СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ МОНОКРИСТАЛЛЫ KDP:Tl И KDP:Ce АКТИВИРОВАННЫЕ ТАЛЛИЕМ И ЦЕРИЕМ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ

Abstract

Исследовано детектирование быстрых нейтронов и гамма-излучения новыми неорганическими монокристаллами группы KDP, активированных таллием Tl+ или церием Се3+ и выращенных из водных растворов. Возникновение люминесценции при облучении быстрыми нейтронами в сцинтилляционных кристаллах KDP:Tl обусловлено вторичным ионизирующим излучением (протоны отдачи и ядра отдачи кислорода) с возбуждением активатора при ионизационных потерях на торможение, а также рекомбинационным механизмом с участием радиационных дефектов водородной подрешетки, передающих электронные возбуждения в окрестность центра свечения Tl+. В кристаллах KDP:Се механизм возбуждения активатора имеет аналогичный характер, но сама люминесценция обусловлена переходом 5d ® 4f в ионах Се3+. Для активированных кристаллов KDP:Tl и KDP:Ce теоретически и экспериментально определена эффективность детектирования быстрых нейтронов, а также проведено сравнение с органическими (пластмассовыми) сцинтилляторами. Для обработанных кристаллов размером 10х10х10 мм3 с оптимальной концентрацией активатора эффективность детектирования быстрых нейтронов при облучении 239Pu-Be источником достигает 12% для KDP:Tl и 16% для KDP:Ce, что находится в хорошем согласии с приведенным теоретическим расчетом и не уступает параметрам распространенных органических сцинтилляторов. Обнаружена высокая естественная селективность KDP-сцинтилляторов при детектировании быстрых нейтронов за счет их низкой чувствительности к гамма-излучению. При этом внутреннее разделение n/γ сигналов (отношение эффективностей детектирования при регистрации быстрых нейтронов и гамма-квантов) для активированных кристаллов KDP в 7-8 раз превосходит параметры традиционных пластиковых сцинтилляторов.

Keywords

• быстрые нейтроны, KDP-монокристаллы, сцинтилляционные детекторы, эффективность детектирования, нейтрон/гамма дискриминация