vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2021-57-2-217-223vestifm-588Research ArticleФИЗИКАPHYSICSГадолиний-содержащее сцинтилляционное стекло для регистрации нейтронов в широком диапазоне энергийGadolinium contained scintillation glass for neutron detection in a wide energy range.КоржикМ. В.KorzhikM. V.

Коржик Михаил Васильевич – доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, Институт ядерных проблем

ул. Бобруйская, 11, 220030, г. Минск, Республика Беларусь

Mikhail V. Korzhik – D r. Sc. ( Physics a nd Mathematics), Head of the Laboratory

11, Bobruiskaya Str., 220030, Minsk, Republic of Belarus

korzhik@inp.bsu.byИнститут ядерных проблем Белорусского государственного университетаInstitute of Nuclear Problems of the Belarus State University202115072021572217223Copyright © Коржик М.В., 20212021Коржик М.В.Korzhik M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/588

Неорганические сцинтилляционные стекла формируют домен быстроразвивающихся детекторных материалов, используемых для детектирования различных видов ионизирующего излучения. Наибольшее распространение получили литий-силикатные стекла, обогащенные изотопом 6Li, которые используются для регистрации тепловых нейтронов. Вместе с тем в силу специфики энергетической зависимости сечения нейтронов легких ядер такие материалы малопригодны для регистрации эпитермальных и более высокоэнергетичных нейтронов. Использование редкоземельных элементов в составе стекол позволяет повысить чувствительность к нейтронам. В системе BaO–Gd2O3–SiO2 при активации ионами церия впервые создано сцинтилляционное стекло с выходом не менее 2500 фот/МэВ, что позволяет создавать недорогие детекторные элементы значительного объема для регистрации нейтронов. Установлено, что детекторы на основе стекла BaO–Gd2O3–SiO2 обладают удовлетворительными детекторными свойствами при регистрации нейтронов в широком спектре их энергий.

Inorganic scintillation glasses form a domain of rapidly evolving detector materials used to measure various types of ionizing radiation. The most widespread are lithium-silicate glasses enriched with the 6Li isotope, which are used to register thermal neutrons. At the same time, due to the specificity of the energy dependence of the neutron cross-section of light nuclei, such materials are of little use for the evaluation of epithermal and more highly energetic neutrons. The use of rare earth elements in the composition of glasses makes it possible to increase the sensitivity to neutrons. In the BaO–Gd2O3–SiO2 system, doped with Ce ions, a scintillation glass with a yield of at least 2500 photons / MeV was created for the first time, which permits to create inexpensive detector elements of a significant volume for registering neutrons. It has been shown that a detector based on BaO–Gd2O3–SiO2 glass has satisfactory properties when detecting neutrons in a wide spectrum of their energies.

сцинтилляторстеклосветовыходгадолинийнейтронscintillatorglasslight yieldgadoliniumneutronReferencesLecoq, P. Inorganic Scintillators for detecting systems / P. Lecoq, A. Gektin, M. Korzhik. – Springer, 2017. – 408 p.Lecoq P., Gektin A., Korzhik M., Inorganic Scintillators for Detecting Systems, Springer, 2017. 408 p.Коржик, М. В. Стеклокерамические материалы для регистрации нейтронов / М. В. Коржик // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-мат. навук. – 2018. – № 4. – С. 67–71.Korjik M. V. Glass-ceramic materials for neutron registration. Vestsі Natsyianal’nai akademіі navuk Belarusі. Seryia fіzіka-matematychnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics series, 2018, no.4, pp. 67–71 (in Russian).Detection of neutrons in a wide energy range with crystalline Gd3Al2Ga3O12, Lu2SiO5 and LaBr3 doped with Ce scintillators / M. Korzhik [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. – 2019. – Vol. 931. – Р. 88–91. https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.04.034Korzhik M., Brinkmann K.-Th., Dosovitskiy G., Dormenev V., Fedorov A., Komar D., Kozemiakin V., Kozlov D., Mechinsky V., Zaunick H.-G., Yashin I., Iyudin A., Bogomolov V., Svertilov S., Maximov I. Detection of neutrons in a wide energy range with crystalline Gd3Al2Ga3O12, Lu2SiO5 and LaBr3 doped with Ce scintillators. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 2019, vol. 931, pp. 88–91. https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.04.034Sensitivity of GAGG based scintillation neutron detector with SiPM readout / A. Fedorov [et al.] // Nucl. Eng. Technol. – 2020. – Vol. 52, № 10. – P. 2306–2312. https://doi.org/10.1016/j.net.2020.03.012Fedorov A., Gurinovich V., Guzov V., Dosovitskiy G., Korzhik M., Kozhemyakin V., Lopatik A., Kozlov D., Mechinsky V., Retivov V. Sensitivity of GAGG based scintillation neutron detector with SiPM readout. Nuclear Engineering and Technology, 2020, vol. 52, no. 10, pp. 2306–2312. https://doi.org/10.1016/j.net.2020.03.012Scintillation efficiency of binary Li2O-2SiO2 g lass d oped w ith C e3+ a nd T b3+ ions / Y. Tratsiak [et al.] // J. Alloys Compd. – 2018. – Vol. 735. – P. 2219–2224. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.11.386Tratsiak Y., Fedorov A., Dosovitsky G., Akimova O., Gordienko E., Korjik M., Mechinsky V., Trusova E. Scintillation efficiency of binary Li2O-2SiO2 g lass d oped w ith C e3+ a nd T b3+ ions. Journal of Alloys and Compounds, 2018, vol. 735, pp. 2219–2224. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.11.386Li-Based glasses for neutron detection – classic material revisited / G. Dosovitskiy [et al.] // Rev. J. Chem. – 2020. – Vol. 10, № 1/2. – P. 1–11. https://doi.org/10.1134/s207997802001001xDosovitskiy G., Akimova O., Amelina A., Belus S., Fedorov A., Karpyuk P., Kozlov D., Mechinsky V., Mikhlin A., Retivov V., Smyslova V., Volkov P., Korzhik M. Li-Based glasses for neutron detection – classic material revisited. Review Journal of Chemistry, 2020, vol. 10, no. 1–2, pp. 1–11. https://doi.org/10.1134/s207997802001001xDSB: Ce3+ scintillation glass for future / E. Auffray [et al.] // J. Phys.: Conf. Ser. – 2015. – Vol. 587. – P. 012062. https://doi.org/10.1088/1742-6596/587/1/012062Auffray E., Akchurin N., Benaglia A., Borisevich A., Cowden C., Damgov J., Dormenev V., Dragoiu C., Dudero P., Korjik M., Kozlov D., Kunori S., Lecoq P., Lee S. W., Lucchini M., Mechinsky V., Pauwels K. DSB: Ce3+ scintillation glass for future. Journal of Physics: Conference Series, 2015, vol. 587, pp. 012062. https://doi.org/10.1088/1742-6596/587/1/012062Distribution of luminescent centers in Ce3+-ion doped amorphous stoichiometric glass BaO–2SiO2 and dedicated glass ceramics / M. Korjik [et al.] // Opt. Mater. – 2015. – Vol. 47. – P. 129–134. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2015.07.014Korjik M. V., Vaitkevicius A., Dobrovolskas D., Tret’yak E. V., Trusova E., Tamulaitis G. Distribution of luminescent centers in Ce3+-ion doped amorphous stoichiometric glass BaO–2SiO2 and dedicated glass ceramics. Optical Materials, 2015, vol. 47, pp. 129–134. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2015.07.014Thermodynamic modeling of the BaO-SiO2 and SrO-SiO2 binary melts / A. Romero-Serrano [et al.] // Glass Phys. Chem. – 2010. – Vol. 36, № 2. – P. 171–178. https://doi.org/10.1134/s1087659610020045Romero A., Cruz A., Zeifert B. H., Hallen-Lopez M. Thermodynamic modeling of the BaO-SiO2 and SrO-SiO2 binary melts. Glass Physics and Chemistry, 2010, vol. 36, no. 2, pp. 171–178. https://doi.org/10.1134/s1087659610020045Zhang, R. A thermodynamic assessment of the BaO-MgO, BaO-CaO, BaO-Al2O3 and BaO-SiO2 systems [Electronic Resource] / R. Zhang, P. Taskinen // Aalto University. – 2014. – Mode of access: https://aaltodoc.aalto.fi/bitstream/handle/123456789/12848/isbn9789526056135.pdf?sequence=1&isAllowed=yZhang R., Taskinen P. A thermodynamic assessment of the BaO-MgO, BaO-CaO, BaO-Al2O3 and BaO-SiO2 systems. Aalto University. 2014. Available at: https://aaltodoc.aalto.fi/bitstream/handle/123456789/12848/isbn9789526056135.pdf?sequence=1&isAllowed=yExperimental time resolution limits of modern SiPMs and TOF-PET detectors exploring different scintillators and Cherenkov emission / S. Gundacker [et al.] // Phys. Med. Biol. – 2020. – Vol. 65, № 2. – P. 025001. https://doi.org/10.1088/1361-6560/ab63b4Gundacker S., Turtos R. M., Kratochwil N., Pots R. H., Paganoni M., Lecoq P., Auffray E. Experimental time resolution limits of modern SiPMs and TOF-PET detectors exploring different scintillators and Cherenkov emission. Physics in Medicine & Biology, 2020, vol. 65, no. 2, pp. 025001. https://doi.org/10.1088/1361-6560/ab63b4Временные и спектральные характеристики детекторов на основе неорганического сцинтиллятора Се: ГАГГ при использовании вакуумных и кремниевых фотоприемников / В. Богомолов [и др.] // Приборы и техника эксперимента. – 2020. – № 5. – С. 23–21.Bogomolov V., Dosovitskiy G., Iyudin A., Korjik M., Tikhomirov S., Svertilov S., Kozlov D., Yashin I. The Timing and Spectral Characteristics of Detectors Based on a Ce:GAGG Inorganic Scintillator Using Photomultiplier Tubes and Silicon Photodetectors. Pribory i tekhnika experimenta = Instruments and experimental technique, 2020, vol. 63, no. 5, pp. 633–640. https://doi.org/10.1134/s0020441220050097

The authors declare that there are no conflicts of interest present.