НОВЫЕ СКАНДИЙ-СОДЕРЖАЩИЕ КРИСТАЛЛЫ

НОВЫЕ СКАНДИЙ-СОДЕРЖАЩИЕ КРИСТАЛЛЫ

И.О. Фамилия¹, И.О. Фамилия¹, И.О. Фамилия², И.О. Фамилия², И.О. Фамилия^1,2

¹Акционерное общество «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет», г. Москва, РФ

²ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва, РФ

e-mail: (электронная почта одного автора для обратной связи)

Производством кристаллов сцинтилляторов и изготовлением пикселей для детектирующего устройства занимается АО «Гиредмет». Впервые в России АО «Гиредмет» приступил к разработке промышленного производства нового сцинтилляционного материала – лютеций-иттриевого оксиортосиликата, легированного ионами церия, Ce:(Lu,Y)2SiO5, для позиционно-эмиссионных томографов 5-го поколения.

Кристаллы диаметром не менее 65-мм, длиной более 200 мм и весом не менее 4-5 кг будут выращиваться методом Чохральского из иридиевых тиглей диаметром более 120 мм. Открываемое производство будет основано на отечественном ростовом оборудовании. С этой целью в 2020 г. создана установка «Ника-3Л», разработанная с учетом опыта эксплуатации иностранных установок по выращиваю кристаллов ортосиликатов РЗЭ, на базе отечественной установки «Ника» производства ФГУП ЭЗАН. Технология производства кристаллов на отечественной установке разработана в АО «Гиредмет» и не имеет аналогов как в России, так и за рубежом.

Автоматизированная ростовая установка «Ника-3Л» обеспечивает температуру процесса выращивания кристалла не менее 2200°С, что достаточно для получения кристаллов высокотемпературных редкоземельных соединений, в том числе ортосиликата лютеция.

Функциональные свойства оксиортосиликатов редкоземельных элементов (Re), состава Re2SiO5 сочетаются с очень высокой радиационной и химической стойкостью, достаточно высокой теплопроводностью и отсутствием гигроскопичности.

С целью снижения температуры выращивания кристаллов оксиортосиликатов лютеция, авторами настоящей работы изучена фазовая диаграмма системы: ортосиликат лютеция – ортосиликат скандия (рис.1), и обнаружен состав с более низкой температурой плавления. Параметры новых сцинтилляционных кристаллов приведены в работе [1]. Определено, что кристаллы оксиортосиликатов лютеция, легированные скандием, кальцием и церием, имеют очень короткое время сцинтилляции 22-26 нс, которое является важнейшим параметром для новейших томографов с время пролетной технологией. Кроме того, выращивание кристаллов из расплава такого состава позволит уменьшить износ иридиевого оснащения ростовой установки.

Рис. 1 Температура плавления кристаллов

Lu_(2-x)Sc_xSiO₅

Литература:

1. М.В. Белов, М.В. Завертяев, А.И. Загуменный и др. Влияние дефектов на сцинтилляционные свойства кристаллов оксиортосиликатов Ce:Sc:LFS. Краткие сообщения по физике, 8 (2017) 25-33.

2. Z. Wang and A. Meijerink, J. Phys. Chem. Lett. 9 (2018) 1522–1526.