Radiační příprava práškových scintilátorů Jakub Kliment Katedra Jaderné chemie FJFI ČVUT Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Obsah prezentace Scintilátor, scintilační detektor Scintilátor, scintilační detektor Y2O3 Y2O3 Příprava materiálu Příprava materiálu Termoanalýza Termoanalýza Rentgenová difrakce Rentgenová difrakce Zhodnocení práce Zhodnocení práce

Scintilátor Materiál, který vykazuje schopnost scintilace, tj. při interakci ionizujícím zářením přemění absorbovanou energii na proud fotonů (malý světelný záblesk obvykle ve viditelném spektru) Materiál, který vykazuje schopnost scintilace, tj. při interakci ionizujícím zářením přemění absorbovanou energii na proud fotonů (malý světelný záblesk obvykle ve viditelném spektru) Práškový scintilátor– z krystalků nanoprášku Práškový scintilátor– z krystalků nanoprášku Příkladem Příkladem právě Y 2 O 3 právě Y 2 O 3 Ukázka scintilátoru (plastového)

Princip scint. detektoru

Žádoucí vlastnosti scintilátorů Rychlost přeměny ionizační energie do formy fotonů (řádově ns) Rychlost přeměny ionizační energie do formy fotonů (řádově ns) Vysoká efektivnost Vysoká efektivnost Průhlednost pro vlastní scintilační světlo Průhlednost pro vlastní scintilační světlo Odolnost vůči náročnějším podmínkám (teplota,tlak…) Odolnost vůči náročnějším podmínkám (teplota,tlak…) Přijatelná výrobní cena Přijatelná výrobní cena

Příprava Y 2 O 3 1) Příprava vodného roztoku 1) Příprava vodného roztoku Y 2 (NO 3 ) 3 + HCOONH 4 o vhodné koncentraci Y 2 (NO 3 ) 3 + HCOONH 4 o vhodné koncentraci 2) Ozáření rtuťovou výbojkou = působení UV záření 2) Ozáření rtuťovou výbojkou = působení UV záření Radiolýza vody: H 2 0 → e aq,H, OH, H 2, H 2 O 2, H + Radiolýza vody: H 2 0 → e aq,H, OH, H 2, H 2 O 2, H + Redukce Y 3+ iontů Redukce Y 3+ iontů Oxidace rozpuštěným kyslíkem Oxidace rozpuštěným kyslíkem

Příprava Y 2 O 3

3) Filtrace koloidního podílu od vody 3) Filtrace koloidního podílu od vody

Příprava Y 2 O 3 Filtrační aparatura Filtrační aparatura

Příprava Y 2 O 3 4) Termoanalýza 4) Termoanalýza

Příprava Y 2 O 3 5) Tepelné opracování 5) Tepelné opracování

Rentgenová difrakce Vznik rentgenových paprsků v rengtenové lampě Vznik rentgenových paprsků v rengtenové lampě Emitované elektrony z Wo-katody zasáhnou Cu-anodu Emitované elektrony z Wo-katody zasáhnou Cu-anodu V důsledku toho vyrazí elektrony z určitých slupek na vyšší energetické hladiny V důsledku toho vyrazí elektrony z určitých slupek na vyšší energetické hladiny Na jejich místo jiné elektrony, ztrácí energii ve formě záření Na jejich místo jiné elektrony, ztrácí energii ve formě záření Kα 1, Kα 2, Kα 1, Kα 2, Kβ (pohlc. vrstvou Ni) Kβ (pohlc. vrstvou Ni)

Rentgenová difrakce

Při splnění Braggovy podmínky paprsky interferují nλ = 2d sin Θ Při splnění Braggovy podmínky paprsky interferují nλ = 2d sin Θ V tomto případě vzniká (při Θ charakteristickém pro daný materiál) impuls s vyšší intenzitou, zachycen detektorem V tomto případě vzniká (při Θ charakteristickém pro daný materiál) impuls s vyšší intenzitou, zachycen detektorem Detektor se vůči rtg lampě otáčí, mění se Θ Detektor se vůči rtg lampě otáčí, mění se Θ Porovnání s již Porovnání s již známými daty známými daty

Rentgenová difrakce

Y2O3Y2O3Y2O3Y2O3 Měření povrchu Měření povrchu m 2 / 1g látky m 2 / 1g látky selektivní adsorbce N ve směsi s H (N:H v poměru 5:1 selektivní adsorbce N ve směsi s H (N:H v poměru 5:1 průtok měrnou a srovnávací větví k tepelně vodivostním čidlům průtok měrnou a srovnávací větví k tepelně vodivostním čidlům Porovnává se změna poměru N:H Porovnává se změna poměru N:H Nejprve změříme standard TiO 2 o známém měrném povrchu Nejprve změříme standard TiO 2 o známém měrném povrchu S vz = S s (n s P vz /n vz P s ) S vz = S s (n s P vz /n vz P s ) Svz stanovena na 53,7 m 2 /g (Y 2 O ° C) Svz stanovena na 53,7 m 2 /g (Y 2 O ° C)

Y2O3Y2O3Y2O3Y2O3 Vylisování tabletky z Y 2 O 3 Vylisování tabletky z Y 2 O 3

Y2O3Y2O3Y2O3Y2O3

Y2O3Y2O3Y2O3Y2O3 Závěry: Závěry: Příprava nanokrystalického Y 2 O 3 fotochemickou metodou Příprava nanokrystalického Y 2 O 3 fotochemickou metodou Vysoký měrný povrch Vysoký měrný povrch Tepelné opracování při teplotě pouhých 500 ° C Tepelné opracování při teplotě pouhých 500 ° C Pravidelná krystalická zrna (100 nm) z úzkou distribucí velikostí Pravidelná krystalická zrna (100 nm) z úzkou distribucí velikostí Příprava rychlá, účinná, levná Příprava rychlá, účinná, levná