Исследование влияния состава и условий получения на характеристики сцинтилляционной керамики на основе сложных оксидов со структурой граната тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Дубов Валерий Валерьевич
Дубов Валерий Валерьевич
кандидат наук
2024
- Специальность ВАК РФ00.00.00
- Количество страниц 189
Оглавление диссертации кандидат наук Дубов Валерий Валерьевич
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Сцинтилляторы и области их применения
1.2 Состояние разработки неорганических сцинтилляторов
1.3 Сцинтилляционные материалы структурного типа граната
1.4 Методы синтеза соединений со структурой граната
1.5 Осаждение из растворов
1.6 Основные подходы к получению керамических материалов
1.7 Выводы из обзора литературы
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Реактивы, материалы и оборудование
2.2 Методики подготовки азотнокислых растворов
2.3 Методика синтеза оксидных порошков сложных составов
2.4 Методика изготовления керамических образцов
2.5 Методики исследований приборными методами
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Условия синтеза порошков GAGG:Ce и GYAGG:Ce
3.2 Содержание ионов Ce3+ в составах GAGG:Ce и GYAGG:Ce
3.3 Отклонения состава GAGG:Ce от стехиометрии
3.4 Замещение Gd в составе GAGG:Ce на Y и Lu и со-активация ионами Mg2+ и П4+
3.5 Со-активация состава GYAGG:Ce ионами Yb3+ и
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ И ИТОГИ РАБОТЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ВВЕДЕНИЕ
Детектирование ионизирующих излучений и измерение их характеристик находит применение в исследованиях в области фундаментальной физики, в медико-диагностическом оборудовании, в оборудовании для дистанционного досмотра или неразрушающего контроля, в установках для мониторинга радиационного фона и т. д. Для этих задач используются детекторы, принцип действия которых базируется на физических эффектах взаимодействия излучения с веществом. В данной работе рассматривается подход, основанный на применении сцинтилляторов - материалов, способных преобразовывать ионизирующее излучение в свет спектрального диапазона от ближнего УФ- до ИК-области, который может быть зарегистрирован одним из известных способов. Основные преимущества сцинтилляторов по сравнению с другими типами детекторов излучений - значительная поглощающая способность, высокая чувствительность и высокая скорость счёта частиц [1].
Актуальность работы и степень разработанности темы исследований
Оксиды структурного типа граната, являющиеся объектом исследования настоящей работы, нашли применение в качестве сцинтилляторов относительно недавно. На сегодняшний день первым и наиболее изученным представителем этого класса соединений является активированный церием иттрий-алюминиевый гранат Y3AbO12:Ce (YAG:Ce), исследование сцинтилляционных свойств которого велось с конца 70-х годов прошлого века [2, 3]. Данный материал, получаемый в форме монокристаллов и керамики, обладает световым выходом около 15 000-20 000 фот./МэВ в зависимости от условий легирования и дефектности структуры, коротким временем высвечивания (менее 100 нс), химической и радиационной устойчивостью [4-7]. Лютеций-алюминиевый гранат (LuAG), активированный Ce или Pr, обладает близкими сцинтилляционными свойствами, но большей плотностью - 6,70 г/см3 в сравнении с 4,55 г/см3 у YAG [8,9].
Двухкомпонентные соединения со структурой граната уступают по световому выходу и/или быстродействию другим известным сцинтилляторам, в частности, CsI:Tl и NaI:Tl [10], LaBr3:Ce [11], Srh:Eu [12], Lu2SiO5:Ce [13]. В то же время, многокомпонентные гранаты показывают значительно более высокие функциональные характеристики, чем YAG и LuAG [14]. Так, гранат Gd3(Al,Ga)5O12:Ce (GAGG:Ce) имеет световыход и время высвечивания на уровне 40 000 фот./МэВ и 100 нс соответственно, а плотность 6,67 г/см3 [15-20]. Усложнение состава до (Gd,Y)3(Al,Ga)5O12:Ce (GYAGG:Ce) позволяет повысить световыход до 60 000 фот./МэВ при сопоставимой или более короткой кинетике сцинтилляций [21-24].
Всё вышеперечисленное делает актуальным поиск сложных составов со структурой граната с пригодными для тех или иных применений функциональными свойствами, а также их
дополнительную оптимизацию - подбор типа и концентраций легирующих компонентов. Например, для задач медицинской визуализации (позитрон-эмиссионной и рентгеновской томографии) наиболее подходящими являются сцинтилляторы, сочетающие в себе высокую плотность (свыше 6 г/см3), оптическую прозрачность, значительный световыход (более 10 000 фот./МэВ), короткое время высвечивания (менее 100 нс для ПЭТ и менее 1 мс для КТ) и низкое послесвечение [25].
К настоящему времени известно о получении монокристаллов и прозрачной керамики GAGG:Ce, а также монокристаллов лютеций-замещённых составов на его основе. В литературе сообщается о выращивании монокристаллов GYAGG:Ce с различным соотношением элементов [22,23,26-30], а также о получении прозрачной керамики с использованием горячего изостатического прессования [21,24]. Технология монокристаллов сложных составов обладает рядом ограничений: необходимостью использования оснастки из иридия, низкой скоростью преобразования сырья в товарную кристаллическую массу, неоднородным распределением компонентов при вытягивании заготовки из расплава. Процесс получения прозрачной керамики осуществим при более низких температурах, чем выращивание монокристаллов, и способен обеспечивать однородность по составу даже для многокомпонентных соединений. Однако качество получаемых изделий зависит от микроструктуры исходного порошкового сырья, производство имеет больше технологических стадий, а обработка заготовок горячим изостатическим прессованием требует высоких давлений (свыше 1000 атм). Потенциальные преимущества керамики перед монокристаллами (сниженные затраты на производство, возможности варьирования формы и размеров изделий, расширенный диапазон легирования) делают актуальным отработку аспектов её изготовления, позволяющих сделать технологический процесс менее трудоёмким.
В данной диссертационной работе рассмотрены подходы к синтезу порошков сложных по составу оксидов структурного типа граната, влияние варьирования состава на спектрально-люминесцентные и сцинтилляционные характеристики, а также особенности получения оптически прозрачных керамических материалов из данных порошков без применения давления в процессе спекания.
Цель и задачи работы
Цель работы состояла в поиске подходов к синтезу активных к спеканию оксидных порошков структурного типа граната составов GdзAl2GaзOl2, (Gd,Y)зAl2GaзOl2, (Gd,Y,Lu)зAl2GaзOl2, получении керамических материалов на их основе и исследовании влияния содержания основных элементов, типа и количества элементов-активаторов (Ce, ТЬ, УЬ, Mg, Т1) на микроструктуру, спектрально-люминесцентные и сцинтилляционные свойства керамик.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
1. экспериментально устанавливали наилучшие условия синтеза оксидных порошков с применением метода совместного осаждения, обеспечивающие получение осадка с заданной стехиометрией и однородностью микроструктуры, на примере составов GdзAl2GaзOl2:Ce (GAGG:Ce) и (Gd,Y)зAl2GaзOl2:Ce (GYAGG:Ce);
2. исследовали зависимость люминесцентных свойств, микроструктуры и фазового состава керамик GAGG:Ce и GYAGG:Ce от содержания активатора (ионов Ce3+);
3. для керамик (Gd,Y,Lu)зAl2GaзOl2:Ce (GYLAGG:Ce) определяли влияние соотношения основных элементов Gd:Y:Lu и добавок со-легирующих примесей Mg и Т на люминесцентные и сцинтилляционные свойства;
4. для керамик GYAGG:Ce,Tb,Yb изучали влияние соотношений активаторов (Ce:Yb, ТЬ:УЬ и Ce:Tb:Yb) на сцинтилляционные и люминесцентные свойства.
Научная новизна работы
Системно исследованы факторы, влияющие на полноту перехода в осадок Gd, Ce, Al, Ga -количество осадителя и состав жидкости для промывки. Продемонстрирована применимость условий, обеспечивающих наибольшую полноту осаждения данных элементов, для синтеза порошков более сложных составов, включающих в себя Y, Lu и УЪ помимо вышеперечисленных элементов. Впервые показано влияние величины рН смесевого азотнокислого раствора металлов на микроструктуру многокомпонентных осадков.
Исследована сегрегация ионов Се3+ на границах зёрен керамики, показано её влияние на люминесцентные свойства керамик GAGG:Ce и GYAGG:Ce на границах и в объёме кристаллитов.
Впервые получены порошки и керамики GYLAGG:Ce на основе твёрдых растворов, содержащих в составе матрицы пять катионов (Gd, У, Lu, А1, Ga), и исследованы их люминесцентные и сцинтилляционные свойства.
Впервые исследовано влияние со-активаторов Mg2+ и на люминесцентные и
сцинтилляционные свойства керамики GYLAGG:Ce. Продемонстрировано, что введение добавки Mg в количестве 50 ррт позволяет сократить время высвечивания сцинтилляции на 40% (с 96 до 55 нс).
Показано, что при совместной активации состава GYAGG ионами ТЬ3+ и УЪ3+ происходит передача энергии с ТЬ3+ на УЪ3+ путём сенсибилизации. Активация этого же состава ионами Се3+ и УЪ3+ приводит к сокращению времени высвечивания Се3+ до субнаносекундных значений (с 55 до 0,8±0,2 нс).
Практическая значимость работы
Разработанный лабораторный технологический регламент обеспечивает получение порошков многокомпонентных оксидов структурного типа граната, подходящих для изготовления прозрачной керамики путём спекания в атмосфере кислорода без приложения давления.
Переход от трёх- к пятикомпонентным Се-активированным гранатам (частичное замещение Gd в составе GdзAl2GaзOl2:Ce на Y и Lu) позволяет на ~ 20% увеличить световой выход сцинтилляции керамики (с 29 000 до 35 500 фот./МэВ при возбуждении у-квантами с энергией 662 кэВ) при сохранении сопоставимых значений времени высвечивания (90-100 нс) и плотности (6,5-6,7 г/см3), а добавление со-активатора Mg2+ - сократить время высвечивания У^и-содержащего состава на ~ 40% (до 55 нс) при снижении световыхода на ~ 20% (до 27 300 фот./МэВ).
Совместная активация состава GYAGG ионами Се3+ и УЬ3+ даёт возможность получить керамический материал со сверхбыстрой кинетикой высвечивания в видимой области (менее 1 нс), активация ионами Се3+, ТЬ3+ и УЬ3+ - с расширенной спектральной областью люминесценции (300-1200 нм) и световыходом более 200 000 фот./МэВ.
Положения, выносимые на защиту
Наибольшая полнота осаждения, однородность микроструктуры осадка и получаемого из него оксидного порошка структурного типа граната достигаются при величинах рН смесевого азотнокислого раствора металлов 2,0-2,2, избытке осадителя 30% от стехиометрического количества и содержании воды в промывной жидкости 20%.
Диапазон легирования составов Gdз-xCexAl2GaзOl2 и Gdl,5-xYl,5CexAl2GaзOl2 ионами Се3+, при котором величины светового выхода сцинтилляций максимальны, составляет к = 0,0100,015 ф.е.
Отклонения состава от стехиометрии влияют на сцинтилляционные свойства, фазовый состав и микроструктуру керамики GAGG:Ce. Небольшой (1-3 ат.%) избыток Gd способствует улучшению светового выхода сцинтилляций на ~ 55 % по сравнению со стехиометрическим составом, а недостаток Gd в тех же пределах — к снижению световыхода на ~ 70 % и более, а также к увеличению средних размеров зёрен керамики на ~ 75 %.
Частичное замещение Gd в гранате GAGG:Ce на Y и Lu (до соотношения Gd:Y:Lu = 2:0,5:0,5) позволяет увеличить световыход сцинтилляций на ~ 20%, а со-активация ионами Mg2+ - сократить время высвечивания на ~ 40%.
Совместная активация состава GYAGG ионами Се3+ и УЬ3+ даёт возможность сократить кинетику высвечивания в видимой области до субнаносекундных значений (0,8 ± 0,2 нс),
активация ионами Ce3+, Tb3+ и Yb3+ - расширить спектр высвечивания до ближней ИК-области (до 1200 нм).
Объекты исследования
Объектами исследования в данной работы являются гидроксокарбонатные прекурсоры, оксидные порошки и керамика, соответствующие составам Gd3AhGa3O12:Ce (GAGG:Ce), (Gd,Y)3Al2Ga3O12:Ce (GYAGG:Ce), (Gd,Y,Lu)3Al2Ga3O12:Ce (GYLAGG:Ce) и (Gd,Y)3AhGa3O12:Ce,Tb,Yb (GYAGG:Ce,Tb,Yb), характеристики порошков (фазовый состав, размеры частиц, удельная поверхность, микроструктура) и полученных из них керамических материалов (плотность, светопропускание, интенсивность и кинетика фотолюминесценции и сцинтилляций, микроструктура).
Методы исследования
Содержание примесей в исходном сырье и полученных из него порошках контролировали методами атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-АЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) при использовании спектрометров Thermo Scientific iCAP Duo 6300 и Perkin Elmer Elan DRC-e. Методом ИСП-МС также определяли содержание целевых элементов в маточном растворе и промывных водах после синтеза гидроксокарбонатных прекурсоров методом совместного осаждения.
Исследование микроструктуры прекурсоров, оксидных порошков и керамик проводили методом сканирующей электронной микроскопии на приборе JEOL JSM 7100F, а их фазовый состав определяли посредством рентгенодифракционного анализа на дифрактометре Bruker D2 Phaser с длиной волны X = 1,54 Ä (медное излучение). ИК-спектры прекурсоров записывали при помощи Фурье спектрометра Bruker Vertex 70 с использованием приставки НПВО (кристалл ZnSe). Удельную поверхность порошков определяли методом капиллярной конденсации азота на приборе Micromeritics TriStar 3000. Плотность керамики исследовали методом погружного гидростатического взвешивания с использованием аналитических весов Mettler Toledo XP204.
Спектры фотолюминесценции в видимом диапазоне регистрировали с применением спектрофлуориметра Люмекс Флюорат-02-Панорама, а кинетику высвечивания — при помощи времяразрешённого спектрофлуориметра PicoQuant FluoTime 250; кинетику в ИК-диапазоне измеряли на специализированном стенде, включающем в себя импульсную ксеноновую лампу (25 Вт, X ex = 330 нм) и ФЭУ Hamamatsu R5509-73. Пространственное распределение интенсивности люминесценции и длин волн высвечивания изучали на сканирующем конфокальном микроскопе WITec Alpha 300 S; флуоресцентную микроскопию времени жизни (FLIM) выполняли на конфокальном микроскопе PicoQuant MicroTime 200. Оптическое пропускание измеряли на спектрофотометре Analytik Jena Specord Plus. Исследование светового
выхода и кинетики сцинтилляций керамики осуществляли с использованием специализированного измерительного стенда на основе ФЭУ Hamamatsu R1828-01 и Photonis XP2020 и электроники для питания ФЭУ и обработки сигналов производства ORTEC. Кинетику сцинтилляций Се^Ь-активированных образцов измеряли, применяя стробоскопический метод электронно-оптической хронографии с субнаносекундным временным разрешением; система детектирования включала в себя монохроматор SOL Instruments MS2004 и диссектор ЛИ-602. Измерение спектров рентгенолюминесценции проводили при возбуждении рентгеновской трубкой УРС-0,02 (30 кВ, 0,3 мА), спектроскопический стенд состоял из монохроматора-спектрографа SOL Instruments MS-3500, ФЭУ РТА-928 и цифровой ИК-камеры HLS 190IR. Измерение временного разрешения совпадений осуществляли с использованием осциллографа Tektronix MSO66B и кремниевых фотоумножителей Broadcom FBR-S4N44P014M NUV-MT.
Большинство аналитических исследований выполняли с использованием научного оборудования ЦКП ИХАЦ НИЦ «Курчатовский институт».
Личный вклад автора
Подготовка растворов металлов из исходного сырья, синтезы прекурсоров методом совместного осаждения, подготовка шихты и получение из неё керамики были выполнены автором самостоятельно. Постобработка керамики (шлифовка и полировка) выполнялась автором под руководством сотрудников Лаборатории люминесцентных и детекторных материалов Курчатовского комплекса химических исследований.
Диссертантом самостоятельно проведены измерения плотности керамических образцов и их фотолюминесцентных характеристик (спектров и кинетики высвечивания), измерения размеров частиц методом лазерной дифракции и оптических свойств. Исследования методами ИСП-АЭС и ИСП-МС, сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции, а также термический анализ, ИК-спектроскопия и анализ удельной поверхности выполнены сотрудниками ЦКП ИХАЦ НИЦ «Курчатовский институт», при этом подготовка проб к данным исследованиям проводилась диссертантом самостоятельно.
Измерение люминесцентных характеристик методами конфокальной сканирующей микроскопии проводили сотрудники Центра технологий материалов Сколковского института науки и технологий. Подготовку проб для этих измерений автор выполнял самостоятельно. Регистрацию спектров рентгенолюминесценции осуществляли сотрудники Физико-технологического института Уральского Федерального университета, исследование сцинтилляционных свойств — сотрудники Института ядерных проблем Белорусского государственного университета и Института ядерной физики им. Будкера СО РАН. Исследования синхротронными методами были выполнены сотрудниками Курчатовского
комплекса синхротронно-нейтронных исследований. Рентгеновскую дифракцию проводили на станции Рентгеноструктурного анализа (РСА), измерение спектров рентгеновского поглощения - на станции структурного материаловедения (СТМ). Подготовка образцов к измерениям, обработка и интерпретация полученных данных были выполнены автором самостоятельно.
Достоверность результатов исследований
Достоверность результатов исследований подтверждается применением различных аналитических методов и сопоставлением полученных с их помощью данных как друг с другом, так и со сведениями из литературных источников. Также подтверждением достоверности является воспроизводимость экспериментов, многократно проведённых автором и другими сотрудниками лаборатории неорганических технологий согласно написанному по итогам данной работы лабораторному технологическому регламенту.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
«Получение и свойства сцинтилляционных керамик на основе сложных оксидов со структурой граната»2021 год, кандидат наук Карпюк Петр Викторович
Процессы релаксации высокоэнергетических возбуждений в ZnO и других кислородосодержащих сцинтилляторах2011 год, кандидат физико-математических наук Ходюк, Иван Вячеславович
Химические основы технологии получения порошков YAG:Ce для люминесцентных материалов2020 год, кандидат наук Кузнецова Дарья Евгеньевна
Сцинтилляционные процессы в активированных церием керамиках со структурой граната2017 год, кандидат наук Ханин Василий Михайлович
Температурно-зависимые сцинтилляционные процессы в многокомпонентных алюмогранатах, легированных церием2021 год, кандидат наук Веневцев Иван Дмитриевич
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния состава и условий получения на характеристики сцинтилляционной керамики на основе сложных оксидов со структурой граната»
Апробация работы
Основные результаты работы доложены на конференциях:
1. Дубов В. В., Гордиенко Е. В., Карпюк П. В. Кузнецова Д. Е., Волков П. А., Досовицкий Г. А. Свойства керамических сцинтилляционных материалов нестехиометрических составов 0ёз(0а,Л1)5-А012:Св // Пятый междисциплинарный научный форум с международным участием «Новые материалы и перспективные технологии», Москва, Россия, 2019
2. Дубов В. В., Карпюк П. В., Гордиенко Е. В., Кузнецова Д. Е., Волков П. А., Жданов П. А., Досовицкий Г. А., Коржик М. В. Изменение свойств керамических сцинтилляционных материалов со структурой граната при отклонении состава GdзЛl2Gaз0l2:Ce (ОЛООСв) от стехиометрического // LIV Школа ПИЯФ по физике конденсированного состояния, Санкт-Петербург, Россия, 2020
3. Дубов В. В., Гордиенко Е. В., Карпюк П. В., Кузнецова Д. Е., Волков П. А., Исмагулов А. М., Коржик М. В. Зависимость свойств керамического сцинтилляционного материала со структурой граната от вариации состава // VIII Международная конференция с элементами научной школы для молодёжи «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества», Суздаль, Россия, 2020
4. Дубов В. В., Гордиенко Е. В., Карпюк П. В., Кузнецова Д. Е. Влияние химического состава сцинтилляционной керамики GdxGaзЛl20l2■'Ce на фазовый состав и люминесцентные характеристики // V всероссийский молодёжный научный форум «Наука будущего — наука молодых», Москва, Россия, 2020
5. Дубов В. В., Кучеров О. А., Гордиенко Е. В., Карпюк П. В., Кузнецова Д. Е., Волков П. А., Досовицкий Г. А., Коржик М. В. Зависимость свойств сцинтилляционной керамики со структурой граната GdxЛl2Gaз0l2:Ce от состава и микроструктуры // XXII Межвузовская
молодёжная научная школа-конференция «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине», Москва, Россия. 2021
6. Дубов В. В., Кучеров О. А., Карпюк П. В., Исмагулов А. М., Кузнецова Д. Е., Досовицкий Г. А., Коржик М. В. Получение и исследование свойств сцинтилляционной керамики на основе сложных оксидов со структурой граната // XVII Всероссийская конференция «Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение», Нижний Новгород, Россия. 2022
7. Дубов В. В., Кучеров О. А., Исмагулов А. М., Сайфутяров Р. Р., Кузнецова Д. Е., Досовицкий Г. А., Коржик М. В. Получение сцинтилляционной керамики на основе оксидов со структурой граната и исследование её свойств // Международная конференция с элементами научной школы для молодёжи «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества», Суздаль, Россия. 2022
8. Дубов В. В., Карпюк П. В., Комендо И. Ю., Бондарев А. Г., Лелекова Д. Е., Коржик М. В., Пустоваров В. А. Получение керамики ОУЛОО:Се,ТЪ,УЪ и исследование её люминесцентных свойств // 3-я Международная научно-практическая конференция «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение» (РЕДМЕТ-2024), Москва, Россия. 2024
Кроме того, результаты работы вошли в доклады, в которых диссертант выступил соавтором,
на следующих конференциях:
1. Ермакова Л. В., Карпюк П. В., Дубов В. В., Соколов П. С., Кузнецова Д. Е., Досовицкий Г. А. Получение керамики ОЛОО:Се со сложной геометрией методом стереолитографии // XX Молодёжная научная конференция ИХС РАН «Функциональные Материалы: Синтез, Свойства, Применение», Москва, Россия. 2022
2. Смыслова В. Г., Карпюк П. В., Дубов В. В., Кузнецова Д. Е. Получение высокоплотной сцинтилляционной керамики спеканием в атмосфере кислорода // XIII Конференция молодых учёных по общей и неорганической химии, Москва, Россия. 2023
3. Ермакова Л. В., Дубов В. В., Кузнецова Д. Е., Соколов П. С. Сравнение различных методов синтеза порошков GAGG:Ce для получения керамики методом стереолитографии // XIII Конференция молодых учёных по общей и неорганической химии, Москва, Россия. 2023
4. Ермакова Л. В., Дубов В. В., Кузнецова Д. Е., Соколов П. С. Влияние ионов активаторов в GAGG на параметры 3D-печати керамическими суспензиями методом стереолитографии // Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2023», Москва, Россия. 2023
5. Карпюк П. В., Дубов В. В., Смыслова В. Г., Лелекова Д. Е., Комендо И. Ю., Велигжанин А. А., Храмов Е. В. Использование синхротронного излучения для исследования примесных
атомов в матрицах со структурой граната общего состава (Gd,Y)зЛЬОазйп // Курчатовский форум синхротронных и нейтронных исследований (Курчатов ФСНИ-2023), Москва, Россия. 2023
6. Ермакова Л. В., Кузнецова Д. Е., Дубов В. В., Карпюк П. В., Соколов П. С. Отверждение суспензий на основе граната, активированного ионами Ce3+ и Tb3+, при стереолитографии на основе цифровой обработки света // VIII Международная конференция «Аддитивные технологии: настоящее и будущее» Москва, Россия. 2024
7. Ермакова Л. В., Смыслова В. Г., Дубов В. В., Карпюк П. В., Соколов П. С., Лелекова Д. Е., Комендо И. Ю., Бондарев А. Г., Мечинский В. А., Коржик М. В. Получение прозрачной керамики GYAGG:Ce стереолитографической 3d печатью // // 3-я Международная научно-практическая конференция «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение» (РЕДМЕТ-2024), Москва, Россия. 2024
Часть исследований выполнялась в рамках следующих проектов:
1. Работы по гранту Правительства Российской Федерации ("мегагрант"), договор № 14.W03.31.0004 от 20.02.2017.
2. Аналитические исследования выполнены с использованием научного оборудования ЦКП НИЦ «Курчатовский институт» - ИРЕА при финансовой поддержке проекта Российской Федерацией в лице Минобрнауки России (Соглашение № 075-11-2021-070 от 19.08.2021, Соглашение № 075-15 -2023-370 от 22.02.2023)
3. Работа в рамках государственного задания и тематического плана НИЦ «Курчатовский институт.
4. Соглашение № 075-15-2021-1353 от 12.10.2021 в рамках Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019 - 2027 годы по теме «Развитие синхротронных и нейтронных исследований и инфраструктуры для материалов энергетики нового поколения и безопасного захоронения радиоактивных отходов» (головной исполнитель - МГУ имени М.В. Ломоносова)
Публикации
По материалам диссертационной работы опубликовано 16 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ или индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science, из которых 1 в отечественном издании «Приборы и техника эксперимента» и 15 в иностранных журналах: «Journal of Luminescence», «Heliyon», «Journal of Electronic Materials», «Crystals», «Journal of Applied Physics», «Nanomaterials», «Physica Status Solidi - Rapid Research Letters», «Photonics», «Ceramics», «Journal of Rare Earths», «Optical Materials»
Также тезисы докладов, перечисленных в разделе «Апробация работы», были опубликованы в соответствующих сборниках.
Объём и структура работы
Диссертационная работа включает в себя введение, литературный обзор, разделы «экспериментальная часть», «результаты и обсуждение», «заключение», «выводы и итоги работы», «список сокращений и условных обозначений», «список литературы», «приложение А». Диссертация содержит 189 страниц машинописного текста, 89 рисунков, 27 таблиц и 229 литературных источников.
Соответствие диссертации специальности
Диссертация по своим целям, задачам, содержанию, научной новизне и методам исследования соответствует специальностям 1.4.1. - Неорганическая химия (химические науки), 2.6.7. - Технология неорганических веществ (химические науки) по номенклатуре, принятой приказом МИНОБРНАУКИ России №118 от 24.02.2024.
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Сцинтилляторы и области их применения
Виды и физические основы процессов люминесценции
Люминофорами называют вещества, испускающие кванты света в УФ-, видимом или ИК-диапазоне под действием различного рода возбуждений. Люминесценция - излучение, по длительности превышающее период световых колебаний и являющееся избыточным над тепловым излучением. Обычно люминесценцию классифицируют по типу источника возбуждения [31].
Сцинтилляция — люминесценция, возникающая под действием ионизирующего излучения в прозрачных диэлектрических средах [1,32,33]. Сцинтилляции могут наблюдаться в различных органических и неорганических кристаллических соединениях [34,35,36,37], жидкостях [38,39,40,41], газах [42,43] и полимерах [44]. Неорганические вещества формируют наиболее обширный класс сцинтилляторов, они представляют собой твёрдые тела в виде стекла, стеклокерамики, поликристаллов и монокристаллов. Сцинтилляторы классифицируются по механизмам возникновения люминесценции, которая при возбуждении ионизирующим излучением может быть обусловлена излучательным переходом между остовной зоной и зоной проводимости (кросс-люминесцентные сцинтилляторы), излучательным переходом в матрицеобразующем ионе (самоактивированные) и внутрицентровым излучательным переходом в примесном центре (активированные).
Характеристики сцинтилляторов
Сцинтиллятор характеризуется набором характеристик, по которым можно оценивать его применимость для регистрации различных видов ионизирующего излучения [1,33,45].
Световой выход (световыход) - количество испущенных фотонов при поглощении сцинтиллятором единицы энергии излучения [фот]). Наибольшим световыходом обладают активированные галоидные материалы с узкой запрещённой зоной Eg, например, иодиды. Световыход связан с Eg по следующей зависимости:
СВ = Е,
где PEg - энергия, необходимая для образования одной электрон-дырочной пары, Еу -поглощённая энергия, S - эффективность переноса энергии электронных возбуждений к центру люминесценции, Q - квантовый выход центра люминесценции. Световыход зависит от типа возбуждающего ионизирующего излучения. Наименьший выход сцинтилляций наблюдается при
возбуждении тяжёлыми заряженными частицами, обеспечивающими в материале высокую плотность ионизации. Уменьшение выхода по сравнению с у-квантами описывается у/а коэффициентом.
Как правило, световыход нормируется к единице энергии регистрируемого ионизирующего излучения и выражается в [фот./кэВ], [фот./МэВ] или [фот./ГэВ].
Кинетика сцинтилляций Ц^ определяется как закон затухания люминесценции, причём величина I = | IЦ прямо пропорциональна световыходу. Закон затухания (зависимость
интенсивности люминесценции от времени) в ряде случаев может быть описан суммой экспонент. Количество компонент в кинетике соотносится с различными механизмами заселения излучательного состояния люминесцентного центра:
п
I=2>-,
¡=1
где I - интенсивность свечения, A - амплитуда /-ой компоненты, описываемой экспоненциальной функцией, Т/ - время высвечивания. Для оценки кинетических параметров сцинтилляции для практических применений используется эффективное время затухания, которое оценивается как ТвЛ= ££ ^/г, где // — доля компоненты т/.
Спектральное распределение сцинтилляций есть спектр люминесценции излучающих центров среды, для которых световыход больше нуля. Каждая полоса характеризуется максимумом и полушириной при заданной температуре. Спектр свечения необходимо учитывать при выборе фотодетектора для сцинтиллятора, т.к. диапазон люминесценции материала должен хорошо согласовываться со спектральной чувствительностью ФЭУ или полупроводникового детектора.
Фосфоресценция. Помимо сцинтилляций, ионизирующее излучение возбуждает и другие виды люминесценции. При этом время, в течение которого способна высвечиваться возбуждённая таким образом люминесценция, может являться характерным параметром для отделения сцинтилляций от других видов люминесценции при одинаковом виде возбуждения. В кристаллических соединениях процесс высвечивания люминесценции, возбуждённой ионизирующим излучением, носит сложный характер [45]. В таких средах с не сплошным электронным энергетическим спектром, обладающим энергетическим зазором Еg>>kТ, отделяющим валентную зону от более высоколежащих незаселённых зон, возникает захват неравновесных носителей дефектами, образующими метастабильные центры окраски, чьи излучательные уровни локализуются в запрещённой зоне.
Центры окраски служат сенсибилизаторами/тушителями люминесценции либо донорами электронов для излучательных центров среды, обусловливающие их вторичное возбуждение.
При этом спектральный диапазон люминесценции не меняется. Вторичное возбуждение, которое осуществляется не только по причине кулоновского взаимодействия, но и за счёт термоактивации дефектов либо туннелирования захваченных дефектами носителей, формирует вторичный ансамбль возбуждённых люминесцентных центров, который лишь пространственно тождественен ансамблю первично возбуждённых центров.
Вторичное возбуждение обуславливает фосфоресценцию, то есть совокупность квантов, которая высвечивается в результате распада ансамбля вторично возбуждённых частиц. При этом на начальной стадии высвечивания люминесценции преобладают сцинтилляции, а на дальней -фосфоресценция. Мерой вклада фосфоресценции служит послесвечение - амплитуда импульса люминесценции, измеренная спустя определённое время, например, в 10-100 раз превосходящее время сцинтилляции.
Плотность материала определяет тормозную способность вещества к ионизирующему излучению. Чем больше атомные номера элементов, входящих в состав соединения, тем выше его эффективный заряд Zeff и тем меньше толщина материала, необходимая для поглощения рентгеновского излучения и у-квантов.
Для регистрации нейтральных частиц, например, нейтронов, на первый план выходит концентрация в соединении ядер элементов, имеющих высокое значение сечения захвата нейтронов. Число таких ядер ограничено, к ним относятся, например, ядра изотопов Ы, В, Оё.
Радиационная стойкость - способность сцинтилляционного материала сохранять свои характеристики под воздействием ионизирующих излучений. В ходе накопления поглощенных доз облучения возможно образование долгоживущих центров окраски с полосами поглощения, перекрывающими спектр сцинтилляций, центров захвата электронов, наведённой радиоактивности, а также изменение валентности активаторов - трёх- и двухвалентные ионы (Се3+, Еи2+ и т. д.) могут становиться четырёхвалентными и трёхвалентными соответственно, что приводит к снижению световыхода.
Области применения сцинтилляторов
Одной из областей, где востребовано применение неорганических сцинтилляторов с высоким атомным номером и короткой кинетикой затухания (около 50 нс и менее), являются исследования в области физики высоких энергий. Используемые для определения энергий частиц и их пространственного распределения электромагнитные калориметры, должны обеспечивать разделение частиц по энергиям, хорошее пространственное разрешение и быстродействие. В настоящее время в данной области широко применяются кристаллы вольфрамата свинца PbWO4, которые имеют низкий световыход порядка 100 фот./МэВ, что ограничивает разрешение детекторов на их основе в области низких энергий менее 20 МэВ. Альтернативой в низкоэнергетической области могут служить кристаллы ЬБО и ЬУБО, но они являются
дорогостоящими в производстве [46-48]. Для области энергий более 1 ГэВ у PbWO4 нет конкурентов.
Высокие требования по функциональным характеристикам предъявляются к сцинтилляторам, применяемым для медицинской визуализации. Детекторы в позитронно-эмиссионных томографах (ПЭТ), предназначенных для радиоизотопной диагностики, должны обеспечивать высокую эффективность регистрации аннигиляционных у-квантов с энергией 511 кэВ и высокое пространственное разрешение, для чего требуется тяжёлый сцинтилляционный материал с большим световыходом (десятки тысяч фот./МэВ) и оптической прозрачностью. Метод основан на восстановлении пространственного распределения короткоживущего изотопа одного из элементов 11С, 13К, 15О, 18Р, вводимого в диагностируемый организм, за счёт регистрации двух у-квантов, образующихся при аннигиляции позитронов. ПЭТ устанавливает положение радиоактивного изотопа-метки и генерирует изображение, соответствующее распределению метки и её временной эволюции. Таким образом, сцинтиллятор также должен обладать высокой тормозной способностью для эффективного поглощения у-излучения при толщине не более 2-3 см. Наиболее используемыми в серийно выпускаемых ПЭТ являются кристаллы BGO, имеющие весомые недостатки в виде низкого световыхода и большего, чем у других сопоставимых материалов, времени затухания. Замена BGO на сцинтиллятор с увеличенным световыходом позволит значительно улучшить пространственное разрешение. Несомненным преимуществом также будет быстрая кинетика высвечивания, что поможет ускорить проведение анализа и снизить дозу вводимого в организм радиоактивного изотопа, а также применять данный сцинтиллятор в ПЭТ, дополнительно использующих регистрацию разности времени прибытия у-квантов к противоположным детекторам. Важной областью применения является рентгеновская компьютерная томография (КТ), где используются рентгеновские кванты меньшей энергии, для этой задачи снижены требования по тормозной способности: обычно для эффективного детектирования рентгеновских лучей достаточно толщины материала порядка нескольких мм [25,49-50].
Перспективной областью применения неорганических сцинтилляторов является детектирование нейтронов, это находит применение в атомной энергетике, неразрушающем контроле, визуализации живых организмов, каротаже нефтяных скважин. Для данной задачи сцинтиллятор должен содержать в себе элементы, ядра которых способны захватывать нейтроны с испусканием вторичного излучения - а-частиц или у-квантов. Например, к таковым относится изотоп 6Ы с сечением захвата тепловых нейтронов с энергией менее 0,02 эВ, равным 945 бн (применяется в кристаллах Ы1:Еи, ЫСаАШб:Се и стёклах), 10В с сечением захвата 3837 бн (входит в состав стёкол на основе боратов) а также природная смесь изотопов Оё (155Оё и 157Оё) со средним сечением захвата 49 000 бн (применяются в кристаллах Оёз(А1,Оа)5:Се,
0ё2028:Рг,ТЬ) [51-53]. Для регистрации быстрых нейтронов также используют водородсодержащие (органические) сцинтилляторы [54], а для тепловых - газовые счётчики на основе 3Не [55].
Сцинтилляторы, применяемые в досмотровой технике и в системах неразрушающего контроля для обнаружения делящихся материалов, должны обеспечивать детектирование у-квантов и нейтронов. Этим требованиям отвечают составы, содержащие в себе элементы с высоким сечением захвата нейтронов (Оё, 6Ы) - 0ёз(Л1,0а)5012:Се, ЬП:Т1, Св2ЫЬа(Бг,С1)б:Се [1,56]. Второй распространённой задачей является просвечивающая радиография для получения изображений, контрастных по атомному номеру (плотности) вещества. Для этого используют источники у- или рентгеновских квантов [57,58], а требования к применяемым в детекторах сцинтилляторах схожи с используемыми в КТ-сканерах.
1.2 Состояние разработки неорганических сцинтилляторов
Самыми известными и широко применяемыми на сегодняшний день являются неорганические сцинтилляторы на основе монокристаллов. В данный класс материалов входят соединения с очень разными функциональными свойствами, чем и обусловлено его обширное распространение [59]. Монокристаллические сцинтилляторы активно исследуются со второй половины 40-х годов XX века [60] (Рисунок 1).
Рисунок 1 — Хронология открытия и разработки неорганических сцинтилляционных
материалов [1]
Вольфраматы CaWO4 [61,62] и CdWO4 [63-65] в виде монокристаллов световыходом 10 000-15 000 фот./МэВ и значительной плотностью (6,1 г/см3 у CaWO4 и 7,9 г/см3 у CdWO4), что делает их подходящими для регистрации рентгеновского излучения и у-квантов. Преимуществами CdWO4 являются слабая температурная значимость световыхода в диапазоне от -50 до +50 °С и низкий собственный радиационный фон. Однако медленная кинетика сцинтилляций (от единиц до двух десятков мкс) ограничивает использование данных материалов областями, где не требуется высокая скорость счёта. Кристаллы PbWO4 обладают очень низким световым выходом при комнатной температуре (около 200 фот./МэВ), но весьма быстрой кинетикой (основные компоненты затухания менее 10 нс) и наибольшей плотностью среди оксидных сцинтилляторов (8,28 г/см3) [59]. За счёт этого данный материал нашёл применение в физике высоких энергий, где величина световыхода не является критически важной [66-68]. Для улучшения пропускающей способности и минимизации влияния длинных компонент высвечивания данный состав легируют лантаном и другими примесями [69,70].
Одним из самых распространённых сцинтилляторов является ортогерманат висмута Bi40eз0l2 (BGO), совмещающий в себе световыход порядка 8 000 фот./МэВ, время высвечивания около 300 нс, высокую плотность 7,13 г/см3 и отсутствие гигроскопичности, что обеспечивает универсальную применимость данного материала. Однако на сегодняшний день BG0 уступает по функциональным свойствам многим другим сцинтилляторам [71,72].
Щелочно-галоидные сцинтилляторы Ка1:Т1 и Св1:Т1 обладают высоким световыходом (35 000-55 000 фот./МэВ), относительно быстрой кинетикой (сотни нс), но гигроскопичны и имеют низкую плотность. Их недостатком также является послесвечение - до 5% от световыхода через 3-6 мс [73]. Сцинтиллятор ЬаВгз:Се демонстрирует наилучшее сочетание световыхода и времени высвечивания (75 000 фот./МэВ и 30 нс соответственно), однако высвечивает в коротковолновой области (максимум спектра на 345 нм), является гигроскопичным и дорогостоящим [74]. Ещё больший световыход показывает 8гЬ:Еи (более 100 000 фот./МэВ), но он обладает медленной кинетикой (1200 нс) [75]. Для применений, где требуется высокая скорость счёта, хорошо подходит ВаБ2 (время высвечивания 600 пс), но выход его кросс-люминесцентной сцинтилляции составляет менее 1 000 фот./МэВ. Более того, фторид бария имеет медленную компоненту с константой затухания около 600 нс [76].
Весьма распространены в качестве сцинтилляторов силикаты LщSi05:Ce (LS0:Ce) и (Ьи,У)28Ю5:Се (LYS0:Ce), высокая плотность, малое время затухания и высокий световыход которых обуславливают их широкое применение для ПЭТ-сканеров [77,78]. Одним из существенных их недостатков является значительная стоимость производства и энергозатраты (кристаллы вытягивают на затравку при температуре около 2 000 °С). Также силикаты, как и галогениды, могут быть получены только в форме монокристаллов [79,80].
Альтернативным подходом является изготовление поликристаллических сцинтилляторов в виде оптически прозрачной керамики, что возможно для соединений с кубической структурой, обеспечивающей изотропность оптических свойств кристаллитов (зёрен). С середины 80-х годов XX века известно о получении керамик из оксидов иттрия и РЗЭ, однако высокие температуры плавления (свыше 2 000 °С) ограничивают возможности работы с данными материалами [1]. Более распространены керамики двухкомпонентных оксидов, в частности, твёрдые растворы на основе иттрия и РЗЭ, гранаты, оксисульфиды, гафнаты (0ёз0а5012, 0ё2028, БаНБ0з и другие) [81]. В настоящее время керамическая технология рассматривается в качестве перспективной для изготовления керамических материалов на основе порошков многокомпонентных гранатов, например, (0ё,У)з(Л1,0а)5012, получение которых в форме крупных монокристаллов затруднено из-за неравномерного распределения компонентов расплава. Однако спекание в вакууме или в восстановительной атмосфере может приводить к испарению галлий-содержащих компонентов и нарушению стехиометрии, в связи с чем получение таких керамик осуществляют в кислородной среде с последующим горячим изостатическим прессованием и отжигом в окислительной атмосфере [82].
Для задач, не требующих значительной толщины слоя детекторного материала и оптического пропускания, например, детектирования а-частиц [83] и нейтронов [84], пригодны сцинтилляторы в виде порошковых покрытий, закреплённых на подложках. Их достоинствами является простота изготовления детекторных элементов, возможность комбинировать друг с другом составы, чувствительные к излучениям различной природы, например, УЛР:Се и ЫБ, и регулировать размеры частиц.
Определённое распространение получили сцинтилляторы в форме стёкол благодаря лёгкости получения и возможности широко варьировать состав для различных применений: известны борогерманатные [85], бромидсодержащие фосфатные [86], боросиликатные [87], литийсиликатные [88], оксигалогенидные [89] стёкла и ряд других. В большинстве составов используются ионы-активаторы Се3+ или ТЬ3+. В литературе чаще всего сообщается о изготовлении стёкол в форме пластин, однако имеется ряд сообщений о получении стекловолокон, предназначенных для исследований пространственного распределения различных излучений, в том числе нейтронного [90-92]. Недостатки данных сцинтилляторов — низкий световой выход (от нескольких сотен до нескольких тысяч фот./ МэВ) и низкая плотность большинства составов (менее 5 г/см3).
1.3 Сцинтилляционные материалы структурного типа граната
Одним из новых классов сцинтилляционных материалов, изучение которых началось в последние десятилетия, являются Се-активированные сложные оксиды со структурой граната. Известные со второй половины XX века YзAl50l2:Ce и LuзAl50l2:Ce не превосходят по совокупности выхода сцинтилляций и кинетики широко применяемые сейчас галогениды, однако гранаты более сложных составов могут обладать заметно лучшими свойствами (Таблица 1).
Таблица 1 — Характеристики сцинтилляторов со структурой граната
Состав Плотность, г/см3 Световыход, фот./МэВ Время высвечивания, нс Литературные источники
Y3Al5Oi2:Ce (YAG:Ce) 4,55 25 000 70 [3-6]
Lu3Al5Oi2:Ce (LuAG:Ce) 6,70 i6 000 i00 [93]
Gd3(Al,Ga)5Oi2:Ce 6,67 46 000 80 [i5,i6]
(Gd,Lu)3(Al,Ga)5Oi2:Ce > 7,00 40 000 53 [i5]
(Gd,Y)3(Al,Ga)5Oi2:Ce > 5,80 60 000 i00 [22,23,26]
Похожие диссертационные работы по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Радиационно-оптические и сцинтилляционные свойства материалов для комбинированных радиационных детекторов2003 год, кандидат физико-математических наук Райков, Дмитрий Вячеславович
Оптические свойства и дефектообразование в кристаллах Gd3AlxGa5-xO12 и Gd3Al2Ga3O12:Ce2022 год, кандидат наук Касимова Валентина Маратовна
Время-разрешённая спектроскопия фосфатов, легированных редкоземельными ионами2023 год, кандидат наук Трофимова Елена Сергеевна
Излучательные процессы при возбуждении импульсной катодолюминесценции конденсированных сред2022 год, кандидат наук Пестовский Николай Валерьевич
Особенности рентгенолюминесценции композитов из неорганических и органических сцинтилляторов2011 год, кандидат физико-математических наук Шахрай, Оксана Анатольевна
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дубов Валерий Валерьевич, 2024 год
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Lecoq P. Inorganic scintillators for detector systems: physical principles and crystal engineering. New York, NY: Springer Berlin Heidelberg, 2016.
2. Pawley J.B. Performance of SEM scintillation materials. United States: Illinois Institute of Technology, SEM Symposia Office, 1974.
3. Autrata R., Schauer P., Kuapil J., Kuapil J. A single crystal of YAG-new fast scintillator in SEM // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1978. Vol. 11, № 7. P. 707.
4. Moszynski M., Ludziejewski T., Wolski D., Klamra W., Norlin L.O. Properties of the YAG:Ce scintillator // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1994. Vol. 345, № 3. P. 461-467.
5. Zych E., Brecher C., Wojtowicz A.J., Lingertat H. Luminescence properties of Ce-activated YAG optical ceramic scintillator materials // Journal of Luminescence. 1997. Vol. 75, № 3. P. 193-203.
6. Ludziejewski T., Moszynski M., Kapusta M., Wolski D., Klamra W., Moszynska K. Investigation of some scintillation properties of YAG:Ce crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1997. Vol. 398, № 2. P. 287-294.
7. Yanagida T., Takahashi H., Ito T., Kasama D., Enoto T., Sato M., Hirakuri S., Kokubun M., Makishima K., Yanagitani T., Yagi H., Shigeta T., Ito T. Evaluation of properties of YAG (Ce) ceramic scintillators // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2005. Vol. 52, № 5. P. 1836-1841.
8. Yanagida T., Yoshikawa A., Ikesue A., Kamada K., Yokota Y. Basic Properties of Ceramic Pr:LuAG Scintillators // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2009. Vol. 56, № 5. P. 29552959.
9. Kamada K., Tsutsumi K., Usuki Y., Ogino H., Yanagida T., Yoshikawa A. Crystal Growth and Scintillation Properties of 2-Inch-Diameter Pr:Lu3AbO12 (Pr:LuAG) Single Crystal // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2008. Vol. 55, № 3. P. 1488-1491.
10. Sakai E. Recent Measurements on Scintillator-Photodetector Systems // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1987. Vol. 34, № 1. P. 418-422.
11. Higgins W.M., Glodo J., Van Loef E., Klugerman M., Gupta T., Cirignano L., Wong P., Shah K.S. Bridgman growth of LaBr3:Ce and LaCb:Ce crystals for high-resolution gamma-ray spectrometers // Journal of Crystal Growth. 2006. Vol. 287, № 2. P. 239-242.
12. Shoji Y., Kurosawa S., Yokota Y., Hayasaka S., Kamada K., Yoshino M., Yamaji A., Chani V., Ohashi Y., Sakuragi S., Yoshikawa A. Growth and Scintillation Properties of Two-Inch-
Diameter Srl2(Eu) Single Crystals // Crystal Growth & Design. 2018. Vol. 18, № 7. P. 37473752.
13. Ren G., Qin L., Lu S., Li H. Scintillation characteristics of lutetium oxyorthosilicate (Lu2SiO5:Ce) crystals doped with cerium ions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2004. Vol. 531, № 3. P. 560-565.
14. Retivov V., Dubov V., Komendo I., Karpyuk P., Kuznetsova D., Sokolov P., Talochka Y., Korzhik M. Compositionally Disordered Crystalline Compounds for Next Generation of Radiation Detectors // Nanomaterials. 2022. Vol. 12, № 23. P. 4295.
15. Kamada K., Endo T., Tsutumi K., Yanagida T., Fujimoto Y., Fukabori A., Yoshikawa A., Pejchal J., Nikl M. Composition Engineering in Cerium-Doped (Lu,Gd)3(Ga,Al)5O12 Single-Crystal Scintillators // Crystal Growth & Design. 2011. Vol. 11, № 10. P. 4484-4490.
16. Kamada K., Yanagida T., Endo T., Tsutumi K., Usuki Y., Nikl M., Fujimoto Y., Fukabori A., Yoshikawa A. 2inch diameter single crystal growth and scintillation properties of Ce:Gd3Al2Ga3O12 // Journal of Crystal Growth. 2012. Vol. 352, № 1. P. 88-90.
17. Kanai T., Satoh M., Miura I. Hot-Pressing Method to Consolidate Gd3(Al,Ga)5O12:Ce Garnet Scintillator Powder for use in an X-ray CT Detector // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2013. Vol. 10. P. E1-E10.
18. Chen X., Qin H., Wang X., Yang C., Jiang J., Jiang H. Sintering and characterisation of Gd3AbGa2O12/Y3Al5O12 layered composite scintillation ceramic // Journal of the European Ceramic Society. 2016. Vol. 36, № 10. P. 2587-2591.
19. Gerasymov I., Nepokupnaya T., Boyarintsev A., Sidletskiy O., Kurtsev D., Voloshyna O., Trubaieva O., Boyarintseva Y., Sibilieva T., Shaposhnyk A., Opolonin O., Tretyak S. GAGG:Ce composite scintillator for X-ray imaging // Optical Materials. 2020. Vol. 109. P. 110305.
20. Kanai T., Satoh M., Miura I. Characteristics of a Nonstoichiometric Gd3+s(Al,Ga)5-sO12:Ce Garnet Scintillator // J American Ceramic Society. 2008. Vol. 91, № 2. P. 456-462.
21. Seeley Z.M., Cherepy N.J., Payne S.A. Expanded phase stability of Gd-based garnet transparent ceramic scintillators // J. Mater. Res. 2014. Vol. 29, № 19. P. 2332-2337.
22. Chewpraditkul W., Pânek D., Bruza P., Chewpraditkul W., Wanarak C., Pattanaboonmee N., Babin V., Bartosiewicz K., Kamada K., Yoshikawa A., Nikl M. Luminescence properties and scintillation response in Ce3+-doped Y2Gd1Al5-xGaxO12 (x = 2, 3, 4) single crystals // Journal of Applied Physics. 2014. Vol. 116, № 8. P. 083505.
23. Chewpraditkul W., Bruza P., Pânek D., Pattanaboonmee N., Wantong K., Chewpraditkul W., Babin V., Bartosiewicz K., Kamada K., Yoshikawa A., Nikl M. Optical and scintillation
properties of Ce3+-doped YGd2Al5-xGaxO12 (x =2,3,4) single crystal scintillators // Journal of Luminescence. 2016. Vol. 169. P. 43-50.
24. Seeley Z.M., Cherepy N.J., Payne S.A. Homogeneity of Gd-based garnet transparent ceramic scintillators for gamma spectroscopy // Journal of Crystal Growth. 2013. Vol. 379. P. 79-83.
25. Ronda C.R. Scintillators for Medical Imaging: preprint. SSRN, 2023.
26. Kamada K., Yanagida T., Pejchal J., Nikl M., Endo T., Tsutumi K., Fujimoto Y., Fukabori A., Yoshikawa A. Scintillator-oriented combinatorial search in Ce-doped (Y,Gd)3(Ga,Al)5O12 multicomponent garnet compounds // J. Phys. D: Appl. Phys. IOP Publishing, 2011. Vol. 44, № 50. P. 505104.
27. Korzhik M., Alenkov V., Buzanov O., Dosovitskiy G., Fedorov A., Kozlov D., Mechinsky V., Nargelas S., Tamulaitis G., Vaitkevicius A. Engineering of a new single-crystal multi-ionic fast and high-light-yield scintillation material (Gd0.5-Y0.5)3AhGa3O12:Ce,Mg // CrystEngComm. The Royal Society of Chemistry, 2020. Vol. 22, № 14. P. 2502-2506.
28. Патент РФ 2 646 407 C1. Монокристалл со структурой граната для сцинтилляционных датчиков и способ его получения / Аленков В.В., Бузанов О.А., Досовицкий А.Е., Досовицкий Г.А., Коржик М.В., Фёдоров А.А. Заявл. 02.06.2017. Опубл. 05.03.2018.
29. Патент РФ 2 723 395 C1. Сцинтилляционный материал и способ его получения / Аленков В В., Бузанов О.А., Васильев В.Б., Коржик М.В. Заявл. 04.02.2020. Опубл. 11.06.2020.
30. Delgado T., Rytz D., Cai G., Allix M., Veron E., Di Carlo I., Viana B. Highly transparent Ce3+,Cr3+ co-doped GYAGG single crystals with enhanced persistent luminescence // Ceramics International. 2023. P. S0272884223005527.
31. Казанкин О. Н., Марковский Л. Я., Миронов И. А., Пекерман Ф. М., Петошина Л. Н. Неорганические люминофоры. Ленинград: Химия, 1975. 192 с.
32. Коржик М.В. Физика сцинтилляторов на основе кислородных монокристаллов. Минск: БГУ, 2003. 262 с.
33. Weber M.J. Scintillation: mechanisms and new crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2004. Vol. 527, № 1. P. 9-14.
34. Moon R.J. Inorganic Crystals for the Detection of High Energy Particles and Quanta // Phys. Rev. 1948. Vol. 73, № 10. P. 1210-1210.
35. Kallmann H. Quantitative Measurements with Scintillation Counters // Phys. Rev. 1949. Vol. 75, № 4. P. 623-626.
36. Collins G. B., Hoyt R. C. Detection of beta-rays by scintillations // Phys. Rev. 1948. V. 73. P. 1259-1260.
37. Bell P R. The Use of Anthracene as a Scintillation Counter // Phys. Rev. 1948. Vol. 73, № 11. P. 1405-1406.
38. Kallmann H. Scintillation Counting with Solutions // Phys. Rev. 1950. Vol. 78, № 5. P. 621622.
39. Kallmann H., Furst M. Fluorescence of Solutions Bombarded with High Energy Radiation (Energy Transport in Liquids) // Phys. Rev. 1950. Vol. 79, № 5. P. 857-870.
40. Kallmann H., Furst M. Fluorescence of Solutions Bombarded with High Energy Radiation (Energy Transport in Liquids) Part II // Phys. Rev. 1951. Vol. 81, № 5. P. 853-864.
41. Furst M., Kallman H. High Energy Induced Fluorescence in Organic Liquid Solutions (Energy Transport in Liquids). III // Phys. Rev. 1952. Vol. 85, № 5. P. 816-825.
42. Reynolds G.T. Scintillation in gases // Nucleonics. 1950, V. 6, №5. P.488-489.
43. Swank R.K. Scintillation in liquid xenon // Nucleonics. 1954, V. 12, №3. P.14.
44. Schorr M.G., Torney F.L. Solid Non-Crystalline Scintillation Phosphors // Phys. Rev. 1950. Vol. 80, № 3. P. 474-474.
45. Korzhik M., Tamulaitis G., Vasil'ev A.N. Physics of fast processes in scintillators. Cham: Springer, 2020. 250 p.
46. Ludziejewski T., Moszynska K., Moszynski M., Wolski D., Klamra W., Norlin L.O., Devitsin E., Kozlov V. Advantages and limitations of LSO scintillator in nuclear physics experiments // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1995. Vol. 42, № 4. P. 328-336.
47. Chen J., Zhang L., Zhu R. Large size LSO and LYSO crystal scintillators for future high-energy physics and nuclear physics experiments // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2007. Vol. 572, № 1. P. 218-224.
48. Mao R., Zhang L., Zhu R.-Y. Optical and scintillation properties of inorganic scintillators in high energy physics // 2007 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record. 2007. Vol. 3. P. 2285-2291.
49. Melcher C.L. Scintillation Crystals for PET // Journal of Nuclear Medicine. Society of Nuclear Medicine, 2000. Vol. 41, № 6. P. 1051-1055.
50. Moisan C., Andreaco M.S., Rogers J.G., Paquet S., Vozza D. Segmented LSO crystals for depth-of-interaction encoding in PET // 1997 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record. 1997. Vol. 2. P. 1112-1116.
51. Wang Z., Guo H., Qian S., Zhu Y., Hu P., Wu Q., Chen P., Ma L., Peng S., Zhang L., Ning Z., Zhang Z. Performance study of GAGG:Ce scintillator for gamma and neutron detection // J. Inst. 2020. Vol. 15, № 06. P. C06031-C06031.
52. Cieslak M.J., Gamage K.A.A., Glover R. Critical Review of Scintillating Crystals for Neutron Detection: 9 // Crystals. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2019. Vol. 9, № 9. P. 480.
53. Pan H., Liu Q., Chen X., Liu X., Chen H., Xie T., Wang W., Shi Y., Jiang X., Zhou J., Sun Z., Nikl M., Li J. Fabrication and properties of Gd2Ö2S:Tb scintillation ceramics for the highresolution neutron imaging // Optical Materials. 2020. Vol. 105. P. 109909.
54. Budakovsky S.V., Galunov N.Z., Karavaeva N.L., Kim J.K., Kim Y.K., Tarasenko O.A., Martynenko E.V. New Effective Organic Scintillators for Fast Neutron and Short-Range Radiation Detection // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2007. Vol. 54, № 6. P. 27342740.
55. Knoll G.F., Henderson T.M., Felmlee W.J. A Novel 3He Scintillation Detector // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1987. Vol. 34, № 1. P. 470-474.
56. Glodo J., Wang Y., Shawgo R., Brecher C., Hawrami R.H., Tower J., Shah K.S. New Developments in Scintillators for Security Applications // Physics Procedia. 2017. Vol. 90. P. 285-290.
57. Hampel U., Bieberle A., Hoppe D., Kronenberg J., Schleicher E., Sühnel T., Zimmermann F., Zippe C. High resolution gamma ray tomography scanner for flow measurement and nondestructive testing applications // Review of Scientific Instruments. 2007. Vol. 78, № 10. P. 103704.
58. Nagarkar V.V., Gordon J.S., Vasile S., Gothoskar P., Hopkins F. High resolution X-ray sensor for non-destructive evaluation // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1996. Vol. 43, № 3. P. 1559-1563.
59. Глобус М. Е., Гринев Б. В. Неорганические сцинтилляторы. Новые и традиционные материалы // Харьков: Акта. 2001. Т. 3.
60. Derenzo S.E., Weber M.J., Bourret-Courchesne E., Klintenberg M.K. The quest for the ideal inorganic scintillator: LBNL-50779 // Nuclear Instruments and Methods. 2002. Vol. 505.
61. Zdesenko Yu.G., Avignone III F.T., Brudanin V.B., Danevich F.A., Nagorny S.S., Solsky I.M., Tretyak V.I. Scintillation properties and radioactive contamination of CaWO4 crystal scintillators // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2005. Vol. 538, № 1. P. 657-667.
62. Ninkovic J., Angloher G., Bucci C., Cozzini C., Frank T., Hauff D., Kraus H., Majorovits B., Mikhailik V., Petricca F., Pröbst F., Ramachers Y., Rau W., Seidel W., Uchaikin S. CaWO4 crystals as scintillators for cryogenic dark matter search // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2005. Vol. 537, № 1. P. 339-343.
63. Bardelli L., Bini M., Bizzeti P.G., Carraresi L., Danevich F.A., Fazzini T.F., Grinyov B.V., Ivannikova N.V., Kobychev V.V., Kropivyansky B.N. et al. Further study of CdWO4 crystal
scintillators as detectors for high sensitivity 2p experiments: Scintillation properties and pulse-shape discrimination // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2006. Vol. 569, № 3. P. 743753.
64. Eisen Y., Evans L.G., Starr R., Trombka J.I. CdWO4 scintillator as a compact gamma ray spectrometer for planetary lander missions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2002. Vol. 490, № 3. P. 505-517.
65. Phunpueok A., Thongpool V., Jaiyen S. Scintillation response of CdWO4 scintillator for gamma-ray detection // J. Phys.: Conf. Ser. IOP Publishing, 2019. Vol. 1380, № 1. P. 012128.
66. Burachas S., Martynov V., Ryzhikov V., Tamulaitis G., Gutbrod H.H., Manko V.I. Peculiarities of growing PbWO4 scintillator crystals for application in high-energy physics // Journal of Crystal Growth. 1998. Vol. 186, № 1. P. 175-180.
67. Danevich F.A., Georgadze A.Sh., Kobychev V.V., Kropivyansky B.N., Nagorny S.S., Nikolaiko A.S., Poda D.V., Tretyak V.I., Vyshnevskyi I.M., Yurchenko S.S. et al. Application of PbWO4 crystal scintillators in experiment to search for 2p decay of 116Cd // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2006. Vol. 556, № 1. P. 259-265.
68. Lecoq P., Dafinei I., Auffray E., Schneegans M., Korzhik M.V., Missevitch O.V., Pavlenko V.B., Fedorov A.A., Annenkov A.N., Kostylev V.L., Ligun V.D. Lead tungstate (PbWO4) scintillators for LHC EM calorimetry // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1995. Vol. 365, № 2. P. 291298.
69. Kobayashi M., Usuki Y., Ishii M., Senguttuvan N., Tanji K., Chiba M., Hara K., Takano H., Nikl M., Bohacek P., Baccaro S., Cecilia A., Diemoz M. Significant improvement of PbWO4 scintillating crystals by doping with trivalent ions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1999. Vol. 434, № 2. P. 412-423.
70. Nikl M., Bohacek P., Mihokova E., Solovieva N., Martini M., Vedda A., Fabeni P., Pazzi G.P., Kobayashi M., Ishii M., Usuki Y., Zimmerman D. Modification of PbWO4 scintillator characteristics by doping // Journal of Crystal Growth. 2001. Vol. 229, № 1. P. 312-315.
71. Shim J.B., Lee J.H., Yoshikawa A., Nikl M., Yoon D.H., Fukuda T. Growth of Bi4Ge3O12 single crystal by the micro-pulling-down method from bismuth rich composition // Journal of Crystal Growth. 2002. Vol. 243, № 1. P. 157-163.
72. Mori K., Nishimura H., Nakayama M. Scintillation Mechanism of Bi4Ge3Oi2 // Nonlinear Optics (Mclc) Section B. Taylor & Francis, 2002. Vol. 29, № 10-12. P. 609-613.
73. Hawrami R., Ariesanti E., Farsoni A., Szydel D., Sabet H. Growth and Evaluation of Improved CsI:Tl and NaI:Tl Scintillators // Crystals. 2022. Vol. 12, № 11. P. 1517.
74. Dorenbos P. Scintillation mechanisms in Ce3+ doped halide scintillators // Physica Status Solidi (a). 2005. Vol. 202, № 2. P. 195-200.
75. Giaz A., Hull G., Fossati V., Cherepy N., Camera F., Blasi N., Brambilla S., Coelli S., Million B., Riboldi S. Preliminary investigation of scintillator materials properties: Srk:Eu, CeBr3 and GYGAG:Ce for gamma rays up to 9 MeV // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2015. Vol. 804. P. 212-220.
76. Laval M., Moszynski M., Allemand R., Cormoreche E., Guinet P., Odru R., Vacher J. Barium fluoride — Inorganic scintillator for subnanosecond timing // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1983. Vol. 206, № 1-2. P. 169-176.
77. Karp J., Adam L.-E., Freifelder R., Muchilebner G., Liu F., Surti S. High resolution GSO-based brain PET camera // In: Seibert JA, ed. 1999 IEEE.
78. Melcher C.L., Schweitzer J.S. Cerium-doped lutetium oxyorthosilicate: a fast, efficient new scintillator // IEEE Trans NuclSci. NS39. 1992. P. 502 - 505.
79. Yaffe M.J. and Rowlands J.A. X-ray detectors for digital radiography // Phys. Med. Biol. Vol. 42. 1997. P. 1-39
80. van Eijk C.W.E. Inorganic scintillators in medical imaging // Phys. Med. Biol. Vol. 47. 2002. P. 85-106.
81. Greskovich C., Duclos S. CERAMIC SCINTILLATORS // Annu. Rev. Mater. Sci. 1997. Vol. 27, № 1. P. 69-88.
82. Zhu D., Nikl M., Chewpraditkul W., Li J. Development and prospects of garnet ceramic scintillators: A review // J Adv Ceram. 2022. Vol. 11, № 12. P. 1825-1848.
83. Yasuda K., Usuda S., Gunji H. Properties of a YAP powder scintillator as alpha-ray detector // Applied Radiation and Isotopes. 2000. Vol. 52, № 3. P. 365-368.
84. Fiserova L., Janda J. Scintillation Powders for the Detection of Neutrons // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2018. Vol. 65, № 8. P. 2140-2146.
85. Struebing C., Lee G., Wagner B., Kang Z. Synthesis and luminescence properties of Tb doped LaBGeO5 and GdBGeO5 glass scintillators // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 686. P. 9-14.
86. Nakabayashi Y., Fujimoto Y., Koshimizu M., Asai K. Photoluminescence and scintillation properties of Al(PO3)3-CsPO3-CsBr-CeBr3 glass scintillators // J Mater Sci: Mater Electron. 2022. Vol. 33, № 25. P. 19846-19853.
87. Sun X.-Y., Xiao Z.-H., Wu Y.-T., Kang Z. Fast Ce3+-activated borosilicate glass scintillators prepared in air atmosphere // Ceramics International. 2017. Vol. 43, № 3. P. 3401-3404.
88. Yanagida T., Ueda J., Masai H., Fujimoto Y., Tanabe S. Optical and scintillation properties of Ce-doped 34Li2O-5MgO-10AhO3-51SiO2 glass // Journal of Non-Crystalline Solids. 2016. Vol. 431. P. 140-144.
89. Struebing C., Beckert M.B., Nadler J.H., Kahn B., Wagner B., Kang Z. Optimization of a gadolinium-rich oxyhalide glass scintillator for gamma ray spectroscopy // Journal of the American Ceramic Society. 2018. Vol. 101, № 3. P. 1116-1121.
90. Li D.-Y., Li H., Niu M.-Q., Wan C.-L., Lv J.-W., Zhang X.-D. High spatial resolution cold neutron imaging with new Tb3+/Ce3+ co-doped Gd2O3 scintillation glass fiber arrays // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2020. Vol. 949. P. 162829.
91. Sun X., Wen J., Guo Q., Pang F., Chen Z., Luo Y., Peng G., Wang T. Fluorescence properties and energy level structure of Ce-doped silica fiber materials // Opt. Mater. Express, OME. Optica Publishing Group, 2017. Vol. 7, № 3. P. 751-759.
92. Ruchti R., Baumbaugh B., Bishop J., Biswas N., Cason N., Erichsen R., Kenney V., Kreymer A., Mountain R., Shephard W., Rogers A. Scintillating Glass, Fiber-Optic Plate Detectors for Active Target and Tracking Applications in High Energy Physics Experiments // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1984. Vol. 31, № 1. P. 69-73.
93. Chewpraditkul W., Swiderski L., Moszynski M., Szczesniak T., Syntfeld-Kazuch A., Wanarak C., Limsuwan P. Scintillation Properties of LuAG:Ce, YAG:Ce and LYSO:Ce Crystals for Gamma-Ray Detection // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2009. Vol. 56, № 6. P. 38003805.
94. Hawthorne F.C. Some systematics of the garnet structure // Journal of Solid State Chemistry. 1981. Vol. 37, № 2. P. 157-164.
95. Xu Y.-N., Ching W.Y., Brickeen B.K. Electronic structure and bonding in garnet crystals Gd3Sc2Ga3O12, Gd3Sc2AbO12, and Gd3Ga3O12 compared to Y3AbO12 // Phys. Rev. B. American Physical Society, 2000. Vol. 61, № 3. P. 1817-1824.
96. Knight K.S. Parameterization of the crystal structure of garnet in terms of symmetry-adapted basis-vectors of the ideal tetrahedron and octahedron: Application to the pressure-dependence of the crystal structure of Y3AbO12 between 0 and 126 GPa // Materials Chemistry and Physics. 2019. Vol. 227. P. 72-82.
97. Nakatsuka A., Yoshiasa A., Yamanaka T. Cation distribution and crystal chemistry of Y3Al5-xGaxOi2 (0 < x < 5) garnet solid solutions // Acta Cryst B. International Union of Crystallography, 1999. Vol. 55, № 3. P. 266-272.
98. Novak G.A., Gibbs G.V. The Crystal Chemistry of the Silicate Garnets // American Mineralogist. 1971. Vol. 56, № 5-6. P. 791-825.
99. Marezio M., Remeika J.P., Dernier P.D. Cation distribution in Y3Al5-cGacOi2 garnet // Acta Cryst B. International Union of Crystallography, 1968. Vol. 24, № 12. P. 1670-1674.
100. Momma K., Izumi F. VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data: 6 // J Appl Cryst. International Union of Crystallography, 2011. Vol. 44, № 6. P. 1272-1276.
101. Fabrichnaya O., Seifert H.J., Ludwig T., Aldinger F., Navrotsky A. The assessment of thermodynamic parameters in the AhO3-Y2O3 system and phase relations in the Y-Al-O system // Scand Jof Metallurgy. 2001. Vol. 30, № 3. P. 175-183.
102. Petrosyan A.G., Popova V.F., Gusarov V.V., Shirinyan G.O., Pedrini C., Lecoq P. The Lu2O3-AhO3 system: Relationships for equilibrium-phase and supercooled states // Journal of Crystal Growth. 2006. Vol. 293, № 1. P. 74-77.
103. Wu P., Pelton A.D. Coupled thermodynamic-phase diagram assessment of the rare earth oxide-aluminium oxide binary systems // Journal of Alloys and Compounds. 1992. Vol. 179, № 1. P. 259-287.
104. Shishido T., Okamura K., Yajima S. Gd3AbO12 Phase Obtained by Crystallization of Amorphous Gd2O3-5/3AhO3 // Journal of the American Ceramic Society. 1978. Vol. 61, № 7-8. P.373-375.
105. Li J., Li J.-G., Zhang Z., Wu X., Liu S., Li X., Sun X., Sakka Y. Gadolinium Aluminate Garnet (Gd3AbO12): Crystal Structure Stabilization via Lutetium Doping and Properties of the (Gd1-xLux)3Al5O12 Solid Solutions (x = 0-0.5) // Journal of the American Ceramic Society. 2012. Vol. 95, № 3. P. 931-936.
106. Bartosiewicz K., Babin V., Kamada K., Yoshikawa A., Kurosawa S., Beitlerova A., Kucerkova R., Nikl M., Zorenko Y. Ga for Al substitution effects on the garnet phase stability and luminescence properties of Gd3GaxAl5-xO12:Ce single crystals // Journal of Luminescence. 2019. Vol. 216. P. 116724.
107. Nicolas J., Coutures J., Coutures J.P., Boudot B. Sm2O3-Ga2O3 and Gd2O3-Ga2O3 phase diagrams // Journal of Solid State Chemistry. 1984. Vol. 52, № 2. P. 101-113.
108. Popova V.F., Petrosyan A.G., Tugova E.A., Romanov D.P., Gusarov V.V. Y2O3-Ga2O3 phase diagram // Russ. J. Inorg. Chem. 2009. Vol. 54, № 4. P. 624-629.
109. Simonov A., Goodwin A.L. Designing disorder into crystalline materials // Nat Rev Chem. Nature Publishing Group, 2020. Vol. 4, № 12. P. 657-673.
110. Nakamura R., Yamada N., Miyamoto A. Fluorescent material, a method of manufacturing the fluorescent material, a radiation detector using the fluorescent material, and an X-ray CT scanner: pat. US7947956B2 USA. 2011.
111. Korzhik M., Borisevich A., Fedorov A., Gordienko E., Karpyuk P., Dubov V., Sokolov P., Mikhlin A., Dosovitskiy G., Mechninsky V., Kozlov D., Uglov V. The scintillation mechanisms in Ce and Tb doped (GdxY1-x)AhGa3O12 quaternary garnet structure crystalline ceramics // Journal of Luminescence. 2021. Vol. 234. P. 117933.
112. Fasoli M., Vedda A., Nikl M., Jiang C., Uberuaga B.P., Andersson D.A., McClellan K.J., Stanek C.R. Band-gap engineering for removing shallow traps in rare-earth Lu3AbO12 garnet scintillators using Ga3+ doping // Phys. Rev. B. American Physical Society, 2011. Vol. 84, № 8. P. 081102.
113. Dorenbos P. A Review on How Lanthanide Impurity Levels Change with Chemistry and Structure of Inorganic Compounds // ECS J. Solid State Sci. Technol. 2013. Vol. 2, № 2. P. R3001-R3011.
114. Lupei V., Lout L., Boulon G., Lupei A. On the origin of the satellite structure of luminescent spectra of Cr3+ in YAG // J. Phys.: Condens. Matter. 1993. Vol. 5, № 3. P. L35.
115. Nikl M., Pejchal J., Mihokova E., Mares J.A., Ogino H., Yoshikawa A., Fukuda T., Vedda A., D'Ambrosio C. Antisite defect-free Lu3(GaxAh-x)5O12:Pr scintillator // Applied Physics Letters. 2006. Vol. 88, № 14. P. 141916.
116. Nikl M., Vedda A., Fasoli M., Fontana I., Laguta V.V., Mihokova E., Pejchal J., Rosa J., Nejezchleb K. Shallow traps and radiative recombination processes in Lu3AbO12:Ce single crystal scintillator // Phys. Rev. B. American Physical Society, 2007. Vol. 76, № 19. P. 195121.
117. Gektin A.V., Belsky A.N., Vasil'ev A.N. Scintillation Efficiency Improvement by Mixed Crystal Use // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2014. Vol. 61, № 1. P. 262-270.
118. Sidletskiy O., Gektin A., Belsky A. Light-yield improvement trends in mixed scintillation crystals // Physica Status Solidi (a). 2014. Vol. 211, № 10. P. 2384-2387.
119. Liu S., Mares J.A., Babin V., Hu C., Kou H., D'Ambrosio C., Li J., Pan Y., Nikl M. Composition and properties tailoring in Mg2+ codoped non-stoichiometric LuAG:Ce,Mg scintillation ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2017. Vol. 37, № 4. P. 16891694.
120. K. J. Kim, K. Kamada, M. Yoshino, Y. Shoji, V. Kochurikhin, A. Yamaji, S. Kurosawa, Yu. Ohashi, Yu. Yokota, A. Yoshikawa, Effects of nonstoichiometric composition on
luminescence and scintillation properties of Ce doped Gd3AhGa3O12 single crystals // LumDeTr 2018, 9-14 September 2018, Prague, Czech Republic
121. Zhu D., Wu L., Beitlerova A., Kucerkova R., Chewpraditkul W., Nikl M., Li J. Compositional regulation of multi-component GYGAG:Ce scintillation ceramics: Self-sintering-aid effect and afterglow suppression // Journal of Advanced Ceramics. 2023. Vol. 12, № 10. P. 1919-1929.
122. Liu S.-J., Peng T.-J., Song Z., Bian L., Song G.-B., Liu Q.-L. Solid solubility and photoluminescence of Y3AbO12:Ce3+ prepared by using (Y1-xCex)2O3 as precursor // Chinese Phys. B. 2014. Vol. 23, № 4. P. 048106.
123. Hu S., Lu C., Zhou G., Liu X., Qin X., liu G., Wang S., Xu Z. Transparent YAG:Ce ceramics for WLEDs with high CRI: Ce3+ concentration and sample thickness effects // Ceramics International. 2016. Vol. 42, № 6. P. 6935-6941.
124. Osipov V.V., Ishchenko A.V., Shitov V.A., Maksimov R.N., Lukyashin K.E., Platonov V.V., Orlov A.N., Osipov S.N., Yagodin V.V., Viktorov L.V., Shulgin B.V. Fabrication, optical and scintillation properties of transparent YAG:Ce ceramics // Optical Materials. 2017. Vol. 71. P. 98-102.
125. Singh G., Thomas V., Tiwari V.S., Karnal A.K. Effect of cerium doping on optical and scintillation properties of transparent YAG ceramic // Ceramics International. 2017. Vol. 43, № 12. P.9032-9040.
126. Xu J., Fan L., Shi Y., Li J., Xie J., Lei F. Effects of Ce3+ doping concentrations on microstructure and luminescent properties of Ce3+:Lu3AbO12 (Ce:LuAG) transparent ceramics // Optical Materials. 2014. Vol. 36, № 12. P. 1954-1958.
127. Chen X., Hu Z., Cao M., Hu C., Liu S., Chen H., Shi Y., Kou H., Xie T., Vedda A., Jary V., Kucerkova R., Nikl M., Li J. Influence of cerium doping concentration on the optical properties of Ce,Mg:LuAG scintillation ceramics // Journal of the European Ceramic Society. 2018. Vol. 38, № 9. P. 3246-3254.
128. Wang Y., Cheng Z., Ye J., Hu C., Zhou Z., Chen Y., Chen H., Kosyanov D.Y., Li J. Ce:LuAG transparent ceramics for high-brightness solid-state lighting: Fabrication and effect of Ce concentration // Optical Materials. 2024. Vol. 147. P. 114697.
129. Mori M., Xu J., Okada G., Yanagida T., Ueda J., Tanabe S. Scintillation and optical properties of Ce-doped YAGG transparent ceramics // Journal of Rare Earths. 2016. Vol. 34, № 8. P. 763-768.
130. Hirano S., Okada G., Kawaguchi N., Yagi H., Yanagitani T., Yanagida T. Scintillation properties of Ce-doped (Gd0.32Y0.68)3AbO12 transparent ceramics // Optical Materials. 2017. Vol. 66. P. 410-414.
131. Liu S., Feng X., Zhou Z., Nikl M., Shi Y., Pan Y. Effect of Mg2+ co-doping on the scintillation performance of LuAG:Ce ceramics // Physica Rapid Research Ltrs. 2014. Vol. 8, № 1. P. 105-109.
132. Nagura A., Kamada K., Nikl M., Kurosawa S., Pejchal J., Yokota Y., Ohashi Y., Yoshikawa A. Improvement of scintillation properties on Ce doped Y3AI5O12 scintillator by divalent cations co-doping // Jpn. J. Appl. Phys. IOP Publishing, 2015. Vol. 54, № 4S. P. 04DH17.
133. Kamada K., Yamaji A., Kurosawa S., Yokota Y., Ohashi Y., Yoshikawa A. Mg co-doping effects on Ce doped Y3(Ga,Al)5O12 scintillator // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. IOP Publishing, 2017. Vol. 169, № 1. P. 012013.
134. Bartosiewicz K., Markovskyi A., Horiai T., Szymanski D., Kurosawa S., Yamaji A., Yoshikawa A., Zorenko Y. A study of Mg2+ ions effect on atoms segregation, defects formation, luminescence and scintillation properties in Ce3+ doped Gd3AhGa3O12 single crystals // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 905. P. 164154.
135. Babin V., Herman P., Kucera M., Nikl M., Zazubovich S. Effect of Mg2+ co-doping on the photo- and thermally stimulated luminescence of the (Lu,Gd)3(Ga,Al)5O12:Ce epitaxial films // Journal of Luminescence. 2019. Vol. 215. P. 116608.
136. Zhang A., Xue Z., Qu J., Ding Y., Zhao S., Ding D. Novel Phenomenon of Scintillation Performances with the Component Variation in the Mg Co-/Nondoped GAGG:Ce Crystal // Crystal Growth & Design. American Chemical Society, 2023. Vol. 23, № 7. P. 5346-5354.
137. Kamada K., Nikl M., Kurosawa S., Beitlerova A., Nagura A., Shoji Y., Pejchal J., Ohashi Y., Yokota Y., Yoshikawa A. Alkali earth co-doping effects on luminescence and scintillation properties of Ce doped Gd3AhGa3O12 scintillator // Optical Materials. 2015. Vol. 41. P. 63-66.
138. Prusa P., Kucera M., Babin V., Bruza P., Pânek D., Beitlerovâ A., Mares J.A., Hanus M., Lucenicovâ Z., Nikl M. Garnet Scintillators of Superior Timing Characteristics: Material, Engineering by Liquid Phase Epitaxy // Advanced Optical Materials. 2017. Vol. 5, № 6. P. 1600875.
139. Hu C., Liu S., Fasoli M., Vedda A., Nikl M., Feng X., Pan Y. O- centers in LuAG:Ce,Mg ceramics // Physica Rapid Research Ltrs. 2015. Vol. 9, № 4. P. 245-249.
140. Nikl M., Kamada K., Babin V., Pejchal J., Pilarova K., Mihokova E., Beitlerova A., Bartosiewicz K., Kurosawa S., Yoshikawa A. Defect Engineering in Ce-Doped Aluminum Garnet Single Crystal Scintillators // Crystal Growth & Design. 2014. Vol. 14, № 9. P. 48274833.
141. Kamada K., Shoji Y., Kochurikhin V.V., Nagura A., Okumura S., Yamamoto Seiichi., Yeom J.Y., Kurosawa S., Pejchal J., Yokota Y., Ohashi Y., Nikl M., Yoshino M., Yoshikawa A.
Large Size Czochralski Growth and Scintillation Properties of Mg2+ Co-doped Ce:Gd3Ga3Al2Oi2// IEEE Trans. Nucl. Sci. 2016. Vol. 63, № 2. P. 443-447.
142. Khanin V.M., Venevtsev I., Chernenko K., Tukhvatulina T., Rodnyi P.A., Spoor S., Boerekamp J., Van Dongen A.-M., Buettner D., Wieczorek H., Ronda C.R., Senden T., Meijerink A. Influence of 3d Transition Metal Impurities on Garnet Scintillator Afterglow // Crystal Growth & Design. 2020. Vol. 20, № 5. P. 3007-3017.
143. Delgado T., Rytz D., Cai G., Allix M., Veron E., di Carlo I., Viana B. Highly transparent Ce3+,Cr3+ co-doped GYAGG single crystals with enhanced persistent luminescence // Ceramics International. 2023. Vol. 49, № 24, Part B. P. 41031-41040.
144. Wieczorek H., Khanin V., Ronda C., Boerekamp J., Spoor S., Steadman R., Venevtsev I., Chernenko K., Tukhvatulina T., Vrubel I., Meijerink A., Rodnyi P. Band Gap Variation and Trap Distribution in Transparent Garnet Scintillator Ceramics // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2020. Vol. 67, № 8. P. 1934-1945.
145. Chen X., Qin H., Zhang Y., Liu Y., Jiang J., Jiang H. Microstructure and optical properties of transparent Nd:GAGG ceramics prepared via solid-state reactive sintering // Opt. Mater. Express. 2016. Vol. 6, № 2. P. 610.
146. Li X., Hu D.H., Ma Y.Z., Saqier Y., Wang X.R., Wang F.X., Song Z.Q., Chao K.F. GAGG:Cr3+ Phosphors for Far-Infrared Light Emitting Diodes // Solid State Phenomena. Trans Tech Publications Ltd, 2021. Vol. 323. P. 66-75.
147. Song Z., Liao J., Ding X., Liu X., Liu Q. Synthesis of YAG phosphor particles with excellent morphology by solid state reaction // Journal of Crystal Growth. 2013. Vol. 365. P. 2428.
148. Jang M.S., Choi Y.H., Wu S., Lim T.G., Yoo J.S. Material properties of the Ce3+-doped garnet phosphor for a white LED application // Journal of Information Display. Taylor & Francis, 2016. Vol. 17, № 3. P. 117-123.
149. Sakar N., Gergeroglu H., Akalin S.A., Oguzlar S., Yildirim S. Synthesis, structural and optical characterization of Nd: YAG powders via flame spray pyrolysis // Optical Materials. 2020. Vol. 103. P. 109819.
150. Marchal J., John T., Baranwal R., Hinklin T., Laine R.M. Yttrium Aluminum Garnet Nanopowders Produced by Liquid-Feed Flame Spray Pyrolysis (LF-FSP) of Metalloorganic Precursors // Chem. Mater. American Chemical Society, 2004. Vol. 16, № 5. P. 822-831.
151. Singlard M., Remondiere F., Oriol S., Fiore G., Vieille B., Vardelle M., Rossignol S. Solgel synthesis of yttrium aluminum garnet (YAG): effects of the precursor nature and concentration on the crystallization // J Sol-Gel Sci Technol. 2018. Vol. 87, № 2. P. 496-503.
152. Ростокина Е.Е. Получение особо чистых ультрадиисперсных порошков алюмоиттривого граната золь-гель методом // дисс. канд. хим. наук.: 02.00.21. Нижний Новгород. 2015. 147 с.
153. Vaqueiro P. and Lopez-Quintela M.A. Synthesis of yttrium aluminum garnet by the citrate gel process // J. Mater. Chem. Vol. 8. 1998. P.161-163.
154. Lu Q.M., Dong W.S., Wang H.J. et al. A novel way to synthesize yttrium aluminum garnet from metal-inorganic precursors // J. Am. Ceram. Soc. Vol. 85, 2002. P. 490-492.
155. Gluchowski P., Tomala R., Kowalski R., Ignatenko O., Witkowski M.E., Drozdowski W., Str^k W., Ryba-Romanowski W., Solarz P. "Frozen" pressure effect in GGAG:Ce3+ white light emitting nanoceramics // Ceramics International. 2019. Vol. 45, № 17, Part A. P. 2187021877.
156. Li J., Pan Y., Qiu F., Wu Y., Guo J. Nanostructured Nd:YAG powders via gel combustion: The influence of citrate-to-nitrate ratio // Ceramics International. 2008. Vol. 34, № 1. P. 141 -149.
157. Pechini M. P. US Patent 3,3306,97 (1967).
158. Вассерман И.М. Химическое осаждение из растворов // Л.: Химия, 1980, 208 с..
159. Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности // М: Химия, 1968, 304 с.
160. Рябчиков Д. И., Рябухин В. А. Аналитическая химия редкоземельных элементов и иттрия // М.: Наука, 1996, 380 с.
161. Chi R., Xu Z. A solution chemistry approach to the study of rare earth element precipitation by oxalic acid // Metall Mater Trans B. 1999. Vol. 30, № 2. P. 189-195.
162. Ubaldini A., Artini C., Costa G.A., Carnasciali M.M., Masini R. Synthesis and thermal decomposition of mixed Gd-Nd oxalates // J Therm Anal Calorim. 2008. Vol. 91, № 3. P. 797803.
163. Тихонов В. Н. Аналитическая химия алюминия. Наука, 1971, 266 c.
164. Дымов А.М., Савостин А.П. Аналитическая химия галлия. М.: Наука, 1968, 256 с.
165. Phillips B.L., Crawford S.N., Casey W.H. Rate of water exchange between Al(C2O4)(H2O)4+(aq) complexes and aqueous solutions determined by 17O-NMR spectroscopy // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1997. Vol. 61, № 23. P. 4965-4973.
166. Orhanovic Z., Pokric B., Furedi H., Branica M. Precipitation and Hydrolysis of Metallic Ions. III. Studies on the Solubility of Yttrium and Some Rare Earth Hydroxides // CROATICA CHEMICA ACTA. 1966. V.38, P. 269-276.
167. Li J.-G., Ikegami T., Lee J.-H., Mori T. Characterization of yttrium aluminate garnet precursors synthesized via precipitation using ammonium bicarbonate as the precipitant // Journal of Materials Research. Cambridge University Press, 2000. Vol. 15, № 11. P. 2375-2386.
168. Li J.-G., Ikegami T., Lee J.-H., Mori T. Well-sinterable Y3AI5O12 Powder from Carbonate Precursor // Journal of Materials Research. 2000. Vol. 15, № 7. P. 1514-1523.
169. Li J.G., Ikegami T., Lee J.-H., Mori T., Yajima Y. Reactive yttrium aluminate garnet powder via coprecipitation using ammonium hydrogen carbonate as the precipitant // Journal of Materials Research. Cambridge University Press, 2000. Vol. 15, № 9. P. 1864-1867.
170. Palmero P., Traverso R. Co-Precipitation of YAG Powders for Transparent Materials: Effect of the Synthesis Parameters on Processing and Microstructure // Materials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2014. Vol. 7, № 10. P. 7145-7156.
171. Wang L., Kou H., Zeng Y., Li J., Pan Y., Sun X., Guo J. The effect of precipitant concentration on the formation procedure of yttrium aluminum garnet (YAG) phase // Ceramics International. 2012. Vol. 38, № 5. P. 3763-3771.
172. Zhang Y., Yu H. Synthesis of YAG powders by the co-precipitation method // Ceramics International. 2009. Vol. 35, № 5. P. 2077-2081.
173. Wang Z., Xu M., Zhang W., Yin M. Synthesis and luminescent properties of nano-scale LuAG:RE3+ (Ce, Eu) phosphors prepared by co-precipitation method // Journal of Luminescence. 2007. Vol. 122-123. P. 437-439.
174. Pan L., Jiang B., Fan J., Zhang P., Mao X., Zhang L. Co-precipitation synthesis of lutetium aluminum garnet (LuAG) powders: The influence of ethanol // Optical Materials. 2017. Vol. 71. P. 50-55.
175. Никова М.С. Синтез и исследование оксидных композиций со структурой граната в системе Y2O3-Yb2O3-Sc2O3-AhO3 для оптической керамики: диссертация кандидата технических наук: 05.27.06. Ставрополь, 2020. 177 с.
176. Коломиец Т.Ю. Прозрачная керамика на основе иттрий-алюминиевого граната состава (Y,Nd)3AbO12 и (Y,Nd)3ScAUO12, полученная карбонатным методом: диссертация кандидата технических наук: 2.6.14. Москва, 2023. 161 с.
177. Dong Y., Sun J., Yu W., Li W., Teng F. Preparation and properties of Nd,Yb:GGG polycrystalline nanopowders // J Adv Ceram. 2012. Vol. 1, № 4. P. 296-300.
178. Sun D., Zhang Q., Wang Z., Su J., Gu C., Wang A., Yin S. Co-precipitation synthesis and sintering of nanoscaled Nd:Gd3Ga5O12 polycrystalline material // Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 392, № 1. P. 278-281.
179. Luo Z., Lu M., Bao J., Liu W., Gao C. Co-precipitation synthesis of gadolinium gallium garnet powders using ammonium hydrogen carbonate as the precipitant // Materials Letters. 2005. Vol. 59, № 10. P. 1188-1191.
180. Jing S., Qingli Z., Shufang S., Changjiang G., Songming W., Shaotang Y. Preparation and Characterization of Y3Sc2Ga3O12 Nano-Polycrystalline Powders by Co-Precipitation Method // Journal of Rare Earths. 2007. Vol. 25, № 3. P. 302-305.
181. Yang S., Sun Y., Chen X., Zhang Y., Luo Z., Jiang J., Jiang H. The Effects of Cation Concentration in the Salt Solution on the Cerium Doped Gadolinium Gallium Aluminum Oxide Nanopowders Prepared by a Co-precipitation Method // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2014. Vol. 61, № 1. P. 301-305.
182. Sun Y., Yang S., Zhang Y., Jiang J., Jiang H. Co-Precipitation Synthesis of Gadolinium Aluminum Gallium Oxide (GAGG) via Different Precipitants // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2014. Vol. 61, № 1. P. 306-311.
183. Luo Z., Jiang H., Jiang J., Mao R. Microstructure and optical characteristics of Ce:Gd3(Ga,Al)5O12 ceramic for scintillator application // Ceramics International. 2015. Vol. 41, № 1, Part A. P. 873-876.
184. Luo Z.-H., Liu Y.-F., Zhang C.-H., Zhang J.-X., Qin H.-M., Jiang H.-C., Jiang J. Effect of Yb3+ on the Crystal Structural Modification and Photoluminescence Properties of GGAG:Ce3+ // Inorg. Chem. American Chemical Society, 2016. Vol. 55, № 6. P. 3040-3046.
185. Zhang J.-Y., Luo Z.-H., Jiang H.-C., Jiang J., Chen C.-H., Zhang J.-X., Gui Z.-Z., Xiao N. Highly transparent cerium doped gadolinium gallium aluminum garnet ceramic prepared with precursors fabricated by ultrasonic enhanced chemical co-precipitation // Ultrasonics Sonochemistry. 2017. Vol. 39. P. 792-797.
186. Назаренко В. А. Гидролиз ионов металлов в разбавленных растворах Москва : Атомиздат, 1979. - 192 с.
187. Ю.Д. Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Н. Григорьев, А.Ю. Цивадзе. Неорганическая химия. Химия элементов. Учебник для вузов: В 2 книгах. Книга II/. - М.: Химия, 2001.
188. Wood S.A., Samson I.M. The aqueous geochemistry of gallium, germanium, indium and scandium // Ore Geology Reviews. 2006. Vol. 28, № 1. P. 57-102.
189. Иванова Р. В. Химия и технология галлия. М.: Металлургия, 1973. 392 с.
190. Watanabe T., Masuda T., Miki Y., Miyahara Y., Jeon H., Hosokawa S., Kanai H., Deguchi H., Inoue M. Synthesis of Gallium-Aluminum Dawsonites and their Crystal Structures // Journal of the American Ceramic Society. 2010. Vol. 93, № 11. P. 3908-3915.
191. Rahaman M.N. Ceramic Processing and Sintering. CRC Press, 2003. 1178 p.
192. Carter C.B., Norton M.G. Ceramic Materials: Science and Engineering. New York, NY: Springer, 2013.
193. Выдрик Г.А., Соловьева Т.В., Харитонов Ф.Я. Прозрачная керамика. Москва: Энергия, 1980. 97 p.
194. Chen X., Qin H., Zhang Y., Luo Z., Jiang J., Jiang H. Preparation and Optical Properties of Transparent (Ce,Gd>AbGa2O12 Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. / ed. Hay R. 2015. Vol. 98, № 8. P. 2352-2356.
195. Metselaar R., Larsen P.K. Diffusion of oxygen vacancies in yttrium iron garnet investigated by dynamic conductivity measurements // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1976. Vol. 37, № 6. P. 599-605.
196. Sakaguchi I., Haneda H., Tanaka J., Yanagitani T. Effect of Composition on the Oxygen Tracer Diffusion in Transparent Yttrium Aluminium Garnet (YAG) Ceramics // Journal of the American Ceramic Society. 1996. Vol. 79, № 6. P. 1627-1632.
197. R.H. Lamoreaux, D.L. Hildenbrand, L. Brewer. High-temperature vaporization behavior of oxides II. Oxides of Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Zn, Cd, and Hg // J. Phys. Chem. Ref. Data, 16(1987), pp.419-443.
198. Zhang J.-Y., Luo Z.-H., Jiang H.-C., Jiang J., Gui Z.-Z., Chen C.-H., Liu Y.-F., Liu S., Ci M.-M. Sintering of GGAG:Ce3+, xY3+ transparent ceramics in oxygen atmosphere // Ceramics International. 2017. Vol. 43, № 17. P. 16036-16041.
199. Рябухин В.А., Рябчиков Д.И. Аналитическая химия редкоземельных элементов и иттрия. Серия «Аналитическая химия элементов» // Наука, Москва, 1966 г., 383 стр.
200. Serna C.J., García-Ramos J.V., Peña M.J. Vibrational study of dawsonite type compounds MAl(OH)2CO3 (M = Na, K, NH4) // Spectrochimica Acta Part A: Molecular Spectroscopy. 1985. Vol. 41, № 5. P. 697-702
201. Audrieth L.F., Schmidt M.T. Fused "Onium" Salts as Acids: I. Reactions in Fused Ammonium Nitrate // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1934. Vol. 20, № 4. P. 221-225.
202. Vickery R.C. The separation and purification of lanthanum. Part II. Nitrate fusion: solubility of rare-earth hydroxides in fused ammonium nitrate // J. Chem. Soc. 1949. P. 2508.
203. Zhang W., Lu T., Wei N., Wang Y., Ma B., Li F., Lu Z., Qi J. Assessment of light scattering by pores in Nd:YAG transparent ceramics // Journal of Alloys and Compounds. 2012. Vol. 520. P. 36-41.
204. Зайцев И.Д., Асеев Г.Г. Физико-химические свойства бинарных многокомпонентных растворов неорганических веществ. М. : Химия, 1988. - 416 С.
205. Chernyshov A.A., Veligzhanin A.A., Zubavichus Y.V. Structural Materials Science endstation at the Kurchatov Synchrotron Radiation Source: Recent instrumentation upgrades and
experimental results // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2009. Vol. 603, № 1-2. P. 95-98.
206. Svetogorov R.D., Dorovatovskii P.V., Lazarenko V.A. Belok/XSA Diffraction Beamline for Studying Crystalline Samples at Kurchatov Synchrotron Radiation Source // Crystal Research and Technology. 2020. Vol. 55, № 5. P. 1900184.
207. Светогоров Р.Д. «Dionis - Diffraction Open Integration Software», свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018660965
208. Carvajal J. R. Recent developments of the program FULLPROF, in commission on powder diffraction (IUCr) // Newsletter. 2001. Vol. 26. P. 12-19.
209. Grazulis S., Chateigner D., Downs R.T., Yokochi A.F.T., Quiros M., Lutterotti L., Manakova E., Butkus J., Moeck P., Le Bail A. Crystallography Open Database - an open-access collection of crystal structures // J Appl Crystallogr. 2009. Vol. 42, № 4. P. 726-729.
210. Wanzenberg R., Bieler M., Keil J., Liao L., Sahoo G., Schaumann M. PETRA III Operational Performance and Availability // Proceedings of the 13th International Particle Accelerator Conference. JACoW Publishing, Geneva, Switzerland, 2022. Vol. IPAC2022. P. 3.
211. Gordienko E., Fedorov A., Radiuk E., Mechinsky V., Dosovitskiy G., Vashchenkova E., Kuznetsova D., Retivov V., Dosovitskiy A., Korjik M., Sandu R. Synthesis of crystalline Ce-activated garnet phosphor powders and technique to characterize their scintillation light yield // Optical Materials. 2018. Vol. 78. P. 312-318.
212. Pustovarov V.A., Krymov A.L., Shulgin B.V., Zinin E.I. Some peculiarities of the luminescence of inorganic scintillators under excitation by high intensity synchrotron radiation // Review of Scientific Instruments. 1992. Vol. 63, № 6. P. 3521-3522.
213. Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Acta Cryst A. 1976. Vol. 32, № 5. P. 751-767.
214. Dosovitskiy G., Dubov V., Karpyuk P., Volkov P., Tamulaitis G., Borisevich A., Vaitkevicius A., Prikhodko K., Kutuzov L., Svetogorov R., Veligzhanin A., Korzhik M. Activator segregation and micro-luminescence properties in GAGG:Ce ceramics // Journal of Luminescence. 2021. Vol. 236. P. 118140.
215. Nargelas S., Talochka Y., Vaitkevicius A., Dosovitskiy G., Buzanov O., Vasil'ev A., Malinauskas T., Korzhik M., Tamulaitis G. Influence of matrix composition and its fluctuations on excitation relaxation and emission spectrum of Ce ions in (GdxY1-x)3AhGa3O12:Ce scintillators // Journal of Luminescence. 2022. Vol. 242. P. 118590.
216. Шиманский А. Ф. Влияние отклонения от стехиометрии на кинетику спекания ионных твердых тел // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2009. Т. 314. №. 3.
217. Jian A. (Zhe), Khan K., Ahmadi E. 0-(Al,Ga)2O3 for High Power Applications — A Review on Material Growth and Device Fabrication // Int. J. Hi. Spe. Ele. Syst. 2019. Vol. 28, № 01n02. P.1940006.
218. Stroka B., Но^ Р Т. W. An empirical formuk for the calcu^^n оf кйюе instants оf оxide gаrnets based on substituted yttrium and gadolinium iron garnets // Phillips J. Res. 1978. Vol. 33, №3. P. 186-202.
219. Patel A.P., Levy M.R., Grimes R.W., Gaume R.M., Feigelson R.S., McClellan K.J., Stanek C.R. Mechanisms of nonstoichiometry in Y3AbO12 // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 93, № 19. P. 191902.
220. Patel A.P., Stanek C.R., Grimes R.W. Comparison of defect processes in REAlO3 perovskites and RE3AbO12 garnets // Physica Status Solidi (b). 2013. Vol. 250, № 8. P. 16241631.
221. Auffray E., Augulis R., Fedorov A., Dosovitskiy G., Grigorjeva L., Gulbinas V., Koschan M., Lucchini M., Melcher C., Nargelas S., Tamulaitis G., Vaitkevicius A., Zolotarjovs A., Korzhik M. Excitation Transfer Engineering in Ce-Doped Oxide Crystalline Scintillators by Codoping with Alkali-Earth Ions // Physica Status Solidi (a). 2018. Vol. 215, № 7. P. 1700798.
222. Tamulaitis G., Vasil'ev A., Korzhik M., Mazzi A., Gola A., Nargelas S., Vaitkevicius A., Fedorov A., Kozlov D. Improvement of the Time Resolution of Radiation Detectors Based on Gd3Al2Ga3O12 Scintillators With SiPM Readout // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2019. Vol. 66, № 7. P. 1879-1888.
223. Kitaura M., Kamada K., Kurosawa S., Azuma J., Ohnishi A., Yamaji A., Hara K. Probing shallow electron traps in cerium-doped Gd3AbGa3O12 scintillators by UV-induced absorption spectroscopy // Appl. Phys. Express. 2016. Vol. 9, № 7. P. 072602.
224. Babin V., Chernenko K., Kucera M., Nikl M., Zazubovich S. Photostimulated luminescence and defects creation processes in Ce3+-doped epitaxial films of multicomponent Lu3-xGdxGayAl5-yO12 garnets // Journal of Luminescence. 2016. Vol. 179. P. 487-495.
225. Korjik M., Alenkov V., Borisevich A., Buzanov O., Dormenev V., Dosovitskiy G., Dosovitskiy A., Fedorov A., Kozlov D., Mechinsky V., Novotny R.W., Tamulaitis G., Vasiliev V., Zaunick H.-G., Vaitkevicius A.A. Significant improvement of GAGG:Ce based scintillation detector performance with temperature decrease // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2017. Vol. 871. P. 42-46.
226. Dubov V., Kuznetsova D., Kamenskikh I., Komendo I., Malashkevich G., Ramanenka A., Retivov V., Talochka Y., Vasil'ev A., Korzhik M. On the Quenching Mechanism of Ce, Tb Luminescence and Scintillation in Compositionally Disordered (Gd, Y, Yb)3AhGa3Oi2 Garnet Ceramics // Photonics. 2023. Vol. 10, № 6. P. 615.
227. Guo L., Yu H., Liu J., Wu B., Guo Y., Fu Y., Zhao L. Three-photon near-infrared quantum cutting in P-NaGdF4:Yb3+ // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 784. P. 739743.
228. Korzhik M., Abashev R., Fedorov A., Dosovitskiy G., Gordienko E., Kamenskikh I., Kazlou D., Kuznecova D., Mechinsky V., Pustovarov V., Retivov V., Vasil'ev A. Towards effective indirect radioisotope energy converters with bright and radiation hard scintillators of (Gd,Y)3Al2Ga3Oi2 family // Nuclear Engineering and Technology. 2022. Vol. 54, № 7. P. 25792585.
229. Belogurov S., Bressi G., Carugno G., Conti E., Iannuzzi D., Meneguzzo A.T. Experimental evidence of infrared scintillation in crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2000. Vol. 452, № 1-2. P. 381-385.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Инв. № 122/04-ГЗ (ЛТР)
тель директора Центра
Ю.А. Дьякова 2024 г.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ Получения порошков сложных оксидов структурного типа граната
Руководитель работы: Начальник ОНТ ККХИ (ИРЕА) НИЦ «Курчатовский институт»
пбдаись
Д.Е. Лелекова
Исполнители:
Старший научный сотрудник
Младший научный сотрудник
Младший научный сотрудник
подпись
подпись
ы.
П.В. Карпюк В.В. Дубов
В.Г. Смыслова
одпись
Москва 2024
СОДЕРЖАНИЕ
1 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ..............................................173
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОГО ПРОДУКТА..............................................173
3 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, РЕАКТИВОВ, МАТЕРИАЛОВ И ОБОРУДОВАНИЯ..................................................................................................173
4 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА........................176
5 ПОСТАДИЙНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.......177
6 КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА........................................182
7 КОНТРОЛЬ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУЧАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ................185
8 НОРМЫ РАСХОДА ОСНОВНЫХ ВИДОВ СЫРЬЯ И МАТЕРИАЛОВ......186
9 НОРМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ..............................................................187
9 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ.....................................................................188
10 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННОГО РЕГЛАМЕНТА.................................................189
1 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ
1.1 Полное наименование метода: метод получения порошков сложных оксидов структурного типа граната (Оё,У,Ьи)3-хЯБх(А1,Оа)5012, где КБ - активатор(ы) Се, ТЬ, УЬ.
1.2 Метод(ы) получения: совместное осаждение гидроксокарбонатов Оё, У, Ьи, А1, Оа и КБ из азотнокислых растворов с последующей термообработкой.
1.3 Процесс получения состоит из одного основного технологического потока: подготовка азотнокислых растворов А1, Оа и КБ ^ подготовка смесевого раствора с использованием растворов индивидуальных компонентов, оксидов Оё, У, Ьи и азотной кислоты ^ совместное осаждение гидроксокарбонатного осадка гидрокарбонатом аммония КШНС03 ^ промывка осадка ^ сушка и термообработка осадка ^ измельчение полученного оксидного порошка.
1.4 Данный лабораторный технологический регламент (ЛТР) применим для получения небольших масс оксидного порошка (от 10 до 50 г), однако может быть использован и для синтеза больших количеств при пропорциональном увеличении объёмов емкостных и фильтровальных устройств.
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОГО ПРОДУКТА
2.1 Получаемые продукты представляют собой оксидные порошки со структурой граната общего состава (0ё,У,Ьи)3-хЯБх(А1,0а)5012, где Оё, У, Ьи, А1, Оа - основные (матричные) элементы, ЯБ - активатор(ы) Се, ТЬ, УЬ.
2.2 Данный ЛТР предусматривает получение пяти типов порошковых продуктов, нерастворимых в воде и труднорастворимых в кислотах, предназначенных для использования в качестве сцинтилляционного пигмента или исходного материала для получения керамики:
1) порошок Оё3-хСехА12Оа3012, где х = 0,005-0,020 (ОАОО:Се);
2) порошок Оё1,5-хУ1,5СехА12Оа3012, где х = 0,005-0,020 (ОУАОО:Се);
3) порошок Оё2-хЬи0,5У0,5СехА12Оа3012, где х = 0,005-0,020 (ОУЬАОО:Се);
4) порошок Оё1,5-хУ1,5-уСехУЬуА12Оа3012, где х = 0,005-0,020, у = 0,01-0,3 (ОУАОО:Се,УЬ);
5) порошок Оё1,5-хУ1,5-у-2СехУЬуТ^АЬОа3012, где х = 0,015, у = 0,01-0,3, 2 = 0,15 (ОУАОО:Се,УЬ,ТЬ).
3 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, РЕАКТИВОВ, МАТЕРИАЛОВ И ОБОРУДОВАНИЯ
3.1 Список необходимого сырья и материалов для получения порошков согласно данному ЛТР, а также их требуемые характеристики приведены в Таблице 1.
Таблица 1 - Характеристики сырья и материалов
Наименование сырья и материалов Контролируемые показатели Значение показателя
Бемит Примесный состав Не более чем в таблице 2
Галлий металлический Примесный состав Не более чем в таблице 2
Гадолиния оксид Примесный состав Не более чем в таблице 2
Иттрия оксид Примесный состав Не более чем в таблице 2
Лютеция оксид Примесный состав Не более чем в таблице 2
Иттербия оксид Примесный состав Не более чем в таблице 2
Церий азотнокислый Примесный состав Не более чем в таблице 2
Тербий азотнокислый Примесный состав Не более чем в таблице 2
Кислота азотная Соответствие квалификации ос. ч. 18-4
Вода деионизированная Удельное сопротивление 18 МОмсм
Спирт изопропиловый Соответствие квалификации ос. ч. 11-5 ОП-1
Аммония гидрокарбонат Примесный состав Не более чем в таблице 2
Бумага фильтровальная лабораторная Соответствие НТД ГОСТ 12026-76
3.2 Требования по содержанию примесей в исходном сырье представлены в Таблице 2. Требования к церий-содержащему сырью и сырью остальных компонентов (Оё, У, Ьи, ТЬ, УЬ, А1, Оа) приведены в пересчете на металл, для гидрокарбоната аммония - на водный раствор КШНС03 концентрацией 15 масс.%, для азотной кислоты - на 100% НЫ03. Входной контроль сырья осуществляют методами инструментального элементного анализа - ИСП-АЭС и ИСП-МС.
Таблица 2 - Требования к содержанию примесей в сырье
Элемент Содержание элемента, не более (масс.%)
В сырье Се В сырье У, Ьи, ТЬ, УЬ, А1, Оа В гидрокарбонате аммония и азотной кислоте
Ы 210-2 110-3 110-4
№ 210-1 110-2 110-3
Мв 410-2 5 10-4 210-4
К 210-1 110-2 110-3
Са 410-2 5 10-4 210-4
Т1 410-3 210-4 210-5
Продолжение Таблицы 2
Элемент Содержание элемента, не более (масс.%)
В сырье Се В сырье Оё, У, Ьи, ТЬ, УЬ, А1, Оа В гидрокарбонате аммония и азотной кислоте
V 410-3 210-4 210-5
Сг 410-3 210-4 210-5
Мп 410-3 210-4 210-5
Бе 110-2 5 10-4 5 • 10-5
Со 410-3 210-4 210-5
N1 410-3 210-4 210-5
Си 410-3 210-4 210-5
2п 410-3 210-4 210-5
Сумма 3d 5 10-2 210-3 5 10-4
Ьа 5 10-2 110-2 5 10-4
Рг 110-2 210-3 110-4
Ш 110-2 210-3 110-4
Бш 110-2 210-3 110-4
Еи 110-2 210-3 110-4
Оё 5 10-2 110-2 5 10-4
ТЬ 110-2 210-3 110-4
Бу 110-2 210-3 110-4
Но 110-2 210-3 110-4
Ег 110-2 210-3 110-4
Тш 110-2 210-3 110-4
УЬ 110-2 210-3 110-4
Ьи 5 10-2 110-2 5 10-4
Сумма La-Lu 110-1 110-2 5 10-4
Всего 510-1 110-2 5 10-3
3.3 Список необходимой лабораторной посуды и технологического оборудования и его характеристики приведены в Таблице 3.
Таблица 3 - Характеристики лабораторной посуды и технологического оборудования
Тип оборудования Марка и модель Основные характеристики
Стаканы стеклянные — Объём 25-2500 мл
Стаканы полипропиленовые Объём 250-5000 мл
Магнитная мешалка с подогревом Heidolph MR Hei-Standart
Верхнеприводная мешалка Heidolph Hei-TORQUE-100
Весы с дискретностью отсчёта 0,1 г Scout Pro SPS6001F
Весы с дискретностью отсчёта 0,001 г Citizen CY-723
Погружной гомогенизатор Polytron PT 2500
рН-метр OHAUS STARTER 3100
Насос шланговый (перистальтический) LOIP LS 301
Насос вакуумный мембранный Welch (Ilmvac) MPC 301 Z Разрежение < 8 мбар
Термометр контактный
Воронка Бюхнера Полипропиленовая диаметром 240 мм
Колба Бунзена Объём более 2500 мл
Мерная колба Полипропиленовая объёмом 250 мл
Шпатели полипропиленовые
4 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
4.1 Подготовка исходных азотнокислых растворов:
- растворение бемита А100Н в азотной кислоте, фильтрация полученного раствора, определение его концентрации методом гравиметрического анализа и величины рН.
- растворения металлического галлия Оа в азотной кислоте, фильтрация полученного раствора, определение его концентрации методом гравиметрического анализа и величины рН.
- растворения оксида иттербия УЬ203 в азотной кислоте, фильтрация полученного раствора, определение его концентрации методом гравиметрического анализа.
- растворение нитрата церия Се(К03)3 9Ш0 в воде, определение концентрации раствора методом гравиметрического анализа.
- растворение нитрата тербия ТЬ(К03)3 6Ш0 в воде, определение концентрации раствора методом гравиметрического анализа.
4.2 Получение порошка:
- подготовка смесевого раствора с использованием необходимых навесок растворов А1, Оа и КБ, оксидов Оё, У, Ьи и азотной кислоты;
- подготовка осадителя - раствора гидрокарбоната аммония КШНС03;
- совместное осаждение элементов путём взаимодействия смесевого раствора с осадителем;
- фильтрация и промывка осадка;
- сушка и термообработка;
- измельчение, проверка спекающей способности.
5 ПОСТАДИЙНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 5.1 Подготовка смесевого раствора и раствора осадителя
1) Получение раствора алюминия азотнокислого
В коническую колбу объёмом 2000 мл с обратным холодильником вносят 500 мл воды и 870 мл раствора азотной кислоты концентрацией 70 масс.%, при нагревании и перемешивании на магнитной мешалке порциями по 50 г добавляют 250 г бемита; каждую следующую навеску вносят после растворения предыдущей, чтобы избежать вскипания реакционной смеси. Полученный раствор А1(№03)3 остужают до комнатной температуры, разбавляют до 2800 г, проверяют рН и при необходимости снижают его величину до 0,8-1,0 единиц, добавляя 70 масс.%-раствор НК03 с одновременным контролем при помощи рН-метра. Раствор пропускают через фильтровальную бумагу и далее уточняют его концентрацию гравиметрическим методом; ориентировочное значение концентрации составляет порядка 75 г АЬ03/кг раствора.
2) Получение раствора галлия азотнокислого
В стеклянный стакан объёмом 3000 мл вносят 350 мл раствора азотной кислоты концентрацией 70 масс.% и при нагревании и перемешивании на магнитной мешалке порциями по 10 г добавляют 100 г галлия металлического; каждую следующую навеску вносят после растворения предыдущей, чтобы избежать вскипания реакционной смеси. Предварительно каждую навеску металла в течение 1 мин диспергируют в 50 г воды с использованием погружного гомогенизатора POLYTRON РТ 2500 Е или аналогичного и переносят в стакан в виде суспензии. Полученный раствор Оа^Оэ)э остужают до комнатной температуры, разбавляют до 1350 г, проверяют рН и при необходимости снижают его величину до 0,8-1,0, добавляя 70 масс.%-раствор НЫОэ с одновременным контролем при помощи рН-метра. Раствор пропускают через фильтровальную бумагу и далее уточняют его концентрацию гравиметрическим методом; ориентировочное значение концентрации составляет порядка 100 г Оа2О3/кг раствора.
3) Получение раствора иттербия азотнокислого
В стеклянный стакан объёмом 800 мл вносят 55 мл воды и 50 мл раствора азотной кислоты концентрацией 70 масс.%, при нагревании и перемешивании на магнитной мешалке порциями по 5-10 г добавляют 50 г оксида иттербия, избегая вскипания реакционной смеси. Полученный раствор УЬ^Оэ)э остужают до комнатной температуры, разбавляют до 500 г, проверяют рН и при необходимости снижают его величину до 0,8-1,0 единиц, добавляя 70 масс.%-раствор НЫОэ с одновременным контролем при помощи рН-метра. Раствор пропускают через фильтровальную бумагу и далее уточняют его концентрацию гравиметрическим методом; ориентировочное значение концентрации составляет порядка 100 г УЬ2Оэ/кг раствора.
4) Получение раствора церия азотнокислого
В стеклянный или полипропиленовый стакан объёмом 1000 мл вносят 600 мл воды и при перемешивании на магнитной мешалке без нагревания добавляют 50 г нитрата церия 6-водного. Полученный раствор Се^Оэ)э пропускают через фильтровальную бумагу и далее уточняют его концентрацию гравиметрическим методом; ориентировочное значение концентрации составляет порядка 30 г СеО2/кг раствора.
5) Получение раствора тербия азотнокислого
В стеклянный или полипропиленовый стакан объёмом 500 мл вносят 300 мл воды и при перемешивании на магнитной мешалке без нагревания добавляют 50 г нитрата тербия 6-водного. Полученный раствор ТЬ^Оэ)э пропускают через фильтровальную бумагу и далее уточняют его концентрацию гравиметрическим методом; ориентировочное значение концентрации составляет порядка 60 г ТЬ4О7/кг раствора.
6) Получение азотнокислого смесевого раствора
В этом разделе и далее описание технологического процесса выполнено на примере порошка структурного типа граната номинального состава Оё1,49У1,5Се0,01ЛЬОазО12 (ОУЛОО:Се). Получение порошков других составов выполняется аналогично, отличается только количество компонентов.
Для синтеза 20 г продукта определяют его количество (в молях) по формулам:
M = 1,49 • ^ +1,5 • ^ + 0,01-+ 2 • + 3 • MGa +12 • M0, (1)
уп= mп/M, (2)
где Моа, Му, Мее, Мл1, Моа, Мо - молярные массы металлов и кислорода, г/моль; М - молярная масса оксидного порошка, г/моль; Шп - масса оксидного порошка, г; Уп - количество порошка, моль.
Далее концентрации растворов Се, Л1 и Оа пересчитывают в г Ме/кг раствора по формуле:
_ ^ 'X ' MMe ^^
^ X • Mмe + у • M0
Затем рассчитывают навески растворов Се, Л1, Оё (Ме, р-р) и оксидов Оё2Оз, У2О3 (Ме2Оз), необходимые для получения смесевого раствора:
ш _У Nмe • Mмe 1000
"^е, р-р - , (4)
•^е
N • M
У ^е ^^Рэ (5)
ШMe203 2 , (5)
где Кые - количество металла в составе, ф.е.; ММе - молярная масса металла, г/моль; ММе2Оз -молярная масса оксида, г/моль.
Рассчитывают объёмы раствора азотной кислоты (70 масс.%), необходимые для растворения Оё2Оз, У2О3 и суммарный объём:
V _ 6 ' ^е^ ' ^^ИКРз (6)
MMe,0, ' хико3 ' Рто,,
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.