بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش به ساخت بلور آشکارساز CsI طی رشد به روش بریجمن با استفاده از آلایندههایی نظیر Tl, Ca, Tm به منظور بررسی خواص سوسوزنی پرداخته شده است. برای ارزیابی بلور ساخته شده، طیف فتولومینسانس و طیف گامای مربوط به نمونههای رشد داده شده بررسی شد. پارامترهای سوسوزنی از جمله قدرت تفکیک انرژی و پاسخ سوسوزنی مورد مطالعه و اندازهگیری قرار گرفتند. افزودن آلایندهها به ساختار بلوری CsI - Tl - باعث کاهش مراکز به
دام افتاده و همچنین ایجاد زیر تراز لومینسانس شده، از این رو باعث تغییر خواص سوسوزنی میشوند. آلاینده Tm+2 در ساختار شبکهای CsI - Tl - منجر به افزایش بهرهنوری و خواص سوسوزنی شده است، در صورتیکه این آلاینده پاسخ
سوسوزنی را کندتر میکند. آلاینده Ca+2 در ساختار شبکهای CsI - Tl - بر روی بهرهنوری و قدرت تفکیک انرژی اثر نامطلوب دارد در صورتیکه پاسخ سوسوزنی را سریعتر میکند.
کلمات کلیدی: یدور سزیم، بلور سوسوزنی، آلاینده، خواص سوسوزنی، طیف نگاری.
مقدمه :
آشکارسازی پرتوهای یونیزان توسط نور سوسوزنی ایجاده شده در مواد سوسوزن، یکی از قدیمیترین روشهای ثبت پرتوها محسوب میشود. فرایند سوسوزنی یکی از مفیدترین روشهای موجود برای آشکارسازی و طیف نگاری بسیاری از پرتوها به شمار میآید. سوسوزن مادهای است که انرژی به جا مانده در ماده را به نور تبدیل میکند. مواد سوسوزن برای آشکارسازی ذرات یونیزان، تعیین نوع، انرژی آنها و نیز تعیین موقعیت برهمکنش ذرات یونیزان سوسوزن استفاده میشوند. امروزه جستجو برای مواد سوسوزن جدید به صورت یک شاخه علمی مستقل در مؤسسات پژوهشی و صنعتی در حال پیگیری است. تحقیقات سوسوزنی با توجه به نیاز روز افزون برای پروژههای کاربردی پیشرفته نظیر بازرسی صنعتی، دزیمتری، پزشکی هستهای، تشخیص پزشکی، فیزیک انرژی بالا، اکتشافات فضایی، چاه پیمایی و ... هدایت میشود.
از پرکاربردترین بلورهای سوسوزنی در آشکارسازی و تصویربرداری میتوان به بلورهای CsI - Tl - , CdWO4, NaI - Tl - , BGO اشاره کرد. با توجه به اینکه هیچ ماده سوسوزن ایدهآلی یافت نمیشود، ویژگی-های نامطلوب هر سوسوزن بر اساس نوع کاربرد میتواند باعث تغییر در دقت اندازهگیری شود، بنابراین انتخاب آشکارساز به نوع کاربرد آن بر میگردد. آشکارساز ایکس و گاما بایستی خروجی نور بالا، شفافیت نور بالا، قدرت جذب بالای فوتون، پستاب نوری پایین - گسیل نور سوسوزنی تاخیری پس از نور سوسوزنی اصلی را پستاب گویند - و پاسخ سریع داشته باشد1]،.[2
در سال 1950م. برای اولین بار ساختار تک بلور CsI - Tl - به وسیله موری کشف شد و همچنین مشخصه کلی فرآیند سوسوزنی این بلور توسط اسکیور در سال 1951م. مورد بحث قرارگرفت.[3-4] یدورسزیم به عنوان یک سوسوزن هالید قلیایی از جمله مواد با چگالی بالا است که کاربردهای مختلفی دارد. دمای ذوب آن 6500C است و روش رشد بریجمن و چکرالسکی برای آن گزارش شده است. CsI - Tl - نور سوسوزنی با طول موج 550nm گسیل میکند که در نتیجه بازترکیب الکترون – حفره در حضور زیر تراز تالیوم میباشد.[5] از جمله مزایای آشکارساز CsI - Tl - بهرهنوری بالا، قدرت تفکیک انرژی مطلوب، چگالی بالا، نداشتن پس زمینه داخلی، رطوبت پذیری پایین، فرآیند رشد و ساخت مناسب با توجه به دمای ذوب پایین و هزینه کم، نرم و شکل پذیر را میتوان اشاره کرد. همچنین از معایب این آشکارساز میتوان به پاسخ زمانی کند و پستاب طولانی اشاره کرد که در مقایسه با NaI - Tl - برای استفاده در طیفنگاری یک کاستی محسوب میشود.[6] امروزه تحقیقات وسیعی در زمینه کاهش پس تاب و سریعتر شدن سوسوزنها صورت گرفته است. سوسوزن CsI - Tl - همراه با سایر آلایندهها به منظور کاهش زمان پستاب، پاسخ زمانی سریع و بهینه سازی خواص آشکارسازی استفاده میشود. با توجه به مقالات، استفاده از آلایندههای لانتانیدی بهدلیل انتقال الکترون در ترازهای f و - - 5G 4I - 4IQ-5G 4IQ - d میتوانند سرعت پاسخ سوسوزن را بهبود ببخشند و همچنین آلایندههای خاکی که محیطهای میزبان برای سوسوزنی بشمار میآیند میتوانند به عنوان آلاینده برای افزایش بهره نوری و قدرت تفکیک انرژی مطلوب مورد استفاده قرار گیرند.[7-13] افزودن آلایندهها و البته غلظت آنها به ساختار بلوری CsI - Tl - باعث کاهش مراکز به دام افتاده و همچنین ایجاد زیر تراز لومینسانس شده، از این رو باعث تغییر خواص سوسوزنی میشوند.
در این پژوهش، بلور آشکارساز CsI با آلایندهی Tl به روش بریجمن رشد داده شده است و سپس با ورود آلاینده لانتانیدی Tm و آلاینده خاکی Ca به داخل شبکه بلور تغییر خواص سوسوزنی آن با استفاده از فتولومینسانس و طیفنگاری گاما ارزیابی شده است. همچنین پارامترهای سوسوزنی از جمله قدرت تفکیک در انرژی 662keV و پاسخ سوسوزنی و اندازهگیری شده است.
روش کار:
تک کریستال CsI با آلایندههای Tl, Ca, Tm با استفاده از روش بریجمن در یک کوره شامل دو بخش فوقانی و تحتانی که با یک بافل از هم جدا شدهاند، رشد داده شد. شکل - 1 - طرحی از سیستم رشد بلور به روش بریجمن ساخته شده و متعلقات آن را نشان میدهد.
پودر CsI در تمام نمونهها به میزان 50 گرم و آلایندههای Tl - 0.15 mol - نمونه - 1 - ، Tl-Tm - 0.15-0.1 mol - نمونه - 2 - ، Tl-Ca - 0.15-0.1 mol - نمونه - 3 - و CsI - Tl - نمونه استاندارد - 4 - داخل بوته قرار داده شد.
شکل : - 1 - طرحواره سیستم رشد به روش بریجمن مواد اولیه تهیه شده از کمپانی Merck و Aldrich پس از توزین در داخل بوته گلاسه - ظرف استوانهای با نوک مخروطی با شیب 45 درجه - ریخته شد. ازآنجا که بلور CsI باید در شرایط خلاء - بیش از mbar10- - 4 رشد داده شود، ترکیب داخل کپسولی - آمپول - از جنس کوارتز قرار داده شد. بوته در داغترین ناحیه کوره به مدت 2 ساعت قرار گرفت تا تمام ماده ذوب شود. پس از آن بوته به سمت مناطق با دمای پایینتر سوق داده شد. پس از رشد کامل بلور، عملیات حرارتی طی 24 ساعت در دمای 500 0C بهمنظور بهدست آوردن توزیع یکنواخت آلایندهها به کوره اعمال میگردد. بلورها در ابعاد 5 × 5 × 3 3 برش و پولیش داده شد و از نمونهها طیف گاما و فتولومینسانس گرفته شد.
طیف فتولومینسانس با استفاده از دستگاه LS55-Perkin Elmer در محدوده طول موج 200-800 نانومتر در دمای اتاق اندازه گیری شد.[14] اندازهگیری نمونهها با یک سیستم الکترونیکی شامل مشخصات زیر و با چشمه 137Cs انجام شد.
بهره نوری، قدرت تفکیک انرژی و پاسخ زمانی نمونهها با نمونه استاندارد مقایسه شد.
نتایج:
شکل - 2 - طیف گسیل از نمونهها را که با طول موج 308 nm تحریک شدهاند، نشان میدهد. با توجه به تغییر نوع آلایندهها، شدت طیف گسیل نسبت به نمونه استاندارد تغییر میکند .[15] شدت طیف گسیل نمونه - 2 -
