10.1109/23.940080.

Ryzhikov, V., Starzhinskiy, N. (2005). Properties and peculiar features of application of isoelectronically doped A2 B6 compound-based scintillators. Journal of Radiation Protection and Research, 30(2), 77—84. URL: https://www.jrpr.org/ upload/pdf/BSBOB5_2005_v30n2_77.pdf (Last accessed: 01.11.2022).

Lee, W. G., Kim, Y. K., Kim, J. K., Seo, H. J., Ryzhikov, V., Starzhinskiy, N., …, Zelenskaya, O. (2006). Particularities of ZnSe-based scintillators for a spectrometry of charged particles and gamma quanta. Journal of the Korean Physical Society, 48(1), 47—50. URL: https://www.jkps.or.kr/journal/view.html?uid=7413&vmd=Full (Last accessed: 01.11.2022).

Ryzhikov, V. D., Galchinetskii, L. P., Starzhinskiy, N. G., Danshin, E. A., Katrunov, K. A., Chernikov, V. V. (2001). Combined detectors of charged particles based on zinc selenide scintillators and silicon photodiodes. Problems of Atomic Science and Technology. Nuclear Physics Investigations, 5, 174—176. URL: https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_ 2001_5/article_2001_5_174.pdf (Last accessed: 01.11.2022).

Ryzhikov, V., Grinyov, B., Galkin, S., Starzhinskiy, N., Rybalka, I. (2013). Growing technology and luminescent characteristics of ZnSe doped crystals. J. Cryst. Growth, 364, 111—117. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2012.11.034.

Galkin, S. M., Rybalka, I. A., Tupitsyna, I. A., Zvereva, V. S., Litichevskiy, V. A. (2016). The development of flexible scintillation panels based on chalcogenide and oxide phosphors for advanced X-ray scanners and tomographs. Sci. Innov., 12(6), 37—45. https://doi.org/10.15407/scine12.06.037.

van Eijk, Carel W. E. (2002). Neutron PSDs for the next generation of spallation neutron sources. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 477, 383—390. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01836-8.

Beeman, J. W., Bellini, F., Cardani, L., Casali, N., Dafinei, I., Di Domizio, S., ..., Vignati, M. (2013). Performances of a large mass ZnSe bolometer to search for rare events. Journal of Instrumentation, 8, P05021. https://doi.org/10.1088/1748- 0221/8/05/P05021.

Nagorny, S., Cardani, L., Casali, N., Dafinei, I., Pagnanini, L., Pattavina, L., …, Schaeffner, K. (2017). Quenching factor for alpha particles in ZnSe scintillating bolometers. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 169, 012011. https:// doi.org/10.1088/1757-899X/169/1/012011.

Arnaboldi, C., Capelli, S., Cremonesi, O., Gironi, L., Pavan, M., Pessina, G., Pirro, S. (2011). Characterization of ZnSe scintillating bolometers for Double Beta Decay. Astroparticle Physics, 34(6), 344—353. https://doi.org/10.1016/j.astropartphys.2010.09.004.

Maekawa, T., Sumita, A., Makino, Sh. (1998). Thin beta-ray detectors using plastic scintillator combined with wavelength-shifting fibers for surface contamination monitoring. Journal of Nuclear Science and Technology, 35(12), 886—894. https://doi.org/10.1080/18811248.1998.9733961.

Miramonti, L. (2002). A plastic scintillator detector for beta particles. Radiation Measurements, 35(4), 347—354. https://doi.org/10.1016/S1350-4487(02)00051-3.

Pourtangestani, K., Machrafi, R. (2012). Optimization of plastic scintillator thicknesses for online beta/gamma detection. EPJ Web of Conferences, 24, 07010. https://doi.org/10.1051/epjconf/20122407010.

Bae, J. W., Kim, H. R. (2020). Plastic scintillator beta ray scanner for in-situ discrimination of beta ray and gamma ray radioactivity in soil. Nuclear Engineering and Technology, 52(6), 1259—1265. https://doi.org/10.1016/j.net.2019.11.013.

Grinyov, B. V., Senchishin, V. G. (2003). Plastic scintillators. Kharkov [in Russian].

Patent of Ukraine № UA103711C2. Voronkin, Ye. F., Galkin, S. M., Lalaiants, O. I., Litichevskyi, V. O., Tarasov, V. O. Method for production of a scintillation element for registration of alpha-radiation [in Ukrainian]. URL: https://patents. google.com/patent/UA125108C2/en (Last accessed: 01.11.2022).

Patent of USA № US7375336B2. Hasegawa, I., Izaki, K., Kobayashi, H., Ino, K., Kanazawa, N. ZnS(Ag) scintillation detector. URL: https://patents.google.com/patent/US7375336B2/en (Last accessed: 01.11.2022).

Patent of Ukraine № UA125108C2. Boiaryntsev, A. Yu., Nepokupna, T. A., Galkin, S. M., Sibilieva, T. H. Scintillation coating for alpha detector [in Ukrainian]. URL: https://patents.google.com/patent/UA125108C2/en (Last accessed: 01.11.2022).

Kumar, A., Waker, A. J. (2012). An experimental study of the relative response of plastic scintillators to photons and beta particles. Radiation Measurements, 47(10), 930—935. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2012.08.003.

Reeder, P. L., Peurrung, A. J., Hansen, R. R., Stromswold, D. C., Hensley, W. K., Hubbard, C. W. (1999). Detection of fast neutrons in a plastic scintillator using digital pulse processing to reject gammas. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 422, 84—88. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(98)01068-7.

Alpha and beta radiation detector BDPS-96. © 1995-2022 «SPE «TETRA» Ltd. Devices of radiation and technological control. URL: http://tetra.ua/en/production/blocks_and_devices/96/bdps-96.pdf (Last accessed: 01.11.2022).

Ryzhikov, V., Galchinetski, L., Galkin, S., Danshin, E., …, Chernikov, V. (2000). Combined detectors based on ZnSe(Te), CsI(Tl) and Si-PIN-PD for separate detection of alpha, beta and gamma radiation. IEEE Transactions on Nuclear Science, 47(6), 1979—1981. https://doi.org/10.1109/23.903832.