Оптический материал, позволяющий визуализировать радиацию, разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с китайскими коллегами. По их словам, исследованный тип оксидного неорганического стекла может иметь широкое применение в различных областях фотоники и оптоэлектроники. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Luminescence.
Сцинтилляторы – вещества, излучающие видимый свет при попадании в них заряженных частиц. Как объяснили ученые ТПУ, эти вещества незаменимы при создании детекторов и дозиметров радиационного излучения, а также в медицинской оптоэлектронике, системах безопасности и ряде других областей.
Одним из наиболее перспективных сцинтилляторов, по словам ученых ТПУ, являются многокомпонентные стекла с высоким содержанием редкоземельных ионов. Их главный конкурент в этой нише – неорганические монокристаллы – пока что серьезно превосходит стекла по эффективности, отличаясь от них крайне высокой стоимостью и трудоемкостью в изготовлении.
Технология, созданная учеными ТПУ совместно с китайскими коллегами, позволяет получать сцинтилляторы из многокомпонентных стекол со световым выходом порядка 60 процентов относительно кристаллов ортогерманата висмута (Bi4Ge3O12), распространенных сегодня на рынке.
"Многокомпонентные аморфные системы имеют высокую растворяющую способность по отношению к редкоземельным ионам, что позволяет создавать оптический материал с высокой прозрачностью и влагостойкостью. Достигнутый нами уровень в 63,9 процента интегральной сцинтилляционной эффективности относительно кристаллических аналогов позволяет надеяться, что в перспективе такие стекла найдут более широкое применение в оптоэлектронике", — отметил доцент отделения материаловедения ТПУ Дамир Валиев.
В качестве основы стекла была выбрана бороксилатная система состава Al2O3—B2O3—SiO2—BaCO3—Gd2O3—P2O5, активированная ионами тербия Тb3+. Главный результат работы, по словам авторов, – обнаружение оптимального уровня ионов тербия, составляющего около 10 процентов молярной концентрации.
Полученные данные, как отметили ученые ТПУ, в перспективе могут использоваться при производстве высокоэффективных излучательных систем и детекторов ионизирующих излучений, в том числе перспективных световолоконных детекторов с пространственным разрешением. Применение новой технологии позволит существенно снизить стоимость таких устройств, как медицинский компьютерный томограф и целого ряда других, уверены ученые.
Работа проводилась совместно со специалистами Чанчуньского университета науки и технологий (CUST). В дальнейшем научный коллектив планирует продолжить исследование многокомпонентных стекол переменного состава.