Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів
Для реєстрації рентгенівського випромінювання розроблено технологію одержання гнучких дисперсних сцинтиляційних панелей та елементів з високою рівномірністю сцинтиляційних параметрів (середнє відхилення показників не більше 2 %) і низькою собівартістю. Оптимізовано параметри гнучких сцинтиляційних...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117496 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів / С.М. Галкін, І.А. Рибалка, І.А. Тупіцина, В.С. Звєрєва, В.О. Літічевський // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 6. — С. 39-48. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117496 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Галкін, С.М. Рибалка, І.А. Тупіцина, І.А. Звєрєва, В.С. Літічевський, В.О. 2017-05-23T18:33:48Z 2017-05-23T18:33:48Z 2016 Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів / С.М. Галкін, І.А. Рибалка, І.А. Тупіцина, В.С. Звєрєва, В.О. Літічевський // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 6. — С. 39-48. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin12.06.039 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117496 Для реєстрації рентгенівського випромінювання розроблено технологію одержання гнучких дисперсних сцинтиляційних панелей та елементів з високою рівномірністю сцинтиляційних параметрів (середнє відхилення показників не більше 2 %) і низькою собівартістю. Оптимізовано параметри гнучких сцинтиляційних панелей, що дало можливість отримувати їх з високим просторовим розрізненням. Дані панелі можна застосовувати як підсилюючі екрани в медичній та промисловій рентгенографії. Запропоновано варіанти реалізації двохенергетичних детекторів рентгенівського випромінювання, які ефективно працюють в діапазонах енергій рентгенівського випромінювання (від 20 до 100 кеВ). Можливе їх застосування – в мультиенергетичних сканерах і в медичних комп’ютерних томографах. Для регистрации рентгеновского излучения разработана технология получения гибких дисперсных сцинтилляционных панелей и элементов с высокой равномерностью сцинтилляционных параметров (среднее отклонение показателей не больше 2 %) и низкой себестоимостью. Оптимизированы параметры гибких сцинтилляционных панелей, что дало возможность получать их с высоким пространственным разрешением. Данные панели можно применять в качестве усиливающих экранов в медицинской и промышленной рентгенографии. Предложены варианты реализации двухэнергетических детекторов рентгеновского излучения, эффективно работающих в диапазонах энергий рентгеновского излучения (от 20 до 100 кэВ). Возможные направления их применения — в мультиэнергетических сканерах и в медицинских компьютерных томографах. The technology of flexible panels and dispersed scintillation elements for X-rays registration with high uniformity of scintillation parameters (mean deviation no more than 2%) and low cost is developed. Parameters of flexible scintillation panels have been optimized, which enable their obtaining with high spatial resolution. The panels can be used as intensifying screens in medical and industrial radiography. Variants of the performance of the dual energy X-ray detectors, working effectively in X-ray energy region (from 20 to 100 keV) are proposed. Possible areas of their application - multienergy scanners and medical computer tomography. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Наукові основи інноваційної діяльності Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів Разработка гибких сцинтилляционных панелей на основе халькогенидных и оксидных люминофоров для современных рентгеновских сканеров и томографов The Development of Flexible Scintillation Panels Based on Chalcogenide and Oxide Phosphors for Advanced X-Ray Scanners and Tomographs Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів |
| spellingShingle |
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів Галкін, С.М. Рибалка, І.А. Тупіцина, І.А. Звєрєва, В.С. Літічевський, В.О. Наукові основи інноваційної діяльності |
| title_short |
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів |
| title_full |
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів |
| title_fullStr |
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів |
| title_full_unstemmed |
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів |
| title_sort |
розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів |
| author |
Галкін, С.М. Рибалка, І.А. Тупіцина, І.А. Звєрєва, В.С. Літічевський, В.О. |
| author_facet |
Галкін, С.М. Рибалка, І.А. Тупіцина, І.А. Звєрєва, В.С. Літічевський, В.О. |
| topic |
Наукові основи інноваційної діяльності |
| topic_facet |
Наукові основи інноваційної діяльності |
| publishDate |
2016 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Наука та інновації |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Разработка гибких сцинтилляционных панелей на основе халькогенидных и оксидных люминофоров для современных рентгеновских сканеров и томографов The Development of Flexible Scintillation Panels Based on Chalcogenide and Oxide Phosphors for Advanced X-Ray Scanners and Tomographs |
| description |
Для реєстрації рентгенівського випромінювання розроблено технологію одержання гнучких дисперсних сцинтиляційних панелей та елементів з високою рівномірністю сцинтиляційних параметрів (середнє відхилення показників
не більше 2 %) і низькою собівартістю. Оптимізовано параметри гнучких сцинтиляційних панелей, що дало можливість отримувати їх з високим просторовим розрізненням. Дані панелі можна застосовувати як підсилюючі екрани в
медичній та промисловій рентгенографії. Запропоновано варіанти реалізації двохенергетичних детекторів рентгенівського випромінювання, які ефективно працюють в діапазонах енергій рентгенівського випромінювання (від 20 до 100 кеВ). Можливе їх застосування – в мультиенергетичних сканерах і в медичних комп’ютерних томографах.
Для регистрации рентгеновского излучения разработана технология получения гибких дисперсных сцинтилляционных панелей и элементов с высокой равномерностью
сцинтилляционных параметров (среднее отклонение показателей не больше 2 %) и низкой себестоимостью. Оптимизированы параметры гибких сцинтилляционных панелей,
что дало возможность получать их с высоким пространственным разрешением. Данные панели можно применять в
качестве усиливающих экранов в медицинской и промышленной рентгенографии. Предложены варианты реализации двухэнергетических детекторов рентгеновского излучения, эффективно работающих в диапазонах энергий рентгеновского излучения (от 20 до 100 кэВ). Возможные направления их применения — в мультиэнергетических сканерах и в медицинских компьютерных томографах.
The technology of flexible panels and dispersed scintillation
elements for X-rays registration with high uniformity
of scintillation parameters (mean deviation no more
than 2%) and low cost is developed. Parameters of flexible
scintillation panels have been optimized, which enable
their obtaining with high spatial resolution. The panels can
be used as intensifying screens in medical and industrial
radiography. Variants of the performance of the dual energy
X-ray detectors, working effectively in X-ray energy region
(from 20 to 100 keV) are proposed. Possible areas of
their application - multienergy scanners and medical computer tomography.
|
| issn |
1815-2066 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117496 |
| citation_txt |
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів для сучасних рентгенівських сканерів та томографів / С.М. Галкін, І.А. Рибалка, І.А. Тупіцина, В.С. Звєрєва, В.О. Літічевський // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 6. — С. 39-48. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT galkínsm rozroblennâgnučkihscintilâcíinihpaneleinaosnovíhalʹkogenídnihtaoksidnihlûmínoforívdlâsučasnihrentgenívsʹkihskanerívtatomografív AT ribalkaía rozroblennâgnučkihscintilâcíinihpaneleinaosnovíhalʹkogenídnihtaoksidnihlûmínoforívdlâsučasnihrentgenívsʹkihskanerívtatomografív AT tupícinaía rozroblennâgnučkihscintilâcíinihpaneleinaosnovíhalʹkogenídnihtaoksidnihlûmínoforívdlâsučasnihrentgenívsʹkihskanerívtatomografív AT zvêrêvavs rozroblennâgnučkihscintilâcíinihpaneleinaosnovíhalʹkogenídnihtaoksidnihlûmínoforívdlâsučasnihrentgenívsʹkihskanerívtatomografív AT lítíčevsʹkiivo rozroblennâgnučkihscintilâcíinihpaneleinaosnovíhalʹkogenídnihtaoksidnihlûmínoforívdlâsučasnihrentgenívsʹkihskanerívtatomografív AT galkínsm razrabotkagibkihscintillâcionnyhpaneleinaosnovehalʹkogenidnyhioksidnyhlûminoforovdlâsovremennyhrentgenovskihskanerovitomografov AT ribalkaía razrabotkagibkihscintillâcionnyhpaneleinaosnovehalʹkogenidnyhioksidnyhlûminoforovdlâsovremennyhrentgenovskihskanerovitomografov AT tupícinaía razrabotkagibkihscintillâcionnyhpaneleinaosnovehalʹkogenidnyhioksidnyhlûminoforovdlâsovremennyhrentgenovskihskanerovitomografov AT zvêrêvavs razrabotkagibkihscintillâcionnyhpaneleinaosnovehalʹkogenidnyhioksidnyhlûminoforovdlâsovremennyhrentgenovskihskanerovitomografov AT lítíčevsʹkiivo razrabotkagibkihscintillâcionnyhpaneleinaosnovehalʹkogenidnyhioksidnyhlûminoforovdlâsovremennyhrentgenovskihskanerovitomografov AT galkínsm thedevelopmentofflexiblescintillationpanelsbasedonchalcogenideandoxidephosphorsforadvancedxrayscannersandtomographs AT ribalkaía thedevelopmentofflexiblescintillationpanelsbasedonchalcogenideandoxidephosphorsforadvancedxrayscannersandtomographs AT tupícinaía thedevelopmentofflexiblescintillationpanelsbasedonchalcogenideandoxidephosphorsforadvancedxrayscannersandtomographs AT zvêrêvavs thedevelopmentofflexiblescintillationpanelsbasedonchalcogenideandoxidephosphorsforadvancedxrayscannersandtomographs AT lítíčevsʹkiivo thedevelopmentofflexiblescintillationpanelsbasedonchalcogenideandoxidephosphorsforadvancedxrayscannersandtomographs |
| first_indexed |
2025-11-26T23:37:57Z |
| last_indexed |
2025-11-26T23:37:57Z |
| _version_ |
1850781628316516352 |
| fulltext |
39
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6): 39—48 doi: https://doi.org/10.15407/scin12.06.039
© С.М. ГАЛКІН, І.А. РИБАЛКА, І.А. ТУПІЦИНА,
В.С. ЗВЄРЄВА, В.О. ЛІТІЧЕВСЬКИЙ, 2016
Для реєстрації рентгенівського випромінювання розроблено технологію одержання гнучких дисперсних сцинти-
ляційних панелей та елементів з високою рівномірністю сцинтиляційних параметрів (середнє відхилення показників
не більше 2 %) і низькою собівартістю. Оптимізовано параметри гнучких сцинтиляційних панелей, що дало можли-
вість отримувати їх з високим просторовим розрізненням. Дані панелі можна застосовувати як підсилюючі екрани в
медичній та промисловій рентгенографії. Запропоновано варіанти реалізації двохенергетичних детекторів рентге-
нівського випромінювання, які ефективно працюють в діапазонах енергій рентгенівського випромінювання (від 20 до
100 кеВ). Можливе їх застосування – в мультиенергетичних сканерах і в медичних комп’ютерних томографах.
К л ю ч о в і с л о в а: композит, сцинтиляційна панель, дрібнокристалічний сцинтилятор, детектор, радіографічний
сканер, іонізуюче випромінення.
С.М. Галкін, І.А. Рибалка,
І.А. Тупіцина, В.С. Звєрєва, В.О. Літічевський
Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, пр. Науки, 60, Харків, 61001,Україна
Тел. (057) 341-02-06, 340-93-99; факс: (057) 340-44-74, 340-93-41; info@isma.kharkov.ua
РОЗРОБЛЕННЯ ГНУЧКИХ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ ПАНЕЛЕЙ
НА ОСНОВІ ХАЛЬКОГЕНІДНИХ ТА ОКСИДНИХ ЛЮМІНОФОРІВ
ДЛЯ СУЧАСНИХ РЕНТГЕНІВСЬКИХ СКАНЕРІВ
ТА ТОМОГРАФІВ
З огляду на зростання терористичних за-
гроз у світі для дотримання громадської без-
пеки підвищується значення огляду багажу
при авіаційних та наземних перевезеннях та в
поштових відділеннях за допомогою рентге-
нівських систем. Для надійного виявлення ви-
бухових речовин на фоні інших матеріалів не-
обхідно реєструвати різницю в щільності ма-
теріалів в межах ± 5 %. Цю вимогу можна
виконати, застосовуючи мультиенергетичне
ска нування об’єктів із використанням енерго-
селективних детекторів. Візуалізація внут ріш-
ньої структури об’єктів за допомогою енер го-
селективних сцинтиляційних детекторів є клю-
човим інструментом підвищення виявної здат-
ності рентгенівських сканерів, а параметри
детекторів в значній мірі визначають якість
одержуваних тіньових зображень.
У детекторах скануючих рентгенівських сис-
тем найчастіше застосовують сцинтиляційні
кристали, композитні сцинтилятори або ке-
раміку [1—3]. Інтенсивність їх люмінесценції
залежить від квантового виходу сцинтилято-
ру, товщини поглинаючого шару і прозорості
сцинтилятору до власного люмінесцентного
випромінювання.
Кристалічний сцинтилятор селенід цинку
(ZnSe) було розроблено і впроваджено у до-
слідне виробництво Інституту сцинтиляцій-
них матеріалів (ІСМА) НАН України. Йому
притаманний надзвичайно високий світловий
вихід (70 тис. фотонів/МеВ) і низький рівень
післясвітіння (< 0,05 % через 10 мс) [4, 5]. Воль-
фрамат цинку ZnWO
4, технологія отримання
якого розроблена в ІСМА НАНУ, має задо-
40 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6)
С.М. Галкін, І.А. Рибалка, І.А. Тупіцина, В.С. Звєрєва, В.О. Літічевський
вільні сцинтиляційні властивості і здатність по-
глинати високоенергетичні рентгенівські кван-
ти завдяки високому атомному номеру.
Ці сцинтилятори можуть бути застосовані
у двохенергетичному детекторі, ZnSe — у низь-
коенергетичному тракті, а ZnWO4 — у висо-
коенергетичному.
Композиційні гнучкі сцинтиляційні панелі
мають ряд істотних переваг у порівнянні з мо-
нокристалічними матеріалами:
відсутність обмежень лінійних розмірів ком-
позитних панелей;
висока однорідність сцинтиляційних пара-
метрів завдяки високій мірі гомогенізації
порошків подрібнених кристалів у процесі
виготовлення сцинтиляційних панелей;
можливість управління вихідними оптич-
ни ми і сцинтиляційними параметрами ком-
позит них сцинтиляторів на стадії виготов-
лення;
здатність варіювання в широкому діапазоні
сцинтиляційних і оптичних характеристик
ком позиційних сцинтиляторів шляхом ви-
го тов лення багатокомпонентних систем (на
ос но ві двох і більше сцинтиляційних мате-
ріалів);
поліпшені механічні і конструкційні влас-
тивості у порівнянні з монокристалічними
аналогами, що дозволяє виготовляти детек-
тори довільної форми.
Розробка технології виготовлення гнучких
композиційних сцинтиляторів є важливим та
актуальним завданням для розвитку сучасно-
го радіаційного приладобудування.
Метою нашої роботи була розробка техно-
логії одержання гнучких дисперсних сцинти-
ляційних панелей та елементів для реєстра-
ції рентгенівського випромінювання. Панелі
мають високу рівномірність сцинтиляційних
параметрів (середнє відхилення показників
не більше 2 %) і з низькою (щодо монокрис-
талів) собівартістю. У перспективі ми прогно-
зували створення наукоємного виробництва
нового класу гнучких сцинтиляційних пане-
лей на основі халькогенідних та оксидних лю-
мінофорів для сучасних рентгенівських ска-
нерів та томографів.
РОЗРОБКА ОСНОВ ТЕХНОЛОГІЧНОГО
ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ КОМПОЗИТНИХ
СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ ПАНЕЛЕЙ
Раніше для виготовлення підсилюючих ек-
ранів для рентгенівської плівки використо ву-
вали люмінофори сульфіду цинку або воль фра-
мату кальцію. Для композитних сцинтилято-
рів вказані люмінофори не придатні через не-
задовільні кінетичні параметри [6—8]. Задачу
отримання швидкодіючих композитних сцин-
тиляційних панелей стало можливим виріши-
ти за рахунок використання порошкоподібних
сцинтиляторів на основі подрібнених криста-
лів або кристалічних оксидних люмінофорів,
отриманих твердофазним синтезом.
Для отримання композитних сцинтиляцій-
них панелей і елементів нами була розроблена
і оптимізована технологічна схема, що вклю-
чає в себе такі стадії:
1) підготовка вихідної сировини;
2) подрібнення сировини;
3) фракціонування сировини;
4) виготовлення сцинтиляційних панелей і
елементів.
Підготовка вихідної сировини в залежності
від конкретного сцинтилятору (ZnSe, ZnWO
4
або ін.) може складатися з твердофазного син-
тезу порошку чи кераміки або вирощування
кристалу з наступним подрібненням вироще-
ного кристалу. Подрібнення кристалів прово-
дять у млині, що забезпечує можливість розмо-
лу кристалів до порошку заданого розміру час-
тинок. Після фракціонування на ситах отрима-
ний сцинтиляційний порошок змішують з силі-
коновою композицією Sylgard і заливають суміш
у форму для отримання композиту заданої тов-
щини і габаритних розмірів. Після полімериза-
ції на композитний сцинтилятор наклеюють
світловідбивач і розрізають на елементи зада-
ного розміру. Різання на елементи з розкидом
лінійних розмірів не більше 0,1 мм проводять з
використанням ріжучого плотера.
41ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6)
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів
ВПЛИВ РОЗМІРУ ЧАСТИНОК
СЦИНТИЛЯТОРУ ZnSe І ТОВЩИНИ
КОМПОЗИТНОГО ЕЛЕМЕНТУ НА ВЕЛИЧИНУ
ВІДНОСНОГО СВІТЛОВОГО ВИХОДУ
СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ ПАНЕЛЕЙ
Для відпрацювання технологічних режимів
виготовлення сцинтиляційних панелей з опти-
мальними функціональними параметрами на-
ми була визначена залежність світлового ви-
ходу елементу від розміру частинок сцинтиля-
тору ZnSe і товщини панелі (рис. 1 і рис. 2).
Залежність світлового виходу ZnSe від дис-
персності частинок визначається ступенем по-
глинання рентгенівського випромінювання лю-
мінесцентними частинками. Чим крупніша час-
тинка, тим більший відсоток рентгенівського
випромінювання буде поглинутий, отже, інтен-
сивність люмінесценції буде зростати при збіль-
шенні розміру частинок кристалічного сцинти-
лятору в композиті. Згідно з рис. 1 найбільшу
інтенсивність при опроміненні рентгенівською
трубкою з вольфрамовим анодом з напругою
120 кВ мають частинки з дисперсністю 200—
600 мкм. Якщо рухатися в бік зменшення роз-
міру частинок, то інтенсивність люмінесценції
падає, причому при досягненні певного розміру
(близько 30 мкм) люмінесценція стає дуже низь-
кою. Це пов’язано з довжиною пробігу збудже-
ного електрона в даному матеріалі, і якщо вона
стає більше розміру частинок, то лише незначна
частина рентгенівського випромінювання інду-
кує люмінесценцію. До ослаблення люмінесцен-
ції при зменшенні розміру частинок призводять
також дисипативні властивості середовища ком-
позитного сцинтилятору (розсіяння і перепо-
глинання квантів люмінесценції).
Оптимальна товщина зразків сцинтиляцій-
них панелей для досягнення максимального рів-
ня квантового виходу при дисперсності части-
нок 40—120 мкм становить 1—1,5 мм, для 120—
200 мкм — 1,3—1,8 мм і для 200—600 мкм — 1,5—
2 мм. При товщині панелі, більшій оптимального
значення, рентгенівське випромінювання погли-
нається у товщині зразка і його інтенсивність сві-
тіння низька, а кванти люмінесценції з верхніх
IRL, відн. од.
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
h, мм
1
2
3
4
5
Рис. 1. Залежність рівня світлового виходу сцинтиля цій-
них панелей на основі ZnSe від розміру частинок полі-
кристалічного порошку і товщини зразка. Криві відпові-
дають зразку панелі з дисперсністю частинок: 1 — 200—
600 мкм; 2 — 120—200 мкм; 3 — 40—120 мкм; 4 — 25—
40 мкм; 5 — 1—25 мкм
IRL, відн. од.
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
h, мм
1
2
3
8,0
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Рис. 2. Залежність рівня світлового виходу сцинтиляцій-
них панелей на основі ZnSe від розміру частинок полі-
кристалічного порошку і товщини зразка. Криві відпові-
дають зразку панелі з дисперсністю частинок: 1 — 120—
200 мкм; 2 — 40—120 мкм; 3 —25—40 мкм
42 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6)
С.М. Галкін, І.А. Рибалка, І.А. Тупіцина, В.С. Звєрєва, В.О. Літічевський
шарів не досягають фотоприймача і виділяють-
ся у вигляді тепла у композиті. При товщині па-
нелі, меншій оптимальної, кількості сцинтиля-
ційного матеріалу в зразку недостатньо для по-
глинання рентгенівських квантів і отримання
максимального рівня люмінесценції. Для зразків
панелей більш дрібної фракції оптимальна тов-
щина екрана зменшується (рис. 2) і становить
0,3—0,6 мм для частинок розміром 25—40 мкм.
Відносний світловий вихід кристалічних і
дисперсних зразків сцинтиляторів на основі
селеніду цинку наведено на рис. 3.
Сцинтиляційні панелі, виготовлені з найбільш
крупної фракції порошку селеніду цинку (200—
600 мкм), за рівнем світлового виходу наближа-
ються до кристалічного зразка (до 95 % від світ-
лового виходу кристалу). При зменшенні роз-
міру частинок світловий вихід падає згідно з
наведеними раніше роз’ясненнями і для час-
тинок з дисперсністю 120—200 мкм становить
близько 80 %, для частинок 40—120 мкм — до
55 % і для 25—40 мкм — до 30 %. Частинки най-
меншої дисперсності не мають практичного за-
стосування через вкрай низьке значення світло-
вого виходу — до 10 %. Порівняння світлового
виходу проводиться з кристалічними зразками
тих же типорозмірів, що і сцинтиляційні панелі.
Вимірювання інтенсивності світлового ви-
ходу зразків здійснювали за відомою методи-
кою з використанням установки для вимірю-
вання світлового виходу і рівня післясвітіння
при імпульсному опроміненні зразків сцинти-
лятору. Для сцинтиляційних панелей на осно-
ві оксидних сцинтиляторів ZnWO
4, CdWO4,
LuGdSiO5(Ce) та Gd2SiO5(Ce) загальна тен-
денція залежностей світлового виходу від тов-
щини і розміру частинок відповідає представ-
леній тенденції для селеніду цинку.
ВИЗНАЧЕННЯ ОДНОРІДНОСТІ
СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ ПАРАМЕТРІВ ПАНЕЛЕЙ
НА ОСНОВІ ZnSe, ZnWO
4
, CdWO
4
,
LGSO(Ce), GSO(Ce)
Важливою характеристикою сцинтиляційних
панелей є однорідність їх параметрів. Вимірю-
вання однорідності характеристик панелей на
основі ZnSe, ZnWO4, CdWO4, LuGdSiO5(Ce) та
Gd2SiO5(Ce) проводилося шляхом 2-D скану-
вання композитних сцинтиляторів.
Основні параметри установки для вимірю-
вань такі:
джерело рентгенівського випроміню- рентгенівський
вання апарат РАП-150
з W-анодом
напруга на аноді випромінювача, кВ 60—140
діаметр коліматора, мм 1—4
розмір активної області фотоприймача, мм 5×5
товщина досліджуваного зразка, мм 0,5—15
розміри поля переміщення зразка, мм 200×200
дискретність переміщення зразка, мм 0,1
У стенді була застосована схема досліджен-
ня об’єкта, при якій джерело збуджуючого ви-
промінювання та вимірювальний фотоприй-
мач розташовуються по різні боки досліджу-
ваного зразка (рис. 4). Система переміщення
забезпечувала можливість двохкоординатного
переміщення об’єкта — сцинтилятору — щодо
нерухомих джерела випромінювання і фото-
приймача. Дискретність переміщення по обох
100
80
60
40
20
0
1 1 1 1 1
2
3
4
5
6
Світловий вихід, %
Номер зразка сцинтилятора
Рис. 3. Порівняння відносного світлового виходу компо-
зитного і монокристалічного сцинтиляторів однакових
типорозмірів на основі селеніду цинку: 1 — монокрис-
талічний ZnSe-сцинтилятор; 2—6 — композитні сцин-
тилятори з розмірами частинок порошку ZnSe 200—600,
120—200, 40—120, 25—40, 1—25 мкм відповідно
43ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6)
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів
осях складала 0,1 мм, а розміри робочої зони
сканування — 200 × 200 мм.
Для захисту фотодіода приймача від безпосе-
реднього впливу рентгенівського пучка було вста-
новлено фільтр, що поглинає рентгенівське ви-
про мінювання, але прозорий в оптичній області
спектра. Фотоприймачем служить кремнієвий
фотодіод з розміром фоточутливого вікна 5×5 мм.
Підсилений аналоговий сигнал подається на
плату 12-бітного АЦП-комп’ютера. Комп’ютер
керує двохкоординатним столом та джерелом
рентгенівського джерела. Стенд дозволяє вимі-
рювати відносний світловий вихід порівняно з
обраним еталоном. Еталон підбирається залежно
від конкретного завдання вимірювання (однако-
ва товщина відносно сцинтиляційних панелей).
На рис. 5 наведені топограми радіолюмініс-
ценції монокристалічного зразка та сцинтиля-
ційної панелі ZnSe однакових розмірів у по-
рівнянні з еталонним зразком. Видно, що сцин-
тиляційна панель має більш високу ступінь од-
норідності світлового виходу рентгенолюмінес-
ценції. Розкид світлового виходу по площині
зразку для панелей ZnSe не перевищував 2 %
від середнього значення.
Для сцинтиляційних панелей на основі
оксид них сцинтиляторів ZnWO
4, CdWO4,
LuGdSiO5(Ce) та Gd2SiO5(Ce) розкид світло-
вого виходу по площині зразків також не пе-
ревищував 2 % від середнього значення.
ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ЗРАЗКІВ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ
ПАНЕЛЕЙ НА ОСНОВІ ZnSe, ZnWO
4
, CdWO
4
,
LGSO(Ce) та GSO(Ce)
Спектри рентгенолюмінесценції досліджува-
них сцинтиляційних матеріалів були отримані
за допомогою спектрометричного комплексу
КСВУ-23 і рентгенівської установки РЕЙС-І
Рис. 4. Стенд вимірювання
відносного світлового виходу
сцинтиляторів: 1 — рентге-
нівська трубка; 2 — коліма-
тор; 3 — об’єкт вимірювання
(сцинтилятор); 4 — захисний
фільтр; 5 — фотоприймач;
6 — підсилювач
Рис. 5. Топограми радіолюмінесценції: а — плас тина крис талу ZnSe (розміри пластини 24 × 30 × 1 мм3); б — сцин-
тиляційна панель на ос нові ZnSe з розміром частинок 120—200 мкм (розміри панелі 24 × 30 × 1 мм3)
1
2
3
4
5
6
X
X
Y
Y
Ряд 13
Ряд 9
Ряд 5
Ряд 1
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2325 2729
0
200
400
600
800
1000
а
Ряд 16
Ряд 11
Ряд 6
Ряд 1
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37
0
100
200
300
400
500
600
700
800
б
44 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6)
С.М. Галкін, І.А. Рибалка, І.А. Тупіцина, В.С. Звєрєва, В.О. Літічевський
при напрузі на рентгенівській трубці 40 кВ і
струмі 30 мА. Реєстрація сцинтиля ційного сиг-
налу проводилася за допомогою ФЕП-100 з
спектральною чутливістю 200—800 нм.
Сучасні фотодетектуючі пристрої мають мак-
симум спектральної чутливості у червоній об-
ласті спектра (крива 2 на рис. 6). За даним по-
казником найбільше узгоджуються зі спект ром
чутливості кремнієвого фотоприймача панелі
на основі селеніду цинку (крива 3 і 4 на рис. 6).
Але даний сцинтилятор застосовується пере-
важно в низькоенергетичних трактах рентге-
нівських інтроскопів. Для середніх енергій за-
вдяки більш високому ефективному атомно-
му номеру краще використовувати ZnWO4 та
CdWO4 (криві 6 і 7 на рис. 6). А для високо-
енер гетичного тракту доцільно використову-
ва ти сцин тилятори з найбільш високим по-
казни ком ефективного атомного номера —
LuGdSiO5(Ce) та Gd2SiO5(Ce) (криві 5 і 8 на
рис. 6). Сцинтиляційні елементи на основі
Gd2SiO5(Ce) на відміну від LuGdSiO5(Ce) ма-
ють низький показник відносного світлового
ви ходу, тому їх використання є недоціль ним.
Сцинтиляційний елемент промислового ви-
роб ництва РЕНЕКС ЕФГ-Г-2В на основі
Gd2O2S(Tb) (крива 2 на рис. 6) також має ви-
соку ефективність поглинання середньо- та ви-
сокоенергетичного рентгенівського випромі-
нювання, але значно гірші кінетичні характе-
ристики, ніж ZnWO4, CdWO4, LuGdSiO5(Ce)
та Gd2SiO5(Ce) [8].
ПРОВЕДЕННЯ ОПТИМІЗАЦІЇ
ЕНЕРГЕТИЧНОГО ДІАПАЗОНУ ЧУТЛИВОСТІ
ТА ПРОСТОРОВОЇ РОЗДІЛЬНОЇ ЗДАТНОСТІ
СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ ПАНЕЛЕЙ
РІЗНОЇ КОНСТРУКЦІЇ
Для успішного застосування в радіаційному
приладобудуванні сцинтиляційна панель по-
винна мати певну контрастну чутливість і про-
сторову роздільну здатність у широкому дина-
мічному діапазоні. Залежно від типу рентгено-
графічної системи просторова роздільна здат-
ність може змінюватися в межах: до 20 пар
ліній/мм для традиційної плівкової рентгено-
графії, близько 10 пар ліній/мм для систем під-
силюючий екран — плівка і від 0,7 до 4—5 пар
ліній/мм для цифрової рентгенографії.
Нами було проведено вимірювання залеж-
ності просторової роздільної здатності від роз-
міру частинок порошку сцинтиляційних пане-
лей трьох діапазонів дисперсності: перший —
40—60 мкм, другий — 80—100 мкм, третій —
140—160 мкм для зразків сцинтиляторів на
основі ZnSe, ZnWO4, CdWO4, LuGdSiO5(Ce)
та Gd2SiO5(Ce).
Визначення просторової роздільної здат-
ності сцинтиляційних панелей було виконано
за допомогою спеціально виготовленого стен-
ду для реєстрації тіньового зображення ра-
діолюмінісценції (рис. 7). Джерелом рентге-
нівського випромінювання була установка
ISOVOLT Titan E X-ray Generator 160, а про-
сторова роздільна здатність визначалася за до-
помогою стандартного тест-об’єкту EN 462-5
Duplex IQI.
Рис. 6. Спектри радіолюмінесценції зразків сцинтиля цій-
них панелей на основі: крива 3 —ZnSe(Те); 4 — ZnSe(Al);
5 — LuGdSiO5(Ce); 6 — CdWO4; 7 — ZnWO4; 8 — Gd2SiO5(Ce).
Крива 1 відповідає області фоточутливості кремнієвого
фотодіода (Hamamatsu S3590); kфч — коефіцієнт фоточут-
ливості фотодіода; крива 2 — спектр радіолюмінесценції
промислового підсилюючого екрана РЕНЕКС ЕФГ-Г-2В
на основі Gd2O2S(Tb)
IРЛ відн. од. kФЧ відн. од.
3,5
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,0
4,5
4,0
7,5
0,8
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,1
0,9
400 450 500 550 600 650 700 750
λ, нм
1
3
2
4
6
7
5
8
45ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6)
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів
Методика вимірювання полягала ось у чому.
Досліджуваний зразок розміщувався на пред-
метний столик на відстані 1 м від випроміню-
вача. На зразок встановлювався тест-об’єкт
EN 462-5 Duplex IQI, який дозволяє визнача-
ти просторову роздільну здатність панелі за
кількістю помітних пар ліній в 1 мм. Під впли-
вом рентгенівського випромінювання сцин-
тиляційний сигнал реєструвався в цифрово-
му вигляді за допомогою фотокамери.
Найбільш високий показник просторової роз-
дільної здатності мали панелі на основі порош-
ку першого діапазону дисперсності — близько
6—7 пар ліній/мм. Такий показник просторо-
вої роздільної здатності досягався за рахунок
невеликої товщини зразків (0,1—0,3 мм) і від-
носно невеликого розміру частинок сцинти-
лятору (40—60 мкм), які утворюють щільний
сцинтиляційний шар. Загасання світла у дис-
персному середовищі перешкоджає поширен-
ню світла вздовж зразка. Панелі на основі по-
рошку ZnSe з розміром частинок 80—100 мкм
мають нижчий показник роздільної здатності
на рівні 4—5 пар ліній/мм. Просторова роз-
дільна здатність панелей з дисперсністю по-
рошку 140—160 мкм знаходиться на рівні 2—3
пар ліній/мм (таблиця).
Погіршення просторової роздільної здатнос-
ті сцинтиляційних панелей при збільшенні роз-
міру частинок порошку пояснюється збільшен-
ням прозорості панелі за рахунок укрупнення
частинок і, відповідно, зменшення кількості роз-
сіюючих центрів і світлопоглинаючої поверхні
в системі порошок сцинтилятору — імерсійне
середовище. При збільшенні прозорості панелі
конус розсіювання сцинтиляційних спалахів
збільшується. Отримані значення роздільної
здатності відповідають оптимізованим параме-
трам рентгенівського випромінювання.
Нами проведено тестування можливості до-
слідження внутрішньої структури технічних та
біологічних об’єктів (рис. 8). Найкращої про-
сторової роздільної здатності вдалося досягти
при застосуванні в панелі сцинтиляційного по-
рошку з розміром частинок 25—40 мкм.
Логічним висновком із вищесказаного є іс-
нуюче протиріччя в параметрах просторової
Рис. 7. Схема установки з визначення просторової роздільної здатності сцин-
тиляційних панелей
Рентгенівська
трубка
Тест-об’єкт
Сц. панель
Підставка
Безпаралаксне
дзеркало
Цифрова
фотокамера
Комп’ютер
Просторова роздільна здатність
сцинтиляційних панелей на основі ZnSe, ZnWO4,
CdWO4, LGSO(Ce) та GSO(Ce)
Розмір частинок
порошку сцинтилятору
у зразку, мкм
Товщина
зразка, мм
Просторова
роздільна здатність,
пари ліній/мм
40—60 0,1—0,3 6—7
80—100 0,3—0,5 4—5
140—160 0,5—1,5 2—3
46 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6)
С.М. Галкін, І.А. Рибалка, І.А. Тупіцина, В.С. Звєрєва, В.О. Літічевський
роздільної здатності і яскравості світіння сцин-
тиляційних панелей. Чим більший розмір час-
тинок сцинтилятору, тим більша яскравість сві-
тіння і менший просторова роздільна здатність,
і навпаки.
ВИГОТОВЛЕННЯ ДОСЛІДНИХ ПАРТІЙ ГНУЧКИХ
ДИСПЕРСНИХ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ ПАНЕЛЕЙ
ДЛЯ ЗАКОРДОННОГО ЗАМОВНИКА
За розробленою технологією були виготов-
лені партії сцинтиляційних панелей для фір-
ми «Beijing DT Electronic Technology Co., Ltd»
(Пекін, Китай). На рис. 9 наведено фотографії
партії виготовлених сцинтиляційних панелей.
Сцинтилятори пройшли всебічне тестування
та були прийняті до застосування у серійних
рентгенівських сканерах.
На даний час проводиться узгодження із за-
мовником технічних вимог до даної продукції
та обговорюються умови подальших поставок
сцинтиляторів замовнику.
ВИСНОВКИ
У рамках виконання науково-технічного про-
екту «Розробка високоефективних сцинтиля-
торів для детектування іонізуючого випромі-
нювання» було проведено такі роботи:
1. Оптимізовано параметри гнучких сцинти-
ляційних панелей, що забезпечило можливість
отримання панелей з високою просторовою роз-
дільною здатністю (до 7 пар ліній/мм). Завдя-
ки цьому дані панелі можливо застосовувати як
підсилюючі екрани в медичній та промисловій
рентгенографії.
2. Відпрацьовано технологію одержання гнуч-
ких дисперсних сцинтиляційних панелей та еле-
ментів для реєстрації рентгенівського випро-
мінювання високої однорідності сцинтиляцій-
них параметрів (середнє відхилення показни-
ків становить не більше 2 %) і з низькою (щодо
монокристалів) собівартістю.
3. Оптимізовано умови отримання та виготов-
лення експериментальних зразків гнучких сцин-
тиляційних панелей на основі дрібнокристаліч-
них халькогенідних та оксидних люмінофорів.
Рис. 8. Тіньові рентгенівські зображення
мікросхем — а; металевої сітки — б; крила
замороженої курки — в. Роз мір частинок
сцинтилятору ZnSe — 25—40 мкм
а
б
в
Рис. 9. Фотографії
пар тії сцинтиляцій-
них панелей, під го-
тов ле ної до відправ-
ки замовни ку для
тес тування
47ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6)
Розроблення гнучких сцинтиляційних панелей на основі халькогенідних та оксидних люмінофорів
4. Проведено тестування дослідних зразків
гнучких сцинтиляційних панелей за параме-
трами рентгеночутливості, енергетичного діа-
пазону дії, просторової роздільної здатності.
5. Створено технологічну документацію та роз-
роблено лабораторний регламент виготовлен-
ня сцинтиляційних панелей на основі рентге-
нівських халькогенідних і оксидних сцинти-
ляторів.
ЛІТЕРАТУРА
1. Рюдигер Ю.Г. О применении синей и зеленой сис-
тем визуализации изображения в рентгенографии.
Медицинская техника. 2004. № 6. С. 40—45.
2. Гурвич А.М. Рентгенолюминофоры и рентгенов-
ские экраны. Москва: Атомиздат, 1976. 63 с.
3. Carel W.E. van Eijk. Inorganic scintillators in medical
imaging. Physics in medicine and biology. 2002. № 47.
С. 85—88.
4. Рыжиков В. Д. Сцинтилляционные кристаллы по лу-
проводниковых соединений АIIBIV. Получение, свойст-
ва, применение. Москва: НИИТЭХИМ, 1989. 127 с.
5. Атрощенко Л.В., Бурачас С.Ф., Гальчинецкий Л.П.,
Гринев Б.В., Рыжиков В.Д., Старжинский Н.Г. Крис-
таллы сцинтилляторов и детекторы ионизирую-
щих излучений на их основе. Под. ред.: В.Д. Ры жи-
кова. Киев: Наук. думка, 1998. 310 с.
6. Derenzo S.E., Bourret-Courchesne E., Weber M.J., Klin-
tenberg M.K. Scintillation studies of CdS(In): effects of
various semiconductor doping strategies. Nuclear Instru-
ments and Methods in Physics Research. 2005. V. 537.
P. 261—265.
7. Nikl M. Scintillation detectors for x-rays. Measurements
science and technology. 2006. № 17. P. R37—R54.
8. Moses W.W. Scintillation requirements for medical ima-
ging. Proceedings of the Fifth International Conference
on Inorganic Scintillators and their Applications, Mos-
cow State University. 2000. P. 11—21.
REFERENCES
1. Riudiger Y.G. O primenenii siney i zelenoy system vi zua-
lizacii izobrasheniia v rentgenographii. Medicinskaja tech-
nika. 2004, 6: 40-45 [in Russian].
2. Gurvich A.M. Rentgenoluminophory i rentgenovskie ek-
rany. Moskva: Atomizdat, 1976. 63 s. [in Russian].
3. Carel W E van Eijk. Inorganic scintillators in medical ima-
ging. Physics in medicine and biology. 2002, 47: 85—88.
4. Ryzhikov V.D. Scintilliazionnye kristally polu pro vod ni ko-
vych soedinenii АIIBIV. Poluchenie, svoistva, primenenie.
Moskva: NIITECHIM, 1989. 127 s. [in Russian].
5. Atroshenko L.V., Burachas S.F., Halchynetskyi L.P., Gri-
nev B.V., Ryzhikov V.D., Starzhynskyi N.H. Kristally scin-
tillatorov i detectory ionoziruiushchich izlucheniy na ich
osnove. Kyiv: Naukova dumka, 1998. 310 s. [in Russian].
6. Derenzo S.E., Bourret-Courchesne E., Weber M.J., Klin-
tenberg M.K. Scintillation studies of CdS(In): effects of
various semiconductor doping strategies. Nuclear Instru-
ments and Methods in Physics Research. 2005. V. 537.
P. 261—265.
7. Nikl M. Scintillation detectors for X-rays. Measurements
science and technology. 2006 17: R37 — R54.
8. Moses W.W. Scintillation requirements for medical ima-
ging. Proceedings of the Fifth International Conference
on Inorganic Scintillators and their Applications, Mos-
cow State University, 2000, pp. 11 — 21.
48 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(6)
С.М. Галкін, І.А. Рибалка, І.А. Тупіцина, В.С. Звєрєва, В.О. Літічевський
S.M. Galkin, I.A. Rybalka, І.А. Tupitsyna,
V.S. Zvereva, V.A. Litichevskiy
Institute for Scintillation Materials,
the NAS of Ukraine,
60, Nauky Ave., Kharkiv, 61001, Ukraine
Tel. (057) 341-02-06, 340-93-99;
Fax: (057) 340-44-74, 340-93-41;
info@isma.kharkov.ua
THE DEVELOPMENT
OF FLEXIBLE SCINTILLATION PANELS
BASED ON CHALCOGENIDE
AND OXIDE PHOSPHORS
FOR ADVANCED X-RAY SCANNERS
AND TOMOGRAPHS
The technology of flexible panels and dispersed scintil-
lation elements for X-rays registration with high unifor-
mity of scintillation parameters (mean deviation no more
than 2%) and low cost is developed. Parameters of flexible
scintillation panels have been optimized, which enable
their obtaining with high spatial resolution. The panels can
be used as intensifying screens in medical and industrial
radiography. Variants of the performance of the dual energy
X-ray detectors, working effectively in X-ray energy re-
gion (from 20 to 100 keV) are proposed. Possible areas of
their application - multienergy scanners and medical com-
puter tomography.
Keywords : composite, scintillation panel, fine crystal-
line scintillator, detector, radiographic scanner, ionizing ra-
diation.
С.Н. Галкин, И.А. Рибалка, И.А. Тупицына,
В.С. Зверева, В.А. Литичевский
Институт сцинтилляционных материалов НАН Украины,
пр. Науки, 60, Харков, 61001, Украина
Тел. (057) 341-02-06, 340-93-99;
факс: (057) 340-44-74, 340-93-41; info@isma.kharkov.ua
РАЗРАБОТКА ГИБКИХ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ
ПАНЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ
И ОКСИДНЫХ ЛЮМИНОФОРОВ
ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ
СКАНЕРОВ И ТОМОГРАФОВ
Для регистрации рентгеновского излучения разработа-
на технология получения гибких дисперсных сцинтилля-
ционных панелей и элементов с высокой равномерностью
сцинтилляционных параметров (среднее отклонение пока-
зателей не больше 2 %) и низкой себестоимостью. Оптими-
зированы параметры гибких сцинтилляционных панелей,
что дало возможность получать их с высоким пространс-
твенным разрешением. Данные панели можно применять в
качестве усиливающих экранов в медицинской и промыш-
ленной рентгенографии. Предложены варианты реализа-
ции двухэнергетических детекторов рентгеновского излу-
чения, эффективно работающих в диапазонах энергий рен-
тгеновского излучения (от 20 до 100 кэВ). Возможные на-
правления их применения — в мультиэнергетических ска-
нерах и в медицинских компьютерных томографах.
Ключевые слова : композит, сцинтилляционная па-
нель, мелкокристаллический сцинтиллятор, детектор, ра-
диографический сканер, ионизирующее излучение.
Стаття надійшла до редакції 29.07.16
|