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
Лаборатория. Приглашенный ученый Холкин Андрей Леонидович

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"

Технологии материалов

Томск

Холкин Андрей Леонидович

Португалия

2021-2023

Лаборатория. Приглашенный ученый Кайбышев Рустам Оскарович

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева"

Технологии материалов

Москва

Кайбышев Рустам Оскарович

Россия

2021-2023

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