Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Коржик Михаил Васильевич Беларусь
Номер договора
14.W03.31.0004
Период реализации проекта
2017-2021

По данным на 30.01.2020

15
Количество специалистов
2
научных публикаций
1
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Работа ученых лаборатории направлена на исследования и создание новых люминесцентных материалов, в первую очередь – сцинтилляторов, и способов их получения. Сцинтилляторы – материалы, которые люминесцируют при взаимодействии с ионизирующим излучением и благодаря этому эффекту используются для регистрации этих излучений. Такие материалы применяются в оборудовании для медицинской визуализации (рентгеновская компьютерная томография, ПЭТ), в системах дистанционного досмотра багажа или транспорта, в исследовательском оборудовании, в том числе – в детекторных установках на ускорителях частиц, например – на Большом адронном коллайдере. Развитие этих материалов позволяет улучшить характеристики использующего их оборудования и повысить его доступность.

Название проекта: Новое поколение неорганических сцинтилляционных материалов и детекторов на их основе для регистрации нейтронов в широком энергетическом диапазоне

Приоритет СНТР: в, д, а, ж


Цели и задачи

Направления исследований: Новые люминесцентные материалы, в том числе для детекторов ионизирующих излучений

Цель проекта: Разработка физико-химических основ создания нового поколения неорганических сцинтилляционных материалов для регистрации нейтронов в широком энергетическом диапазоне, технологических решений для будущего производства таких материалов и использующих их детекторов на основе современной элементной базы; совершенствование методологии разработки новых сцинтилляционных и люминесцентных материалов


Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Методами ядерно-физического моделирования установлено, что материалы, содержащие ионы Gd, Y, Li, B, Be, являются оптимальными для создания сцинтилляторов для детектирования нейтронов в широком диапазоне энергий путем регистрации продуктов взаимодействия в виде заряженных частиц и низкоэнергетических гамма-квантов.
  • Экспериментально доказано, что бинарные системы на основе кремния и элементов второй группы при их активации ионами церия не обладают высоким выходом сцинтилляций. Внесение в композицию стекол ионов гадолиния увеличивает выход сцинтилляций, даже в системах на основе кальция, имеющих выход, близкий к нулю, однако не позволяет радикально увеличить его значение. Это обусловлено тем, что в стекле только некоторая доля ионов Се, для которой имеются благоприятные условия захвата свободных носителей заряда, приводит к сцинтилляциям. В этом контексте кристаллические системы, как обеспечивающие наибольший выход сцинтилляций, также становятся предметом дальнейших исследований.
  • Продемонстрировано, что использование ионов Tb3+ в качестве активаторных ионов в бинарных системах позволяет увеличить выход сцинтилляций до 30000 фот/МэВ, что обусловлено спецификой возбуждения f-f излучательных переходов в разупорядоченных системах.
  • Экспериментально установлена стабильность силикатных литий- бериллиевых стекол с содержанием бериллия в стекле до 20 мол.% при одновременном легировании стекла ионами церия. Выход сцинтилляций такого стекла составляет до 4000 фот/нейтрон, однако, как показывает моделирование, содержание бериллия в силикатном стекле должно быть по крайней мере в два раза больше для эффективной модерации нейтронов. Увеличение содержания бериллия приводит к ликвации расплава стекла.
  • Выполнено численное моделирование прохождения нейтронов через вещества с различными композициями, эффективности их регистрации и спектров продуктов взаимодействия с помощью программного пакета GEANT4. Установлено хорошее совпадение результатов моделирования как с экспериментальными результатами регистрации нейтронов Am-Be источника разрабатываемыми сцинтилляторами, так и с результатами, полученными с помощью других программных пакетов.
  • Путем моделирования и дальнейшего измерения нейтронов с помощью сцинтиллятора Gd3Al2Ga3O12:Ce установлено наличие в спектрах продуктов взаимодействия нейтронов с ядрами гадолиния интенсивных линий гамма-квантов с энергиями 90, 190 и 511 кэВ, амплитуды которых зависят от энергии нейтронов. Полученные результаты сравнения рассчитанных и измеренных спектров мягких гамма-квантов позволили предложить для патентования новый метод и устройство регистрации нейтронов на основе гадолиний-содержащего сцинтилляционного материала.
  • Аналогичные детекторные характеристики продемонстрированы для керамических материалов близких составов.
  • Успешно апробирован набор способов очистки соединений лития от различных примесей до достаточной степени чистоты. Показано, что извлечение лития из отходов и брака возможно, но оно становится целесообразным при повышении объемов перерабатываемого материала до нескольких килограммов.
  • В печах с нагревом на основе газовой горелки и резистивным нагревом получены образцы, не уступающие по характеристикам коммерчески доступным сцинтилляторам аналогичного состава.
  • На примере бинарных стекол в системах Сa-Si, Sr-Si, Ba-Si, Li-Si установлено, что повторное переплавление стекла в воздушной атмосфере приводит к смещению баланса зарядовых состояний в парах Ce3+ / Ce4+ и Tb3+ / Tb4+ в сторону четырехвалентных. Использование активированной фритты для изготовления стекол, таким образом, не продемонстрировало очевидных технологических преимуществ над варкой стекла из шихты.
  • Продемонстрированы характеристики материалов на основе сложных оксидов со структурой граната, позволяющие их рассматривать для регистрации нейтронов в ускорительных установках – высокая радиационная стойкость и возможность получения малого времени временных совпадений.

Внедрение результатов исследования:

  • Разрабатываемые материалы и детекторные модули могут быть использованы в исследовательском оборудовании, оборудовании для нейтронографии, оборудовании для контроля за распространением делящихся материалов. В данный момент проект находится на исследовательской стадии, разработка готовых для внедрения решений не предусмотрена.

Образование и переподготовка кадров:

  •   В составе научного коллектива 4 аспиранта выполняют работы по направлению проекта – в области технологии люминесцентных материалов и материалов для оптики.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

  • В рамках выполнения проекта в лаборатории создается измерительная база для исследования сцинтилляционных характеристик.

Другие результаты:

  • Заявка на патент РФ: RU 2017141977. Способ регистрации нейтронов и устройство для его осуществления. Коржик Михаил Васильевич, Федоров Андрей Анатольевич, Мечинский Виталий Александрович, Досовицкий Алексей Ефимович, Досовицкий Георгий Алексеевич. Дата приоритета 01.12.2017.

Сотрудничество:

  • НИИ ядерных проблем БГУ (Беларусь): совместные исследования ускорения процессов измерений разрабатываемых материалов, публикации по теме и научные мероприятия
  • Crystal Clear Collaboration (RD18), ЦЕРН (Швейцария): использование инфраструктуры ЦЕРНа и участников коллаборации для проведения измерений и поиска пользователей разрабатываемых материалов для создания экспериментальных установок на ускорителях
  • Гисенский университет имени Юстуса Либиха (Германия): совместные исследования и публикации, использование инфраструктуры университета в рамках сотрудничества для проведения измерений с источниками нейтронов различных энергий


Скрыть Показать полностью
Dosovitskiy G.
Raw Materials for Bulk Oxide Scintillators for Gamma-Rays, Charged Particles and Neutrons Detection. In: Korzhik M., Gektin A. (eds.) Engineering of Scintillation Materials and Radiation Technologies. ISMART 2016. Springer Proceedings in Physics 200: 85–103 (2017).
Tratsiak Y., Fedorov A., Dosovitsky G., Akimova O., Gordienko E., Korjik M., Mechinsky V., Trusova E.
Scintillation efficiency of binary Li2O-2SiO2 glass doped with Ce3+ and Tb3+ ions. Journal of Alloys and Compounds 735: 2219–2224 (2018).
Tratsiak Y., Trusova E., Dosovitsky G., Fasoli M., Korjik M., Moretti F., Vedda A.
Photo- and radio-luminescence properties of 3CaO-2SiO2 and 3CaF2-2SiO2 glasses doped by Ce3+ ions. Journal of Luminescence 188(8): 289–294 (2017).
М.В. Коржик
Стеклокерамические материалы для регистрации нейтронов. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наук 4:, 67-71 (2018)
E. Auffray, R. Augulis, A. Fedorov, G. Dosovitskiy, L. Grigorjeva, V. Gulbinas, M. Koschan, M. Lucchini, C. Melcher, S. Nargelas, G. Tamulaitis, A. Vaitkevičius, A. Zolotarjovs, M. Korzhik
Excitation Transfer Engineering in Ce‐Doped Oxide Crystalline Scintillators by Codoping with Alkali‐Earth Ions. Physica Status Solidi (a) 215(7): 1700798 (2018).
Фотоальбомы
Четверг , 26.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Квантовая оптика в алмазах

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр Казанский научный центр Российской академии наук»

Технологии материалов

Казань

Хеммер Филип Роберт

США

2018-2020

Лаборатория биомиметических полимеров

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук»

Технологии материалов

Санкт-Петербург

Шейко Сергей Станиславович

США, Россия

2018-2020

Лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Технологии материалов

Санкт-Петербург

Захидов Анвар Абдулахадович

США, Россия

2017-2021