Кристаллы германата висмута

Однако скромный световыход 8200 фотонов / МэВ ограничивает использование BGO для многих сцинтилляционных приложений. Тем не менее, до относительно недавнего времени BGO был основным кристаллическим сцинтиллятором, используемым в аппаратах позитронно-эмиссионной томографии для медицинской диагностики, но теперь он был вытеснен оксиортосиликатом лютеция Lu2SiO5 в качестве сцинтиллятора выбора в сканерах ПЭТ. BGO также вызвал определенный интерес для использования в качестве материала для лазера и в качестве электрооптического материала, где стабильность более важна, чем величина коэффициента Поккельса. Несколько исследователей измерили показатель преломления BGO на нескольких дискретных длинах волн в видимой и ближней области спектра. -UV с использованием техники минимального отклонения. Над краем полосы рабочие также использовали измерения коэффициента отражения для изучения критических точек в оптических спектрах. В этой статье мы сообщаем результаты детальных спектроскопических измерений эллипсометрии на монокристаллическом BGO. Из данных SE мы можем определить спектроскопическую комплексную оптическую функцию ε= ε1 +iε2 без использования анализа Крамерса – Кронига. Кроме того, вторую производную можно использовать для определения критических точек в зоне Бриллюэна. Кроме того, были проведены расчеты электронной структуры и оптических свойств BGO и проведено сравнение с экспериментальными оптическими спектрами. Для этого использовалось приближение обобщенного градиента Энгеля – Воско. Этот функционал был разработан для воспроизведения в максимально возможной степени точного обменно-корреляционного потенциала, а не полной энергии, которая является центральной величиной для обычных функционалов GGA. В результате GGA Энгеля – Воско дает значительно улучшенные результаты для ширины запрещенной зоны и связанных с ней оптических свойств изоляторов по сравнению с приближением локальной плотности или стандартными функционалами GGA, хотя ширина запрещенной зоны все еще меньше экспериментальных значений.4.4 Особенности структуры, состава и спектрально-люминесцентные свойства бесцветных и розовых сцинтилляционных кристаллов Bi4Ge3O12BGOбыл создан для демонстрации люминесценции в ближнем ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра, возбуждаемой ионизирующим излучением (вакуумное ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гамма-излучение) или заряженными частицами (электронами, протонами, ионами).Классический метод Чохральского с низким градиентом обычно используется для выращивания кристаллов BGO из расплава в окислительной атмосфере. Недавно методом Бриджмена были получены красные кристаллы BGO, которые характеризуются люминесценцией около 1500 нм. Представляет интерес использование этих кристаллов в качестве усилителей в системах оптической связи. (см. рисунок 9)Рисунок 9 –Розовый кристалл BGO, выращенный методом ЧохральскогоСоединение Bi4Ge3O12 кристаллизуется в кубической системе. Ионы Ge4 + образуют тетраэдры GeO4, а ионы Bi3 + образуют искаженные октаэдры BiO6 с разными межатомными расстояниями катион-анион CNBi = 3 + 3 (координационное число CN-) в структуре эулитина. Структурные дефекты связаны с ионами Bi.Свойства кристаллов BGO, выращенных вертикальным методом Бриджмена на воздухе при 1060°C, описаны в нескольких работах. Исследованы красные и белые (полупрозрачные) кристаллы, полученные с добавлением в шихту 2 мол.% И 0,5 мол.% H2O по отношению к GeO2 соответственно, и обычный (прозрачный) кристалл, выращенный из расплава без добавления каких-либо компонентов. В результате этого расследования:- установлено, что интенсивность излучения красного BGO на 500 нм меньше, чем у обычного BGO;- было показано, что функции рентгеновской абсорбционной спектроскопии, как рентгеновской абсорбционной ближней структуры (XANES), так и расширенной тонкой структуры рентгеновского поглощения (EXAFS), практически идентичны для всех образцов, но имеют небольшие размеры. Для красного образца обнаружено отклонение, что может указывать на возможное снижение симметрии. Преобразования EXAFSFour-ier для обычного (прозрачного) кристалла имеют первый пик, который характеризует расстояние Bi-O, равное примерно 2,10 A, а для красных и белых кристаллов это расстояние составляет 2,25 A. Этот эффект был объяснен увеличением разупорядочения структуры белых и красных кристаллов BGO по сравнению с обычным, которое вызвано поглощением воды из воздуха исходными компонентами перед их загрузкой в ​​тигель (Yuetal., 2011b);- только предполагалось, что красный цвет кристаллов связан с присутствием в ростовой атмосфере групп ОН1, которые замещают О2 вокруг ионов Bi3 +, расположенных частично в узлах Ge, формируя соответственно антиструктурные дефекты. Увеличение люминесценции объясняется влиянием группы ОН, что подтверждается изменением энергетического уровня ионов Bi3 +.Разработка новых материалов с желаемыми свойствами основана на ключевом тезисе современной кристаллохимии, а именно на нахождении взаимосвязей между составом, реальной структурой, физическими свойствами и условиями роста материала. Знание этих взаимосвязей позволяет понять химию материала. процессы и получение материалов с широким спектром функциональных свойств. Для кристаллов BGO определение фактического состава цветных и бесцветных кристаллов позволит установить причины окрашивания кристаллов в зависимости от метода и условий выращивания и выяснить их различные оптические свойства.ЗаключениеЦелью данной курсовой работы является исследование свойств кристаллов германата висмута. В ходе выполнения данного исследования были поставлены определённые задачи, которые мы попытались решить. Каждой задаче была посвящена отдельная глава данной курсовой работы.Опираясь на все вышеизложенные материалы, представленные в работе, мы можем подвести итог и сказать следующее.Кристаллы германата висмута – это это относительно твердый, прочный, негигроскопичный кристалл, который не раскалывается. Материал не показывает значительного самопоглощения сцинтилляционного света. BGO можно обрабатывать на станках различной формы и геометрии. Корпус кристалла может быть простым, поскольку не требуется герметичного уплотнения. Кристалл BGO является сцинтиляционным неорганическим кристаллом. Данный кристалл, как сцинтилятор, обладает рядом преимуществ перед другими, как новое поколение сцинтилляционных кристаллов, BGO демонстрирует превосходные характеристики, включая высокую плотность, хорошую химическую стойкость, высокое разрешение по энергии, большой показатель преломления, негигроскопичность и высокую механическую прочность, что позволяет использовать его в экспериментах по физике высоких энергий, таких как большой электрон-позитронный коллайдер в ЦЕРНе. Стоит отметить, что сцинтилляционные кристаллы BGO как прямая среда для возможной аннигиляции темной материи (энергичные электроны и гамма-лучи) играют важную роль в обнаружении темной материи. Вдобавок, по сравнению с обычными нелинейно-оптическими кристаллами, BGO демонстрирует отклик нелинейного поглощения трех и пяти порядков в видимом и инфракрасном оптическом диапазоне соответственно.В ходе исследования мы так же познакомились со структурой германата висмута, данные были представлены во первой главе данной курсовой работы. Физические свойства были перечислены во второй главе.Третья глава данной работы была на правильна на практическую часть, а именно мы пыталсь выяснить и практическое применение кристаллов германата висмута, в данной главе мы показали, что BGO кристаллы используются в детекторах в физике элементарных частиц, аэрокосмической физике, ядерной медицине, геологоразведка и другие отрасли. Матрицы из германата висмута используются для спектроскопии гамма-импульсов. Кристаллы BGO также используются в детекторах позитронно-эмиссионной томографии.Последняя клава нашего исследования была направлена на изучение вопроса об оптических и электрофизических свойствах германата висмута. В данной главе мы выяснили, что на данный момент до сих пор проводятся исследования в этой области. Мы смогли вяснить, что исследования в области оптических и электрофизических свойств германата висмута да сих пор необходимо, в виду того, что при проведении данных исследований ученые узнают все больше об этих кристаллах, полученные знания помогают в новых разработках и в улучшении старых разработок. Новые разработки на основе кристалла BGO помогают улучшить детекторы элементарных частиц и помогают улучшить медицину.Список используемой литературы1.BGOСцинтилляционный материал германата висмута URL: https://www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/bgo-material-data-sheet.pdf. Дата обращения: 16.05.2021.2. Современная оптоэлектроника. URL: https://www.km.ru/referats/CADFCC9B61CF401EB73ABD990A1C4056. Датаобращения: 16.05.2021.3. BGO Scintillator Crystal URL: https://optics.org/products/P000022512. Дата обращения: 16.05.2021.4.СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Инженерия, устройства, применение / Я.В. Васильев [и др.]. – Харьков : Национальная академия наук Украины НТК «Институт монокристаллов» Институт сцинтилляционных материалов, 2011. – 63 с.5. CHARACTERISTICS EVALUATION AND GROWTH OF BI4GE3O12 SINGLE CRYSTAL BY CZOCHRALSKI METHOD. URL: http://jrpr.org/upload/pdf/BSBOB5_2009_v34n2_83.pdf. Датаобращения: 17.05.2021.6. Valk PE, Bailey DL, Townsend DW, Maisey MN. Positron Emission Tomography: Basic Science and Clinical Practice. Springer, 3rd edition. 2003. 7. Cherry SR. The 2006 Henry N. Wagner Lecture: Of Mice and Men (and Positrons)—Advances in PET Imaging Technology. J Nucl Med. 2006; 47: 1735–45.8. Johansen GA, Jackson P. Radioisotope Gauges for Industrial Process Measurements. John Wiley & Sons, Ltd., New York. 2004.9. Birks JB. The Theory and Practice of Scintillation Counting. Pergamon Press Ltd., Oxford. 1964. 10. Knoll GF. Radiation Detection and Measurement. John Wiley & Sons, New York, 3rd edition. 2000.11. Krämer KW, Dorenbos P, Güdel HU, van Eijk CWE. Development and characterization of highly efficient new cerium doped rare earth halide scintillator materials. J Mater Chem. 2006; 16: 2773–80.12. Laser-writing of ring-shaped waveguides in BGO crystal for telecommunication band URL: https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-25-20-24236&id=373269. Дата обращения: 17.05.202113. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СТРУКТУРУ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРИСТАЛЛОВ BGO / Е.Э. Дунаева [и др.] // XXIII Петербургские чтения по проблемам прочности,посвященные 100-летию ФТИ им. А.Ф. Иоффе и 110-летию со дня рождения чл.-корр. АНСССРА.В. Степанова. – 2018. – С. 30-31.14. A BGO detector system for studies of neutron capture by radioactive nuclides URL:https://www.researchgate.net/publication/235952155_A_BGO_detector_system_for_studies_of_neutron_capture_by_radioactive_nuclides. Датаобращения: 17.05.2021.15. Optical properties of bismuth germanateURL: https://www.researchgate.net/publication/224100279_Optical_properties_of_bismuth_germanate.Датаобращения: 17.05.2021.16. Structure and composition peculiarities and spectral-luminescent properties of colorless and pink Bi4Ge3O12 scintillation crystals URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1878535217301454. Дата обращения: 17.05.2021.17.Германат висмута. URL: https://wikichi.ru/wiki/Bismuth_germanate. Дата обращения: 18.05.2021.18.С размахом. Разработанные в Институте ядерной физики приборы и технологии можно использовать и под землей, и в космосе. URL: https://rscf.ru/news/media/s_razmakhom_razrabotannye_v_institute_yadernoy_fiziki_pribory_i_tekhnologii_mozhno_ispolzovat_i_pod_/. Дата обращения: 18.05.2021.