Анотація до роботи:

Шеховцов О.М. Радіаційно-індуковані дефекти в кристалах боратів LaB₃O₆ і Li₆Gd(BO₃)₃, активованих церієм. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07. – фізика твердого тіла. – Інститут монокристалів НАН Украіни, Харків, 2004.

Дисертація присвячена дослідженню радіаційно-індукованих дефектів у кристалах боратів LaB₃O₆ і Li₆Gd(BO₃)₃, чистих та активованих церієм. Вивчені оптичні характеристики та запропоновано моделі радіаційно-індукованих дефектів в кристалах LaB₃O₆ і Li₆Gd(BO₃)₃. Вивчено вплив активатору (церію) на створення радіаційно-індукованих дефектів у кристалах LaB₃O₆ і Li₆Gd(BO₃)₃. Визначені сцинтиляційні характеристики цих кристалів. Одержані результати свідчать, що кристали LaBO і LGBO можуть розглядатися як новий перспективний клас сцинтиляційних матеріалів для детектування нейтронів у змішаних n/ полях.

У дисертаційній роботі проведено комплексне дослідження структурних параметрів, оптичних властивостей (поглинання, фото-, рентген- та термостимульованої люмінесценції) та сцинтиляційних характеристик чистих і активованих церієм монокристалів LaBO і LGBO. Проаналізовані механізми утворення, параметри власних та радіаційно-індукованих дефектів у кристалічній гратці цих матеріалів. Отримані такі нові наукові та практичні результати:

1. За допомогою методів ДТА, РФА визначені температурні області взаємодії вихідних компонентів і утворення сполук LaBO та LGBO. У рамках формально-кінетичного анализу з використанням методів ДТА і РФА проведено моделювання процесу утворення LGBO у системах Li₂CO₃:Gd₂O₃:B₂O₃ (H₃BO₃) та визначені параметри макрокінетичної взаємодії: енергія активації сумарного процесу E_a, константа швидкості реакції K₀ і порядок реакції n. Запропоновано методику та оптимізовані умови синтезу шихти з вмістом Li₆Gd(BO₃)₃ до 97-98%.

2. За методом Чохральського вирощені монокристали LaBO (діаметр до 15 мм і довжина до 8мм) та LGBO (діаметр до 30мм і довжина до 40мм), чисті та активовані церієм (LaBO – 0,5 ат %, LGBO – 1-5 ат %). Встановлені типи ростових дефектів (об’ємний дефект, поперечні ростові смуги) та механізми їх виникнення (LaBO - порушення стехіометрії внаслідок термічної дисоціації розплаву в процесі вирощування кристалу, LGBO – утворення областей збіднених Gd внаслідок розшарування розплаву), знайдені оптимальні умови вирощування. Вирощені кристали зі змішаним типом зв’язків мають досконалу спайність уздовж площин: LaBO - (10`1) і (111), LGBO - (10`2), (010) і (121), що утворена Ln-O (Ln = La, Gd и Li) зв’язками іонного типу.

3. У кристалах LaBO:Се активаторний центр характеризується люмінесценцією при 360 нм. У кристалах LGBO:Се активаторні центри І типу характеризуються фотолюмінесценцією при 395 нм. Час випромінювальної релаксації фотолюмінесценції активаторних центрів І типу характеризується двома компонентами 5 і 24 нс, що пов’язується з нееквівалентністю позицій іону активатора Се³⁺ у кристалічній гратці LGBO. Для активаторних центрів ІІ типу (власного дефекту) характерне поглинання в області 300 нм, обумовлене наявністю смуги переносу заряду Се⁴⁺+O^2-«Се³⁺+O^-.

4. Встановлено, що при опроміненні в шаруватому бораті LaBO утворюється катіонна вакансія V_La внаслідок зсунення іону La³⁺ у площині xy на 0,56 зі свого рівноважного положення. В кристалах острівкового борату LGBO:Се F⁺-центр утворюється в координаційній сфері (кисневому оточенні) активаторного центру І типу. Його термоактивований розпад призводить до випромінювальної релаксації церія.

5. За результатами комплексного аналізу даних РСА, ТСЛ і НОП, радіаційно-індуковані дефекти в вирощених кристалах віднесені до центрів захоплення з наступними параметрами: LaBO (діркова пастка з Е_T=0,72 еВ, Т_m=418 К, другий порядок кінетики) і LGBO:Се (електронна пастка з Е_T=0,82 еВ, Т_m=426 К, перший порядок кінетики).

6. Активування церієм кристалів LaBO призводить до гасіння матричної рентгенолюмінесценції при l_max=342 нм і ТСЛ. Цей ефект пов’язаний з іонізацією активаторного центру Се³⁺Се⁴⁺ внаслідок опромінення та екрануванням з боку Се⁴⁺ радіаційно-індукованого дефекту – діркової пастки, що заважає захопленню дірки та знижує тим самим вірогідність випромінювальної рекомбінації.

7. Визначені сцинтиляційні характеристики вирощених кристалів: LaBO - світловий вихід S~500 фотон/МеВ, час висвітлювання t>10 мкс і V_a/V_g - відношення 0,3; LGBO:Се - світловий вихід S~1100 фотон/МеВ, час висвітлювання t~21 нс і V_a/V_g - відношення - 0,4. Враховуючи структурні особливості та специфіку елементного складу, кристали LaBO і LGBO можуть розглядатися як новий перспективний клас сцинтиляційних матеріалів для детектування випромінювання у змішаних n/ полях.

Основні результати дисертації опубліковано:

1. Shekhovtsov A.N., Dubovik M.F., Tolmachev A.V., Korshikova T.I., Grinyov B.V., Dolzhenkova E.F. Radiation stimulated effects in LaB₃O₆ single crystals: pure and doped by cerium // Functional Materials. – 2000. - V.7, №2. - P.336-337.

2. Shekhovtsov A.N., Tolmachev A.V., Dubovik M.F., Korshikova T.I., Baumer V.N., Grinyov B.V., Dolzhenkova E.F. Growth, structure and luminescence properties of LaB₃O₆ single crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. - 2001. - V.456. - P.280-283.

3. Dolzhenkova E.F., Shekhovtsov A.N., Tolmachev A.V., Dubovik M.F., Grinyov B.V., Tarasov V.A., Baumer V.N., Zelenskaya O.V. Specific morphological features of LaB₃O₆ single crystals: a new promising material for thin-layer radiation detectors, // J. Crystal Growth. - 2001. - V.233. - P.473-476.

4. Гринев Б.В., Долженкова Е.Ф., Дубовик М.Ф., Коршикова Т.И., Толмачев А.В., Шеховцов А.Н. Mонокристаллы щелочных и редкоземельных боратов – новый класс перспективных сцинтилляционных материалов // «Функциональные материалы для науки и техники», под ред. В.П.Семиноженко. – Харьков. - 2001. - Институт монокристаллов. - С.48-75.

5. Baumer V.N., Chernikov V.V., Dubovik M.F., Gavrylyuk V.P., Grinyov B.V., Grin` L.A., Korshikova T.I., Shekhovtsov A.N., Sysoeva E.P., Tolmachev A.V., Zelenskaya O.V. Comparative analysis of scintillation parameter peculiarities of Li₂B₄O₇, LaB₃O₆ and Li₆Gd(BO₃)₃ single crystals // Functional Materials. - 2001. - V.8, №4. - P.736-741.

6. Толмачев А.В., Долженкова Е.Ф., Баумер В.Н., Гринев Б.В., Тарасов В.А., Шеховцов А.Н. Выращивание и морфологические особенности монокристаллов LaB₃O₆ для детекторов ионизирующих излучений // Поверхность. - 2002. - №5. - С.24-26.

7. Баумер В.Н., Гринев Б.В., Дубовик М.Ф., Долженкова Е.Ф., Коршикова Т.И., Толмачев А.В., Шеховцов А.Н. Исследование особенностей выращивания и структуры монокристаллов Li₆Gd(BO₃)₃ // Поверхность. - 2002. - №5. - С.62-64.

8. Shekhovtsov A.N., Tolmachev A.V., Dubovik M.F., Dolzhenkova E.F., Korshikova T.I., Grinyov B.V., Baumer V.N., Zelenskaya O.V. Structure and growth of pure and Ce³⁺-doped Li₆Gd(BO₃)₃ single crystals // J. Crystal Growth. - 2002. - V.242. - P. 167-171.

9. Баумер В., Гриньов Б., Дубовик М., Долженкова Е., Зеленська О., Коршикова Т., Толмачов О., Шеховцов О. Радіаційні точкові дефекти в монокристалах LaB₃O₆. // Вісник Львівського університету. - Серія фізична. - 2002. - Вип.35. - С.102-105.

10. Явецький Р., Гриньов Б., Дубовик М., Коршикова Т., Толмачов О., Шеховцов О., Зеленська О. Особливості отримання нового монокристала Li₆Gd(BO₃)₃ для сцинтиляційної техніки. // Вісник Львівського університету. – Серія фізична. - 2002. - Вип.35 - С.145-149.

11. Chernikov V.V., Dubovik M.F., Gavrylyuk V.P., Grinyov B.V., Grin` L.A., Korshikova T.I., Shekhovtsov A.N., Sysoeva E.P., Tolmachev A.V., Zelenskaya O.V., Peculiarities of scintillation parameters of some complex composition borate single crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. - 2003. - V.498 - P.424-429.

12. Баумер В.Н., Гринев Б.В., Долженкова Е.Ф., Дубовик М.Ф., Коршикова Т.И., Толмачев А.В., Шеховцов А.Н. Исследование условий синтеза шихты и выращивания монокристаллов Li₆Gd(BO₃)₃. // Материаловедение. – 2004, №7 - С.48-52.

13. Baumer V.N., Dubovik M.F., Grinyov B.V., Korshikova T.I., Tolmachev A.V., Shekhovtsov A.N.. Radation-stimulated defects into LaB₃0₆ and Li₆Gd(BO₃)₉:Ce single crystals // Radiation Measurements. – 2004. – V. 38, № 4-6. - P.359-362.

14. Dubovik M.F., Gayduk O.V., Grinyov B.V., Korshikova T.I., Tolmachev A.V., Shekhovtsov A.N., Yavetskiy R.P. Activator centers in Li₆Gd(BO₃)₉:Ln (Ln = Ce, Eu) single crystals // Functional Materials. – 2004. - V.11, N2. - P.247-250.

15. Деклараційний патент на винахід №66072A Україна, М.кл. 7С30В29/28. Спосіб отримання шихти чистого та модифікованого змішаного ортоборату літію та гадолінію // Гриньов Б.В., Дубовик М.Ф., Коршикова Т.І., Толмачов О.В., Шеховцов О.М., Явецький Р.П. Заявлено 21.07.2003; Опубліковано 15.04.2004 Бюл. №4.

16. Shekhovtsov A.N., Dubovik M.F., Tolmachev A.V., Grinyov B.V., Korshikova T.I., Dobrotvorskaya M.V., Dolzhenkova E.F., Baumer V.N. Growth and luminescence of LaB₃O₆ single crystals: pure and doped by cerium // Proc. of Fifth Int. Conf. on Inorganic Scintillators and Their Applications. – 1999. Moscow. (Russia). P.689-692.