Lithium-silicate scintillation glasses doped with rare earth ions are promising materials for neutron detectors. Oxyfluoride glasses, due to modification by fluorine, have improved spectral and mechanical properties compared to oxide glasses. In this work, modified by AlF3 and LiF lithium silicate glass doped with cerium ions was obtained by melt-quenching technique. Spectral and structural characteristics of glasses were studied. It has been shown that the modification of glass by 2 mol. % aluminum fluoride does not lead to crystallization. Glasses exhibit luminescence in the UV region of the spectrum when excited at 300 nm. The light yield at 137Cs (662 keV) irradiation was measured to be 30 % higher than that of its commercially available counterpart GS20 glass. When LiF is introduced into the composition, the kinetics of scintillation slows down, unlike glasses modified by AlF3, where energy transfer efficiency increases due to improved connectivity of the glass grid. The data obtained indicate the prospects of using fluoride modifiers in the creation of oxyfluoride glasses for scintillation applications.
Olga V. Akimova – Ph.D. in Chemistry, senior researcher, NRC Kurchatov Institute, Moscow, Russia
Alexander A. Alexandrov – Ph.D. in Chemistry, researcher, NRC Kurchatov Institute, Moscow, Russia; junior researcher, Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Anna E. Amelina – researcher, NRC Kurchatov Institute, Moscow, Russia
Aliaksei R. Bondarau – postgraduate student, Department of Solid State Physics and Nanotechnology, Faculty of Physics, Belarusian State University, Minsk, Belarus
Elizaveta A. Borisevich – junior researcher, Institute for Nuclear Problems, Belarus State University, Minsk, Belarus
Maksim V. Davydau – Ph.D. in Engineering, Associate Professor, First Vice-Rector, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, Minsk, Belarus
Vladimir K. Ivanov – Member of Russian Academy of Sciences, D.Sc. in Chemistry, director, Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Ilia Yu. Komendo – Ph.D. in Chemistry, deputy head of the Inorganic Technology Department, NRC Kurchatov Institute, Moscow, Russia; Associate Professor, Mendeleev University of Chemical Technology of Russia (MUSTR), Moscow, Russia
Ekaterina A. Kapaeva – laboratory assistant, NRC Kurchatov Institute, Moscow, Russia
Mikhail V. Korzhik – D.Sc. in Physics and Mathematics, head of the Laboratory, NRC Kurchatov Institute, Moscow, Russia; head of the Laboratory Institute for Nuclear Problems, Belarus State University, Minsk, Belarus
Ilya A. Lagutskiy – head of the Nuclear Electronics and Spectrometric Devices Sector, ATOMTEX SPE, Minsk, Belarus
Vitaly A. Mechinsky – Ph.D. in Physics and Mathematics, leading researcher, NRC Kurchatov Institute, Moscow, Russia; leading researcher, Institute for Nuclear Problems, Belarus State University, Minsk, Belarus
Aleksandr L. Mikhlin – head of the Laboratory, NRC Kurchatov Institute, Moscow, Russia
Vladimir V. Uglov – D.Sc. in Physics and Mathematics, Professor, head of Department of Solid State Physics and Nanotechnology, Faculty of Physics, Belarusian State University, Minsk, Belarus
1. Voitovetsky V. K., Tolmacheva N. S., Arsay M. I. Scintillation glass for detecting slow neutrons // Atomic energy. 1959. V. 6, Is. 3. P. 321 – 326.
2. Voitovetsky V. K., Tolmacheva N. S. Lithium-silicate scintillation glasses for the detection of slow neutrons // Atomic energy. 1959. V. 6, Is. 4. P. 472 – 475.
3. Spowart A. R. Neutron scintillating glasses: Part I: Activation by external charged particles and thermal neutrons // Nuclear Instruments and Methods. 1976. V. 135, Is. 3. P. 441 – 453.
4. Spowart A. R. Neutron scintillating glasses: Part II: The effects of temperature on pulse height and conductivity // Nuclear Instruments and Methods. 1977. V. 140, Is. 1. P. 19 – 28.
5. Fairley E. J., Spowart A. R. Neutron scintillating glasses: Part III Pulse decay time measurements at room temperature // Nuclear Instruments and Methods. 1978. V. 150, Is. 2. P. 159 – 163.
6. Арбузов В. И. Фотоперенос электрона в активированных стеклах: дис. … д-ра физ.-мат. наук: 01.04.05 / Арбузов В. И. СПб., 1996. 559 с.
7. Arbuzov V. I., Andreeva N. Z., Vitenko V. A., Milovidov M. A. Neutron detectors on the basis of lithium scintillation glasses // Radiation Measurements. 1995. V. 25, Is. 1 – 4. P. 475 4 76.
8. Shul’gin B. V., Petrov V. L., Pustovarov V. A., et al. Scintillation neutron detectors based on 6Li-silica glass doped with cerium // Physics of the Solid State. 2005. V. 47, Is. 8. P. 1412 – 1415.
9. Bliss M., Aker P. M., Windisch Jr. C. F. Further investigations of the effect of replacing lithium by sodium on lithium silicate scintillating glass efficiency // Journal of non-crystalline solids. 2012. V. 358, Is. 4. P. 751 – 757.
10. Yanagida T., Ueda J., Masai H., et al. Optical and scintillation properties of Ce-doped 34Li2O–5MgO–10Al2O3–51SiO2 glass // Journal of Non-Crystalline Solids. 2016. V. 431. P. 140 – 144.
11. Dosovitskiy G., Akimova O., Amelina A., et al. Li-based glasses for neutron detection – classic material revisited // Ref. J. Chem. 2020. V. 10, Is. 1. P. 1 – 11.
12. Fukabori A., Yanagida T., Chani V., et al. Optical and scintillation properties of Pr-doped Li-glass for neutron detection in inertial confinement fusion process // Journal of Non-Crystalline Solids. 2011. V. 357, Is. 8. P. 910 – 914.
13. Tratsiak Y., Fedorov A., Dosovitsky G., et al. Scintillation efficiency of binary Li2O–2SiO2 glass doped with Ce3+ and Tb3+ ions // Journal of Alloys and Compounds. 2018. V. 735. P. 2219 – 2224.
14. Мальчукова Е. В., Абрамов А. С., Непомнящих А. И., Теруков Е. И. Алюмоборосиликатные стекла, содопированные редкоземельными элементами, как радиационно-защитные покрытия солнечных батарей // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49, № 6. С. 753 – 757.
15. Агафонова Д. С., Колобкова Е. В., Никоноров Н. В., Сидоров А. И. Влияние ионов редкоземельных металлов на температурную зависимость люминесценции молекулярных кластеров серебра в оксифторидных стеклах // Оптический журнал. 2014. Т. 81, № 7. С. 59 – 66.
16. Агафонова Д. С., Егоров В. И., Игнатьев А. И., Сидоров А. И. Влияние температуры на люминесценцию молекулярных кластеров серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах // Оптический журнал. 2013. Т. 80, № 8. С. 51 – 56.
17. Колобкова Е. В., Кукушкин Д. С., Никоноров Н. В. и др. Люминесцентные свойства фторфосфатных стекол с молекулярными кластерами селенида кадмия // Оптика и спектроскопия. 2015. Т. 118, № 2. С. 237 – 241.
18. Петрова О. Б., Попов А. В., Шукшин В. Е., Воронько Ю. К. Активированные ионами Nd3+ свинцовоборатные оксифторидные стекла и прозрачные стеклокристаллические материалы на их основе // Оптический журнал. 2011. Т. 78, № 10. С. 30 – 35.
19. Li L., Chen J., Wen Z., et al. X-ray imaging scintillator: Tb3+-doped oxyfluoride aluminosilicate glass // Ceramics International. 2024. V. 50. P. 757 – 763.
20. Li W., Chen D., Hu L., et al. Scintillation and photoluminescence performance of Ce3+-doped high gadolinium oxyfluoride glass for circular electron-positron collider (CEPC) // Ceramics International. 2024. V. 50. P. 19814 – 19821.
21. Yang D., Ge K., Ban H., et al. High transparency Ce3+-doped oxyfluoride glass scintillator for X-ray imaging and ?-ray detection // Ceramics International. 2024. V. 50. P. 47253 – 47258.
22. Fedorov P. P., Alexandrov A. A. Synthesis of inorganic fluorides in molten salt fluxes and ionic liquid mediums // J. Fluor. Chem. 2019. V. 227. P. 109374.
23. Gugov I., Muller M., Russel C. Transparent oxyfluoride glass ceramics co-doped with Er3+ and Yb3+ – Crystallization and upconversion spectroscopy // J. Solid State Chem. 2011. V. 184, Is. 5. P. 1001 – 1007.
24. Полищук С. А., Игнатьева Л. Н., Марченко Ю. В., Бузник В. М. Оксифторидное стекло (обзор) // Физика и химия стекла. 2011. Т. 37, № 1. С. 3 – 27.
25. Киприанов А. А., Карпухина Н. Г. Оксигалогенидные силикатные стекла // Физика и химия стекла. 2006. Т. 32, № 1. С. 3 – 40.
26. Щукина В. Е., Петрова О. Б. Фторборатные стеклокристаллические материалы с большой концентрацией фторида свинца, активированные ионами Nd3+ // Успехи в химии и химической технологии. 2012. Т. XXXVI, № 11. С. 50 – 55.
27. Петрова О. Б., Хомяков А. В. Свинцово-фторосиликатные стеклокристаллические материалы, активированные Nd3+, Er3+ и Yb3+ // Оптика и спектроскопия. 2013. Т. 114, № 6. С. 962 – 966.
28. Петрова О. Б., Севостьянова Т. С., Анурова М. О., Хомяков А. В. Свинцово-бариевые фтороборатные стеклокристаллические материалы, активированные ионами Nd3+ или Er3+ // Оптика и спектроскопия. 2016. Т. 120, № 2. С. 272 – 279.
29. Батуева С. Ю., Кожевникова Н. М. Синтез и исследование прозрачных оксифторидных стекол, легированных ионами Eu3+ // Неорганические материалы. 2018. Т. 54, № 10. С. 1099 – 1104.
30. Зиятдинова М. З., Алексеев Р. О. Об иттрий-алюмоборатных стеклах, синтезированных с использованием фторидов // Успехи в химии и химической технологии. 2021. Т. XXXV, № 14. С. 66 – 68.
31. Жукова Е. В., Сиротина В. А., Севастьянова Т. С., Петрова О. Б. Свинцовые оксифторидные боросиликатные стекла, активированные редкоземельными элементами // Успехи в химии и химической технологии. 2016. Т. XXX, № 3. С. 108 – 110.
32. Кожевникова Н. М. Синтез и исследование спектрально-люминесцентных свойств оксифторидных стекол системы CaF2–SiO2–B2O3–Bi2O3–TiO2–ZnO–Y2O3, активированных оксидами Er2O3 и Yb2O3 // Неорганические материалы. 2022. Т. 58, № 8. С. 897 – 902.
33. Lecoq P., Gektin A., Korzhik M. Inorganic scintillators for detector systems: physical principles and crystal engineering // Particle Acceleration and Detection. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2017. 408 p.
34. Масленникова И. Г., Гончарук В. К., Кавун В. Я. и др. Синтез стеклокерамики в смешанных фторцирконатно-фосфатных системах // Журнал общей химии. 2019. Т. 89, № 8. С. 1292 – 1299.
35. Fedorov P. P., Luginina A. A., Popov A. I. Transparent oxyfluoride glass ceramics // J. Fluor. Chem. 2015. V. 172. P. 22 – 50.
36. Пат. РФ RU 2579056 C1. Люминесцирующая наностеклокерамика / Рачковская Г. Е., Захаревич Г. Б., Юмашев К. В., Лойко П. А., Скопцов Н. А., Арзуманян Г. М.; опубл. 27.03.2016, Бюл. № 9. Приор. 30.12.2014.
37. Fujihara S., Mochizuki C., Kimura T. Formation of LaF3 microcrystals in sol-gel silica // J. Non-Cryst. Solids. 1999. V. 244. P. 267 – 274.
38. Secu M., Secu C., Bartha C. Optical properties of transparent rare-earth doped sol-gel derived nano-glass ceramics // Materials. 2021. V. 14, Is. 22. Р. 6871.
39. Lithium glass scintillators. URL: https://www.crystals.saint-gobain.com/products/lithium-glass-scintillators (дата обращения: 03.04.2022).
40. Tratsiak Y., Korjik M., Fedorov A., et al. Luminescent properties of binary MO-2SiO2 (M = Ca2+, Sr2+, Ba2+) glasses doped with Ce3+, Tb3+ and Dy3+ // Journal of Alloys and Compounds. 2018. V. 765. P. 207 – 212.
The article can be purchased
electronic!
PDF format
700 руб
DOI: 10.14489/glc.2026.04.pp.011-019
Article type:
Research Article
Make a request
