Российские ученые создали «светящееся стекло» для поиска нейтронов

Результаты опубликованы в журнале Physics of Particles and Nuclei. Сцинтилляционное стекло — материал, в котором ионизирующие частицы (гамма-кванты, альфа- и бета-частицы) производят световые вспышки — сцинтилляции. Такие материалы используются в детекторах излучения для регистрации и измерения энергии частиц. В основе представленного сцинтилляционного стекла используется изотоп лития-6, который является поглотителем и преобразователем нейтронов в заряженные частицы.

В своей работе ученые предложили способ изготовления сцинтилляционного стекла без использования высокотехнологичного оборудования. Это делает технологию доступной даже для небольших лабораторий. Полученный материал не уступает по своим характеристикам зарубежному аналогу.

В МФТИ впервые выполнили моделирование миллиона частиц Ученые из МФТИ нашли математически обоснованное и вычислительно эффективное решение проблемы дальнодействия в плазме. Им впервые удалось выполнить моделирование взаимодействия миллиона частиц в так… naked-science.ru

Особенность новой технологии — использование СВЧ излучения. В предложенной методике излучение поглощается не только специально разработанным тиглем, но и самим расплавом. Это обеспечивает быстрый и равномерный нагрев. Выплавка стекла проводится в воздухе и занимает около двух часов.

Технология обеспечивает высокую чистоту расплава и оптимальное соотношение легирующих ионов Се3+ и Се4+. Эти ионы играют важную роль в процессе сцинтилляции, а правильное их соотношение позволяет добиться высокого световыхода и прозрачности материала. Также ученые заново разработали рецептуру шихты — порошковой смеси, из которой выплавляется стекло.

«Сцинтилляция в стекле — довольно тонкий процесс. Содержание каждого из компонентов оптимизировано, и отклонение от оптимального содержания любого из них ведет к снижению в первую очередь световыхода. Важнейший фактор, влияющий на эффективность регистрации нейтронов напрямую — содержание в стекле лития и, в частности, его изотопа с атомной массой 6», — объясняет Игорь Кресло, ведущий научный сотрудник лаборатории фундаментальных взаимодействий МФТИ.

© Anfimov, N.V. et al., Physics of Particles and Nuclei

Ученые провели эксперименты для определения световыхода и эффективности нового стекла. Результат показал, что световыход стекла равен 3900 ± 280 фотонов/нейтрон. Эффективность регистрации тепловых нейтронов для изготовленного стекла толщиной 1,05 миллиметра составляет 5,25 ± 1,06 %. Эти показатели лишь немногим уступают параметрам флагманского стекла GS20 зарубежного производства.

«В самом начале экспериментов у нас была задержка с приобретением трифторида церия высокой чистоты. Вспомнив, что кремни для зажигалок (не современных пьезо, а тех, конца прошлого века) содержат церий и лантан, мы ради любопытства попробовали выделить церий из десятка кремней и получить трифторид. И с этим реактивом у нас неожиданно получилось вполне приличное сцинтилляционное стекло!» — поделился открытием Игорь Кресло.

В дальнейших исследованиях ученые планируют увеличить содержание лития-6 в стекле для повышения эффективности регистрации нейтронов. Также они рассматривают возможность использования чистого изотопа лития-7 для изготовления двух типов стекол с разной чувствительностью к нейтронам. Комбинация этих материалов позволит улучшить селективность к нейтронам и минимизировать влияние фоновой гамма-радиации.

В работе участвовали ученые из МФТИ, Объединенного института ядерных исследований и НИЦ «Курчатовский институт».