168. Явецький Роман Павлович. Радіаційно-індуковані дефекти у кристалах складних боратів Li6- x(Na,Mg)xGd(BO3)3:Ce та Li6Gd(Y)1-xEux(BO3)3: дис... канд. фіз.-мат. наук: 01.04.07 / НАН України ; Інститут монокристалів. - Х., 2005. - 19 с.
Анотація до роботи:
Явецький Р.П., Гриньов Б.В., Дубовик М.Ф., Коршикова Т.І., Толмачов О.В., Шеховцов О.М., Зеленська О.В. Особливості отримання нового монокристала Li6Gd(BO3)3 для сцинтиляційної техніки // Вісник Львівського Університету, серія фізична. – 2002. – Т. 35. – С. 145-149.
Korshikova T.I., Yavetskiy R.P., Tolmachev A.V. Peculiarities of the phase formation in Li2O-Na2O-Gd2O3-B2O3 system // Functional materials. – 2003. – V.10, N3. – P.407-412.
Долженкова Е.Ф., Дубовик М.Ф., Толмачев А.В., Явецкий Р.П. Макро- и микродефекты в монокристаллах Li6GdB3O9 и Li6-xNaxGdB3O9, выращенных методом Чохральского // Неорганические материалы. – 2004. – Т. 40, №8. – С. 981-985.
Явецкий Р.П., Толмачев А.В.Термостимулированная люминесценция модифицированных монокристаллов ортобората лития и гадолиния Li6-xNaxGd(BO3)3:Се // Письма в Журнал технической физики. – 2004. – Т. 30, вып.23. – С. 8–14.
Yavetskiy R., Dubovik M., Tolmachev A., and Tarasov V. Radiation defects in Li6Gd(BO3)3:Eu3+ single crystals // Phys. Stat. Sol. (c).–2005.–V.2, N.1.–P.268–271.
Деклараційний патент на винахід № 66072A Україна, М.кл. 7С30В29/28. Спосіб отримання шихти чистого та модифікованого змішаного ортоборату літію та гадолінію // Гриньов Б.В., Дубовик М.Ф., Коршикова Т.І., Толмачов О.В., Шеховцов О.М., Явецький Р.П. Заявлено 21.07.2003; Опубліковано 15.04.2004. Бюл. №4.
АНОТАЦІЇ
Р.П.Явецький, Радіаційно-індуковані дефекти у кристалах складних боратів Li6-x(Na,Mg)xGd(BO3)3:Ce та Li6Gd(Y)1-xEux(BO3)3. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07. – фізика твердого тіла. – Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2005.
Дисертація присвячена дослідженню радіаційних дефектів у монокристалах Li6Gd(Y)1-xEux(BO3)3, Li6-x(Na,Mg)xGd(BO3)3:Ce. Вивчені особливості синтезу сполук Li6Gd(Y)1-xEux(BO3)3, Li6-x(Na,Mg)xGd(BO3)3:Ce за методом твердофазного синтезу та визначені умови вирощування однорідних монокристалів. Досліджені механічні властивості та реальна структура вирощених монокристалів, визначені системи площин спайності та ковзання в монокристалах Li6RE(BO3)3 (RE=Eu, Y). Методами оптичного поглинання, фотолюмінесценції, термічного знебарвлення та термостимульованої люмінесценції вивчені радіаційно-індуковані дефекти в монокристалах Li6Gd(Y)1-xEux(BO3)3, Li6-x(Na,Mg)xGd(BO3)3:Ce. Визначені енергетичні параметри пасток носіїв заряду. Визначені основні дозиметричні характеристики вирощених кристалів. Отримані результати свідчать, що кристали Li6Gd1-xEux(BO3)3, Li6Y1-xEux(BO3)3 є перспективними матеріалами для детектування теплових нейтронів у змішаних n/g-полях.
У дисертаційній роботі проведено комплексне дослідження структурних параметрів, оптичних і люмінесцентних властивостей (поглинання, фото-, рентгено-, термостимульованої люмінесценції) нових монокристалів Li6Gd(BO3)3, модифікованих Na, Mg та активованих церієм, та монокристалів твердих розчинів ізоструктурних сполук Li6Gd1-xEux(BO3)3, Li6Y1-xEux(BO3)3 (x=0-1). Проаналізовані механізми утворення та параметри радіаційно-індукованих дефектів у кристалічній гратці цих матеріалів. Отримані такі нові наукові та практичні результати:
Вивчено вплив домішок натрію та магнію на процес твердофазного синтезу LGBO. Встановлено, що домішка натрію суттєво (на ~100 К) знижує температуру утворення сполуки LGBO, що пов’язується з появою рідкої фази натрієвих боратів 5Na2O2B2O3, 3Na2O2B2O3 та підвищенням реакційної здатності суміші. Методами ДТА, РФА визначені концентраційні межі існування монофазних сполук Li6-xNaxGd(BO3)3 (x0.3) та Li6-xMgx/2Gd(BO3)3 (x0.3). Запропоновано механізми заміщення та компенсації надлишкового заряду: , для натрію та для магнію. Вивчено особливості синтезу сполук Li6Y(BO3)3, Li6Eu(BO3)3. Доведено, що бінарні системи LGBO-LEBO та LYBO-LEBO характеризуються необмеженою розчинністю та існуванням твердих розчинів заміщення у всьому концентраційному інтервалі.
Вперше за методом Чохральського у повітряному середовищі вирощені номінально чисті та активовані церієм модифіковані монокристали Li5.7Na0.3Gd(BO3)3, Li5.7Mg0.15Gd(BO3)3, та монокристали твердих розчинів Li6Gd1-xEux(BO3)3, Li6Y1-xEux(BO3)3 діаметром до 20 мм та довжиною до 25 мм. Встановлені ефективні коефіцієнти розподілу модифікуючих домішок Na (Keф.»0.3), Mg (Keф.»0.5) та активаторів Се (Keф.»0.1), Eu (Keф.»1). Визначені основні структурні дефекти в вирощених кристалах (включення, пори, свілі) та причини їх виникнення (концентраційне переохолодження, висока в’язкість розплаву).
Встановлено, що кристали ізоструктурних сполук Li6RE(BO3)3 (RE=Eu, Y) мають досконалу спайність вздовж площин (1 0`2), (1 2 1) та (0 1 0). Розрив у кристалі відбувається за найдовшими зв'язками Li–O в Li-п'ятивершинниках та за містковими зв'язками RE–O (RE=Eu, Y). Встановлено, що систему ковзань у кристалах Li6RE(BO3)3 (RE=Eu, Y) визначають площини (001), (100) та (3 3`1). Показано, що BO3-трикутники, що розташовані в площинах (1 0`2), (`301), перешкоджають ковзанню атомних шарів у кристалах при кімнатній температурі.
Встановлено, що у кристалах Li6-xNaxGd(BO3)3:Се та Li6-xMgx/2Gd(BO3)3:Се існують активаторні центри двох типів (I) та (II). Центри I обумовлюють смугу люмінесценції при l»395 нм, а центри II - смугу поглинання з переносом заряду (Се4++O2-Се3++O-) при l»300 нм. У кристалах Li6Gd1-xEux(BO3)3, Li6Y1-xEux(BO3)3 смуги поглинання з переносом заряду Eu3++O2-Eu2++O- при l»245-275 нм та люмінесценції в діапазоні l=575-725 нм обумовлені існуванням активаторного центру . Показано, що імовірність переносу енергії Gd3+Eu3+ та критичний радіус переносу в кристалах Li6Gd0.97Eu0.03(BO3)3 складають Pdd~3104 с-1 та Rc~7 Е, відповідно.
Запасання світлосуми кристалами Li6-xNaxGd(BO3)3:Се та Li6-xMgx/2Gd(BO3)3:Се пов’язане зі створенням та термічним розпадом центрів ТСЛ та , відповідно. Пастки носіїв заряду в кристалах Li6-xNaxGd(BO3)3:Се та Li6-xMgx/2Gd(BO3)3:Се віднесені до електронних центрів захоплення з наступними параметрами: Т1=362 К, Т2»420 К; Е1»0.76 eВ, E2»0.82 eВ, перший порядок кінетики; та Т1»390, Т2»425 К, Т3»460 К; E1»0.8 еВ, E2»0.84 еВ, E3»1.1 еВ, перший порядок кінетики, відповідно. Світлосума, що запасається кристалами Li6-xNaxGd(BO3)3:Се та Li6-xMgx/2Gd(BO3)3:Се, у 20 разів перевищує світлосуму кристалів Li6Gd(BO3)3:Се, що пов’язується з більшою імовірністю формування електронних центрів захоплення в кисневому оточенні іона-модифікатора.
Показано, що в кристалах Li6Gd1-xEux(BO3)3, Li6Y1-xEux(BO3)3 в інтервалі температур Т=300-650 К існують щонайменше три типи пасток носіїв заряду з наступними параметрами: Т1»360 К, Т2»440 К, Т3»465 К, E3»1.2 еВ, перший порядок кінетики, та Т1»370 К, Т2»440 К, Т3»488 К, E3»1.25 еВ, перший порядок кінетики, відповідно. Визначені концентраційні інтервали прояву ТСЛ кристалами Li6Gd1-xEux(BO3)3 (0.003х0.07) та Li6Y1-xEux(BO3)3 (0.002х0.03).
Методами оптичного поглинання, ФЛ, ТСЛ та термічного знебарвлення встановлено, що розпад центрів забарвлення відбувається в області температур основного піку ТСЛ. Ефект ТСЛ кристалів Li6Gd1-xEux(BO3)3, Li6Y1-xEux(BO3)3 пов’язується з термічною релаксацією вакансії літію в складі комплексного радіаційного дефекту з наступною випромінювальною релаксацією іону європію Eu3+.
Визначені основні дозиметричні характеристики вирощених кристалів. Встановлено, що монокристали твердих розчинів заміщення Li6Gd1-xEux(BO3)3, Li6Y1-xEux(BO3)3 є перспективними матеріалами для твердотільної дозиметрії іонізуючого випромінювання, зокрема, з урахуванням елементного складу і густини кристалів, для детектування теплових нейтронів у змішаних n/g-полях. Ефективність ТСЛ кристалів Li6Gd1-xEux(BO3)3, Li6Y1-xEux(BO3)3 при опроміненні b-частинками (джерело 90Sr:90Y) та рентгенівськими променями перевищує ефективність промислового ТЛД-100 (LiF:Mg,Ti) у 5 та 6 разів відповідно, федінг складає 10 % в місяць; інтервал доз, що реєструються, складає 104-106 рад.
