КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-73-30014
НазваниеРазработка теоретических и химико-технологических основ создания кристаллических сцинтилляционных материалов сложного состава для детекторов сканеров, использующих жёсткое электромагнитное и нейтронное излучение
Руководитель Коржик Михаил Васильевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" , г Москва
Конкурс №107 - Конкурс 2025 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов
Ключевые слова сцинтилляция, неравновесное состояние, ионизационный трек, композиционное разупорядочение, кристалл, гранат, шеелит, прекурсор, шихта, керамика, стекло, стеклокерамика, выход сцинтилляции, кинетика сцинтилляции
Код ГРНТИ31.17.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Неорганические сцинтилляционные материалы являются надежным инструментом для измерения ионизирующего излучения. Работа направлена на разработку более дешевых технологий получения товарной массы сцинтилляционного материала с требуемыми потребительскими свойствами — высоким световыходом и контролируемой кинетикой высвечивания, для обеспечения передового уровня досмотровые систем и медицинских позитронных эмиссионных и компьютерных томографов и рентгеновских сканеров с лучшим пространственным разрешением изображений, а также возможностей исследовательских установок мирового уровня на установках класса «мегасайенс».
Основной упор сделан на разработку соединений сложного катионного состава для кристаллических соединений, и для стекла и стеклокерамики также и анионного состава. В ходе выполнения проекта будут созданы модели формирования сцинтилляционных импульсов с учетом распределения плотности электронных состояний вблизи запрещенной зоны, пространственной и временной эволюции неравновесных носителей в соединениях с различной степенью композиционной и пространственной упорядоченности для разработки химико-технологической основы получения сцинтилляционных материалов в кристаллической, стеклокерамической и стеклообразных формах. Будут получены новые данные в области структурной химии, фазовых равновесий для оптимизации технологии получения таких форм, изготовлены и испытаны детекторные элементы, выбраны оптимальные составы и формы для масштабирования технологии.
Основными методами получения многоионных соединений в кристаллической форме будут получение керамики безрасплавным методом или выращивание раствор-расплавным методом, когда температура жидкой фазы может быть существенно понижена за счет материала плавня. Также, достаточно большой набор многоионных соединений будет получен в виде стекла или стеклокерамики. Керамический метод эффективен для соединений с кубической пространственной группой симметрии. Этому условию отвечают соединения структурного типа граната. Гранаты на основе трехзарядных катионов широко используются как сцинтилляторы и доказали свою эффективность для различных приложений в измерительной технике. Еще более многочисленной группой соединений являются гранаты, включающие двух- и четырехзарядные катионы. Такие соединения на основе кремния широко распространены в земной коре. Потенциал этих соединений для использования в качестве детекторных материалов еще не раскрыт.
Для решения научной проблемы в рамках проекта будут решаться три взаимосвязанных методологических блока задач: первый — связан с инженерией электронных состояний и отбором наиболее перспективных многокатионных соединений на основе моделирования эволюции ансамбля неравновесных носителей, образованных в них ионизацией. Выбор будет верифицироваться результатами спектроскопических и рентгеноструктурных и измерений, также различными видами электронной микроскопии. Второй — связан с физико-химическими и технологическими аспектами получения прекурсоров для керамики многокатионных соединений структурного типа граната, шихты для выращивания монокристаллов разупорядоченных вольфраматов и сложных по катионному и анионному составу стекол, а также оптимизации технологических процедур. Третий — связан с подготовкой и испытаниями детекторных элементов, а также выбором материалов для масштабирования технологии.
Концепция улучшения сцинтилляционных свойств за счёт усложнения состава неорганических кристаллических соединений является новой и обоснованной заявителями проекта путем испытания свойств образцов материалов, изготовленных в рамках концепции
Ожидаемые результаты
Заявители проекта нацелены на создание программного продукта для разработки сцинтилляционных материалов и технологий сцинтилляционных материалов и детекторных элементов из них, готовых к масштабированию.
1. Интерфейс, отлаженный пакет программ, для моделирования развития сцинтилляционного процесса в материалах сложного состава, готовый к регистрации.
2. Технология сцинтилляционной керамики состава (Gd,Y)3Al2Ga3O12:Ce,Tb (Pr) с оптическим пропусканием не менее 75% , толщиной пластин не менее 1.7 мм для детекторных модулей компьютерных томографов.
3. Технология сцинтилляционной керамики состава (Gd,Y,Lu)3Al2Ga3O12:Ce,Mg с оптическим пропусканием не менее 80% , толщиной пластин не менее 3.2 мм для детекторных модулей позитронных эмиссионных томографов.
4. Технология сцинтилляционной керамики состава (Gd,Y)3Al2Ga3O12:Ce,Tb с оптическим пропусканием не менее 80% , толщиной пластин не более 0.2 мм для детекторных модулей рентгеновских сканеров.
5. Определены составы, технология прекурсоров, условия синтеза силикатных гранатов M3Al2(SiO4)3 , где M-элемент второй группы и РЗИ2Mg3(SiO4)3 для получения керамическим методом материала для сцинтилляционных детекторов.
6. Определены составы, технология подготовки шихты, условия синтеза разупорядоченных вольфраматов со структурой шеелита для получения раствор-расплавным методом материала для сцинтилляционных детекторов, применяемых в установках физики высоких энергий.
7. Определены составы, технология подготовки шихты, условия синтеза оксифторидного литиевого стекла и стеклокерамики для получения материала для сцинтилляционных детекторов нейтронов.
Конечной целью проекта является определение материалов для дальнейшего масштабирования технологии их производства и использования в отечественном ядерном приборостроении.