Розробка науково-технологічних основ модифікації поверхні кристалів для корегування їх сцинтиляційних характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ

Кудін Олександр Михайлович

УДК 547.722.3: [539.1.074.3: 683 + 546.36 15 33]

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

РОЗРОБКА НАУКОВО-Технологічних основ Модифікації ПОВЕРХНІ КРИСТАЛІВ ДЛЯ КореГування ЇХ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Спеціальність - 05.02.01 - матеріалознавство

Харків - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті сцинтиляційних матеріалів НАН України.

Науковий консультант: академік НАН України, доктор технічних наук, професор Гриньов Борис Вікторович, директор Інституту сцинтиляційних матеріалів НАН України.

Офіційні опоненти:

академік НАН України, доктор фізико-математичних наук, Професор Ажажа Володимир Михайлович, директор Інституту фізики твердого тіла, матеріалознавства та технологій ННЦ "Харківський фізико-технічний інститут" НАН України;

доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Комар Віталій Корнійович, завідувач відділу Інституту монокристалів НАН України;

доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, Даневич Федір Анатолійович, завідувач відділу фізики лептонів Інституту ядерних досліджень НАН України.

Захист відбудеться " 19 " грудня 2007 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.169.01 при Інституті монокристалів НАН України за адресою: 61001, м. Харків, пр. Леніна, 60.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Інституту монокристалів за адресою: м. Харків, пр. Леніна, 60.

Автореферат розісланий " 16 " листопада 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат фіз.-мат. Наук М.В. Добротворська.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Функціональні матеріали на основі кристалів йодидів лужно-галоїдних металів широко застосовуються в науці і техніці як ефективні сцинтилятори. Масштабне використання цих матеріалів у фізиці високих енергій протягом останнього десятиріччя переконливо довело, що так зване "доведення" виробів (tuning) за рахунок модифікації поверхні дозволяє ефективно керувати осьовою неоднорідністю u світлового виходу L і, тим самим, однією із найважливіших характеристик сцинтиляторів - енергетичним розділенням R. Ідея "доведення" у цьому випадку полягає у регулюванні ефективної дзеркальності p відбиваючих поверхонь для забезпечення необхідної залежності коефіцієнту світлозбору G(Z) уздовж осі Z сцинтиляційного модуля. Аналіз патентної інформації показує, що на характер залежності G(Z) можна вплинути вибором відбивача зі змінним коефіцієнтом відбивання r, а також регулюванням коефіцієнта поглинання k і заломлення n матеріалу до випромінювання різних довжин хвиль. В останньому разі мова йде про корегування G взагалі, а не тільки його осьової залежності G(Z).

Відомо, що власне розділення сцинтилятору R_C визначається внеском R_G (неоднорідність коефіцієнта збирання світла) і R_N (непропорційність електронного відгуку енергії): (R_C)² = (R_G)² + (R_N)². Загальноприйнято, що основний внесок у R_C вносить R_N, зокрема, для виробів невеликого розміру, коли залежністю G(Z) можна зневажити, наприклад, якщо Z D, де D - діаметр кристала. Через те що внесок R_N збільшується з ростом D, вважається, що мінімальна величина R_C також залежить від розміру кристала. Однак кращі з відомих значень R для кристалів різних розмірів співпадають у широкому інтервалі D.

Внесок R_N розраховано на основі електронного відгуку. Цим терміном названа залежність сцинтиляційної ефективності від енергії електронів Ee (e= dLe/dEe). Дані про електронний відгук отримано на основі виміряного фотонного (vs E) відгуку. Експерименти з зовнішніми джерелами X-квантів приводять до висновку: e(Ee) const. Іншими словами це явище називають "непропорційність виходу до енергії електронів" і вважають центральною проблемою сцинтиляційного матеріалознавства. Однак відомо, що для внутрішніх джерел радіації, коли поверхневими ефектами можна зневажити, e(Ee) const у широкому інтервалі енергій. Це означає, що вклад R_N можна прирівняти до нуля і власне енергетичне розділення повністю визначається складовою R_G.

Отже, дані про e(Ee), що отримані різними методами, є взаємно виключні. Вважається, що форму кривої фотонного відгуку для зовнішніх джерел випромінювання можна пояснити особливостями формування сцинтиляційного спалаху поблизу поверхні для фотонів з малою глибиною проникнення d. Для малих d реєстрація випромінювань викликає труднощі і лімітована, як правило, енергією 5,9 кеВ. Пояснення цього факту базується на уявленнях про так званий мертвий шар (МШ) - шар з ефективністю реєстрації 0. Існуючі уявлення про природу й механізми утворення МШ суперечливі, але всі вони приймають до уваги наявність адсорбованої води на поверхні кристалів, оскільки йодиди лужногалоїдних металів гігроскопічні - NaI:Tl - значно, а CsI:Na - слабо. Фізико-хімічні явища на вільній поверхні різноманітні та складні і включають декілька процесів: адсорбцію молекул води, утворення рідкої фази, розчинення у воді матеріалу сцинтилятору, дифузію компонентів у рідкій і твердій фазі, перекристалізацію, хімічну взаємодію компонентів. Через це а також через методичні труднощі роботи з гігроскопічними матеріалами, ці процеси розглядалися лише фрагментарно. Історично склалося так, що фотонний або електронний відгук вивчався в одних роботах, а МШ і його природа - в інших. Головним моментом, на наш погляд, було те, що існування непропорційності виходу пов'язувалося із залежністю питомих втрат енергії dE/dx від Ee, а природа МШ завжди розглядалася з позицій негативного впливу поверхні та залежно від d.

Існує ще один шлях покращення R_C в кристалах NaI:Tl - збільшення концентрації активатора (C_Tl), але цій підхід використовується для кристалів малої товщини. До постановки цієї роботі не було відомо, чи спостерігається такий ефект в інших сцинтиляційних матеріалах, зокрема в кристалах CsI:Tl, а пояснення цього ефекту впливом C_Tl на зниження R_N є суперечливим.

Висновок про те, що R_C визначається складовою R_G, є привабливим з практичної точки зору, тому що підказує можливість і реальний шлях коректування енергетичного розділення сцинтиляційних детекторів. Хоча такий висновок суперечить загальновизнаним уявленням, досвід "доведення" сцинтиляторів за допомогою регулювання p однозначно свідчить про суттєве покращення R_C. Ще більш перспективним і актуальним є коректування u та R_C за рахунок впливу на три параметри: k, n і p. Реалізація такого підходу передбачає розробку методів модифікації відбиваючих поверхонь шляхом нанесення спектрозміщуючих елементів (СЗЕ) в вигляді плівкових покриттів. Бажано, щоб модифікація поверхні не призводила до утворення спотвореного шару (СШ) і тісно пов'язаного с ним МШ. Однак традиційні методи обробки поверхні кристалів NaI і CsI призводять до утворення СШ, а можливість надання СЗЕ додаткової функції допоміжної поверхні для регулювання p раніше не розглядалася.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дослідження виконувалися в Інституті сцинтиляційних матеріалів НАН України. Всі дослідження і розробки виконані відповідно до тематичних планів науково-дослідних робіт, держконтрактів і держзамовлень, зокрема: "Екситон" (1996-1998 рр.) - "Роль активатора та його оточення в зміні спектрально-кінетичних властивостей та радіаційної стійкості сцинтиляторів йодидів лужно-галоїдних кристалів" (№ держреєстрації 0196U006605); "Аніон" (1997-2000 рр.) - "Дослідження впливу змішаного (аніон-катіонного) легування на випромінювальні та безвипромінювальні втрати в сцинтиляторах A^ІB^VІІ та ABX₃" (№ держреєстрації 0197U013768); "Коріандр" (1997-1999 рр.) - "Розробка технології вирощування великогабаритних лужно-галоїдних кристалів у автоматизованому режимі" (№ держреєстрації 0197U016689); "Стійкість" (2001р.) - "Дослідження спектрометричних властивостей та радіаційної стійкості великогабаритних швидкодіючих сцинтиляційних кристалів CsI" (№ держреєстрації 0102U002530); "Система" (2000-2003 рр.) - "Дослідження можливостей створення комбінованих систем реєстрації іонізуючих випромінювань на основі сцинтиляційних матеріалів" (№ держреєстрації 0103U003496); "Вплив" (2004-2006 рр.) - "Дослідження процесів тепломасопереносу і їх впливу на стабільність росту великогабаритних лужно-галоїдних сцинтиляційних монокристалів та їх якість" (№ держреєстрації 0104U006375); "Галілей" (2005-2007 рр.) - "Процеси формування оптичних активних центрів у халькогенідах і лужногалоїдних сцинтиляторах під впливом газових середовищ" (№ держреєстрації 0105U003317).

Мета та задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягала у розробці наукових засад модифікації відбиваючих поверхонь сцинтиляційних кристалів для коректування їх спектрометричних характеристик і методів поверхневої обробки виробів, які забезпечують задані й стабільні параметри сцинтиляційних модулів. Для досягнення цієї мети необхідно було розв'язати такі задачі:

Визначити головний фактор, який обмежує власне енергетичне розділення сцинтиляційного матеріалу, що передбачає:

- дослідження впливу стану вихідної поверхні, умов світлозбору (в тому числі й часу формування сигналу), концентрації центрів свічення в об'ємі та поблизу вихідної поверхні на фотонний відгук в області низьких енергій;

- вивчення кореляції між ступенем непропорційності фотонного відгуку та енергетичним розділенням кристалів як в області низьких (6 - 120 кеВ), так і в області середніх (120 - 1000 кеВ) енергій квантів;

- встановлення загального характеру впливу концентрації активатора на власне розділення кристалів NaI:Tl і CsI:Tl;

- пошук альтернативних пояснень непропорційності фотонного відгуку енергії для зовнішніх джерел випромінювання.

Визначити основні причини деградації сцинтиляційних характеристик кристалів при використанні традиційних методів поверхневої обробки, що означає:

- вивчення кінетики формування МШ в кристалах CsI:Na;

- уточнення моделі, механізму утворення МШ і його зв'язку зі СШ в кристалах CsI, CsI:Na, NaI:Tl;

- встановлення взаємозв'язку між поверхневими процесами і ? відношенням кристалів CsI:Tl;

- з'ясування причин агрегації активатора на поверхні кристалів NaI:Tl;

- виявлення механізмів відновлення МШ в кристалах NaI:Tl;

Розробити альтернативні методи поверхневої обробки чутливих елементів сцинтиляційних модулів, що, в свою чергу, передбачає:

- дослідження можливості конвертування люмінесценції кристалів CsI, CsI:Na і CsI:Tl в область більшої чутливості фотоприймачів за допомогою СЗЕ у вигляді плівкових покриттів;

- визначення оптимального складу СЗЕ як конвертора світла, а також для надання йому можливості виконувати додаткові функції;

- розробку методів вирівнювання осьової неоднорідності світлового виходу для сцинтиляційних модулів на основі кристалів CsI і CsI:Tl з використанням плівкових покриттів;

- з'ясування причин деградації осьової неоднорідності світлового виходу, енергетичного розділення і радіаційної стійкості кристалів в залежності від способу обробки відбиваючих поверхонь;

- розробку методів обробки відбиваючих поверхонь кристалів NaI і CsI з урахуванням призначення детекторів й наступних технологічних операцій склеювання або нанесення захисних покриттів.

Об'єкт дослідження - процеси формування сцинтиляційного спалаху в об'ємі та поблизу вільної поверхні кристалів, механізми розпаду твердого розчину точкових дефектів, що виникають біля поверхні внаслідок механічної обробки.

Предмет дослідження - енергетичні залежності фотонного відгуку; концентраційні залежності світлового виходу та енергетичного розділення; профіль мертвого шару по глибині кристала; оптичні, люмінесцентні, фізико-механічні характеристики СЗЕ; вплив компонентного складу покриттів і способів обробки поверхні кристалів на їх сцинтиляційні характеристики.

Методи дослідження кристалів та сцинтиляторів - оптичні, люмінесцентні та спектрометричні. Стан поверхні кристалів вивчався методом оптичної мікроскопії, електронної мікроскопії, рентгенівської фотоелектронної спектроскопії й виміром сцинтиляційної ефективності поверхневих шарів. Кінетику загасання сцинтиляцій вивчали методом затриманих збігів. Цим же методом визначався параметр F/T (відношення виходу сцинтиляцій за 100 та 1000 нс). Вплив СЗЕ на характеристики сцинтиляторів досліджували методом спектрометрії з використанням випромінювань різної енергії.

Наукова новизна.

1. Виявлено скорочення тривалості сцинтиляцій для фотонів низьких енергій у кристалах CsI:Tl, CsI:Na і NaI:Tl. Показано, що зростання сцинтиляційної ефективності на 20 % зі зменшенням енергії зовнішніх фотонів від 662 до 15 кеВ пояснюється скороченням тривалості сцинтиляційного імпульсу, а форма кривої фотонного відгуку визначається спільним впливом цього ефекту та негативним впливом мертвого шару при енергіях менше 15 кеВ. Запропоноване пояснення усуває суперечність між даними про фотонний відгук для внутрішніх та зовнішніх джерел радіації.

2. Показано, що відношення є функцією концентрації активатора C_Tl і збільшується у вивченому діапазоні концентрацій (0,01 < C_Tl < 0,3 мол %) як у кристалах NaI:Tl, так і CsI:Tl, при будь якому заданому часі формування сигналу. Для стандартно прийнятих часів формування сигналу відношення збільшується від 0,3 до 0,75 в обох сцинтиляційних матеріалах.

3. Доказано, що збільшення концентрації активатора приводить до покращення власного енергетичного розділення R_C як кристалів NaI:Tl, так і CsI:Tl, на відміну від існуючих уявлень про незалежність головної складової розділення R_N (непропорційність електронного відгуку) від C_Tl. Запропоновано модель флуктуацій сцинтиляційної ефективності, яка враховує неоднорідну структуру треку електрона і концентраційну залежність відношення. Розрахований внесок флуктуацій R_M в області плато світлового виходу зменшується на 1,5 % з ростом C_Tl, що добре відповідає експериментальним даним. Показано, що розмірно-незалежний внесок R_M за величиною дорівнює розмірно-залежному внеску R_N, який розраховано для кристалів 40Ч40мм.

4. Обґрунтовано висновок про те, що головний внесок у власне енергетичне розділення неорганічних сцинтиляторів вносить неоднорідність коефіцієнту світлозбору R_G. Показано принципову можливість та ефективність коректування енергетичного розділення сцинтиляційних кристалів методами модифікації поверхні за рахунок спрямованої зміни показників заломлення і поглинання матеріалу до конвертованого світла, а також ефективної дзеркальності поверхні.

5. Доказано можливість та ефективність конвертування люмінесценції кристалів CsI, CsI:Na і CsI:Tl в область більших довжин хвиль л, де чутливість фотоприймачів вища, а показники поглинання та заломлення менші. Визначено оптимальні склади СЗЕ на основі кремнійорганічних полімерів і органічних люмінесцентних домішок (ЛД). Показано, що СЗЕ на основі лаку КО-08 і ЛД з ряду похідних оксазолу, оксадіазолу й кумарину конвертують власне свічення кристалів CsI з л₁= 305 нм в область л₂ = 400-450 нм і одночасно захищають поверхню від негативного впливу атмосфери. СЗЕ на основі лаку МФ-193 з ЛД у вигляді похідних оксазолу, оксадіазолу, піразоліну, піразолу ефективно перетворюють свічення кристалів CsI:Na і CsI:Tl з л₁=420-430нм в область л₂ =500-560нм і одночасно виконують функцію допоміжної поверхні для коректування коефіцієнта ефективної дзеркальності. Експериментально доведено, що модифікація відбиваючих поверхонь кристалів за допомогою плівкових СЗЕ дозволяє збільшити світловий вихід сцинтиляційних модулів CsI до 80 %, внесок швидкого компонента у загальний вихід до 8 %, а також поліпшити енергетичне розділення калориметра від 7,4 % до 6,0 %. Доведено, що для кристалів CsI:Tl застосування СЗЕ дозволяє знизити осьову неоднорідність світлового виходу модулів до значень u ? 1 % без зменшення його середньої величини.

6. Обґрунтовано необхідність нанесення СЗЕ після релаксації вакансійної і дислокаційної підсистем у спотвореному шарі кристалів. Показано, що для сцинтиляторів CsI з захищеною поверхнею наведена радіацією смуга поверхневого поглинання не спостерігається до критичної дози 510³ Гр, а осьова неоднорідність світлового виходу сцинтиляційних модулів CsI:Tl стає відтворюваною у процесі зберігання та експлуатації.

7. Виявлено, що деградація світлового виходу і енергетичного розділення у процесі гідратації відбиваючих поверхонь кристалів NaI:Tl супроводжується перерозподілом спектрального складу активаторної люмінесценції на користь свічення складних центрів (Tl⁺)_n. Показано, що поява цих центрів є наслідком процесів перекристалізації основної речовини NaI у водному розчині, які супроводжуються виділенням TlI у самостійну фазу.

8. Показано, що в кристалах CsI:Na формування мертвого шару відбувається у два етапи: в початковий момент часу після механічної обробки поблизу вільної поверхні створюється шар зі збільшеною на 9-30 % сцинтиляційною ефективністю, який існує 4-6 днів і з часом (6 місяців і більш) перетворюється у мертвій шар. Показано, що глибина шару залежить від орієнтації і способу обробки вхідної поверхні.

Практичне значення отриманих результатів.

Запропоновано новий метод вирівнювання осьової неоднорідності світлового виходу за рахунок впливу на коефіцієнти заломлення і поглинання, а не на ефективну дзеркальність. Метод реалізований з використанням розроблених конверторів світла у вигляді плівкових покриттів і адаптованої до них обробки поверхні кристалів. Показано, що новий метод значно (на 1,4 %) покращує енергетичне розділення, збільшує вихід швидкого компонента сцинтиляцій та його внесок у загальний світловий вихід кристалів CsI. Запропонований підхід було реалізовано в експерименті PІBETA (Інститут Пауля Шеррера, Швейцарія) для 240 великогабаритних сцинтиляційних модулів CsI, що дозволило збільшити радіаційну стійкість і покращити енергетичне розділення калориметра.

Розроблено спосіб вирівнювання осьової неоднорідності світлового виходу кристалів CsI:Tl за рахунок впливу на коефіцієнти заломлення і поглинання та одночасної зміни ефективної дзеркальності покриттів. У цьому методі плівковий конвертор світла додатково виконує функцію захисного покриття та допоміжної поверхні для корегування коефіцієнта світлозбору, що дозволяє досягати низьких значень осьової неоднорідності (u ? 1%) без повторного полірування модулів. На противагу стандартному методу новий спосіб не викликає ризику порушення вимог на розміри модуля, що забезпечує збільшення виходу придатних виробів.

Дослідження структури і складу гідратованої й дегідратованої поверхні кристалів NaI:Tl дозволили запропонувати спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора, в якому перекристалізований шар використовується як ефективний дифузний відбивач, а негативний вплив продуктів гідролізу основної речовини нейтралізується створенням реакційної газової атмосфери. Крім цього, запропоновано методику неруйнівного контролю працездатності детектора в процесі експлуатації (рання діагностика гідратації чутливого елемента детектора, що не спостерігається візуально).

Особистий внесок автора. Аналіз стану проблеми, виявлення протиріч між даними різних авторів, формулювання теми дисертації, вибір напрямку досліджень, а також висновки, що наведені у кінці автореферату, належать саме автору. Основні результати досліджень і розробок, які узагальнені в дисертації, отримано в період 1996-2006 рр. автором, а також його аспірантом В.Ю. Гресь [1, 3, 4, 15, 21, 23, 30] і здобувачем Л.А. Андрющенко [7-9, 16, 25, 29, 33] під керівництвом автора. В роботі [12] автору належить висновок про малий внесок непропорційності електронного відгуку у власне розділення сцинтиляторів; в [1] - доказ скорочення тривалості сцинтиляцій для фотонів низьких енергій; в [3] - пояснення причини зростання сцинтиляційної ефективності зі зменшенням енергії зовнішніх фотонів; в [4] - механізм перетворення шару зі збільшеною сцинтиляційною ефективністю у мертвий шар; в [21, 23, 30] - механізм деградації світлового виходу і енергетичного розділення та пояснення причин утворення складних центрів (Tl⁺)_n і самостійної фази TlI. В статтях [7, 8] і патенті [29] автору належить висновок про покращення енергетичного розділення детекторів-модулів, обґрунтування необхідності нанесення захисних покриттів після релаксації спотвореного шару та пропозиція надання плівковому конвертору світла додаткової функції допоміжної поверхні для корегування коефіцієнта світлозбору.

Доказ загального характеру впливу концентрації активатора на енергетичне розділення сцинтиляційних матеріалів і доказ того, що відношення є функцією концентрації активатора і збільшується із ростом C_Tl, отримано разом з Л.М. Трефіловою [2, 11, 12] та А.М. Пановою [20] за ініціативою автора і при його безпосередній участі. Вивчення процесів, які обмежують радіаційну стійкість кристалів [13, 14, 19, 22, 24, 31], проведено разом з фахівцями Інституту сцинтиляційних матеріалів під керівництвом наукового консультанта, а висновки про специфіку протікання цих процесів у поверхневому шарі належать автору.

Основна маса кристалів, які використані у цій роботі, була вирощена в 1996-2000 рр. автором під загальним керівництвом Б.Г. Заславського [15, 26, 28]. Дослідження оптичних, люмінесцентних та термолюмінесцентних характеристик кристалів [5-7, 13, 14, 17, 18, 22, 24, 27, 31-33] здійснено самостійно. ІЧ спектри поглинання виміряні разом з А.І. Митичкіним [5, 10, 13, 14, 19, 24]. Стан поверхні методом електронної мікроскопії, рентгенівської фотоелектронної спектроскопії та рентгеноструктурного аналізу вивчався разом з фахівцями НТК “Інститут монокристалів” П.В. Матейченко, М.В. Добротворською та В.Ф. Ткаченко [5, 23].

Апробація результатів дисертації. Результати дисертації доповідалися й обговорювалися на міжнародних профільних конференціях "International Conference on Inorganic Scintillators and Their Industrial Application" (SCINT-97, Shanhai, China; SCINT-99, Moscow, Russia; SCINT-01, Chamonix, France; SCINT-03, Valencia, Spain; SCINT-05, Alushta, Crimea, Ukraine) та "International Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation" (LUMDETR-2000, Riga, Latvia; LUMDETR-03, Prague, Czech Republic; LUMDETR-06, Lviv, Ukraine). Крім цього, результати були представлені на ICFM-2005 (International Conference "Functional Materials", Partenit, Crimea, Ukraine, 2005), на NSS-04 (Nuclear Science Symposium, Rome, Italy, 2004); на EMRS-1 (International Conference on Advanced Materials, Kiev, Ukraine, 1999); на міжнародній конференції з радіаційної фізики й хімії (РФХ-10, Томськ, Росія, 1999); на міжнародній конференції "Сцинтиляційні матеріали та їх застосування" (SCINTMAT-2000, Єкатеринбург, Росія); на XIV міжнародній конференції з фізики радіаційних явищ і радіаційного матеріалознавства (МКРМ-14, Алушта, Крим, 2000); на Х Українській конференції з високомолекулярних сполук, Київ, 2004. Також автор неодноразово доповідав матеріали дисертації на конференціях з росту кристалів: "International Conference on Crystal Growth" (ICCG-12, Jerusalem, Israel, 1998; ICCG-13, Kyoto, Japan, 2001; ICCG-14, Grenoble, France, 2004); First International School on Crystal Growth Technology (ISCGT-1, Beatenberg, Switzerland, 1998); на IX, X та XII Національних конференціях з росту кристалів (НКРК-2000; НКРК-2002; НКРК-2006; Москва, Росія); на міжнародних конференціях з тепломасопереносу і росту монокристалів (HM&CG-97; ICSC-01; Obninsk, Russia). В 2001 р. автор дисертації нагороджений званням лауреата міжнародного рейтингу "Золота фортуна" у номінації "кращі науковці України".

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано у 28 статтях у міжнародних та вітчизняних журналах. Найбільш вагомі практичні результати захищені 5 патентами України і патентами-аналогами Росії, США і Китаю.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, восьми розділів, висновків та списку використаних джерел. Вона містить 313 сторінок тексту, включаючи 98 рисунків і 20 таблиць. Список літератури містить 308 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, сформульовано мету і завдання досліджень, наукову новизну й практичне значення отриманих результатів.

Перший розділ вміщує огляд сучасних уявлень про механізм сцинтиляцій і властивості кристалів NaI:Tl і CsI:Tl в об'ємі та поблизу вільної поверхні. Наведено визначення термінів, які використовуються, наприклад, сцинтиляційна ефективність є:

dL/dE = (E_hv /E_ex) S f_xy G Q(1)

де E_hv - середня енергія фотонів люмінесценції; E_ex - енергія електронних збуджень у кристалі; параметр S описує ефективність перетворення енергії частки у збуджуючу енергію E_ex; коефіцієнт f_xy характеризує ефективність переносу енергії E_ex від ґратки до центрів свічення, Q - квантова ефективність центра свічення з урахуванням концентраційного гасіння, G - коефіцієнт світлозбору. Припускається, що коефіцієнти f_xy, Q і G не залежать від енергії.

Особливу увагу приділено факторам, які обмежують власне енергетичне розділення цих кристалів. Загальноприйнято, що R_C визначається неоднорідністю коефіцієнта збирання світла і непропорційністю електронного відгуку енергії: (R_C)² = (R_G)² + (R_N)². Внесок R_N розраховано на основі електронного (ЕВ) відгуку (Ee). Відомо, що він як і фотонний відгук (ФВ) характеризується непропорційністю до енергії електронів: e(Ee)? const. З цим зв'язано так зване внутрішнє "розширення" лінії спектрометра, а розрахований внесок R_N досягає 4,5 % і вважається головним у R_C. Слід відзначити, що цей внесок залежить від розмірів кристала і збільшується від 3,1 % (кристал 1212 мм) до 4,5 % (7676 мм). Але досвід виготовлення детекторів свідчить, що кращі значення енергетичного розділення для кристалів 2525 мм і 5151 мм співпадають, тобто R_C не залежить від розміру. Пошук альтернативного внеску в R_C (замість R_N), який не залежить від розміру, особливо, для випадків коли залежністю G(Z) можна зневажити, є актуальною проблемою.

Висновок про визначальний внесок складової R_N у R_C випливає з форми ФВ для зовнішніх фотонів. Відомо, що для внутрішніх джерел радіації, коли поверхневими ефектами можна зневажити, e(Ee) const у широкому інтервалі енергій. Це означає, що, можливо, R_N = 0 і власне енергетичне розділення повністю визначається складовою R_G. Вважається, що форму кривої фотонного відгуку для зовнішніх джерел випромінювання можна пояснити особливостями формування сцинтиляційного спалаху поблизу поверхні для фотонів з малою глибиною проникнення d. Для малих d реєстрація випромінювань викликає труднощі через наявність мертвого шару з ефективністю реєстрації 0. Існуючи уявлення про природу й механізми утворення МШ суперечливі, а процеси, що призводять до утворення МШ, розглядалися лише фрагментарно. Добре відома дифузійна модель МШ (Чайковський, Видай і Розенберг), яку запропоновано для кристалів CsI:Na. Згідно з цією моделлю природа МШ пов'язана з дифузією іонів Na⁺ на вільну поверхню, що призводить до утворення виділень NaI на поверхні, а МШ відповідає чистому кристалу CsI. Це підтверджується даними електронної мікроскопії про наявність виділень на поверхні й люмінесценцією поверхневих шарів, яка відповідає власному свіченню CsI. Ці явища спостерігаються лише через 6 місяців старіння монокристалів, однак деградація світлового виходу у МШ триває тільки декілька днів, як це показано Ляпідевським і Аверкієвим. З цих даних випливає, що не дифузія натрію відповідає за деградацію L. Автори пропонують дифузію гасячих домішок з поверхні в МШ.

Відомо, що світловий вихід кристалів у розрахунку на один МеВ поглинутої енергії є меншим для -часток чим для -квантів. Для обліку цієї різниці в сцинтиляційній техніці використовується термін /- відношення, яке визначається як питомий світловий вихід -часток (L/E) поділений на такий -квантів (L/E). Зниження питомого світлового виходу для часток з великими dE/dx у треку приписано “насиченню активаторних центрів”, цей термін відображає недостачу центрів свічення в областях високої густини іонізації. Феноменологічна модель сцинтиляційного процесу (Murray and Meyer) з урахуванням концепції насичення доступних активаторних центрів (SM - saturation model) передбачає, що хід кривої dL/dE vs. dE/dx залежить від концентрації активатора. Експериментальна перевірка SM (Gwin and Murray) показала, що форма кривої dL/dE vs. dE/dx практично не залежить від C_Tl. Було зроблено висновок, що спад сцинтиляційної ефективності для часток з великими dE/dx випливає не із недостачі центрів свічення, а є первинним ефектом, який має місце у кристалічній ґратці. Але цей висновок суперечить результатам про збільшення /- відношення з ростом C_Tl (Цирлін і Сойфер). Зважаючи на суперечливість даних, проблема впливу C_Tl на спад кривої dL/dE vs. dE/dx є відкритою до цього часу, особливо, для кристалів CsI:Tl.

Хоча висновок про те, що R_C визначається складовою R_G, суперечить загальновизнаним уявленням, досвід "доведення" сцинтиляторів за допомогою регулювання p свідчить про суттєве покращення R_C. Керування параметром p здійснюють за рахунок модифікації поверхні, звичайно матуванням. Але традиційний метод призводить до утворення спотвореного шару (СШ) і тісно пов'язаного з ним МШ. Наслідком цього є нестабільність сцинтиляційних характеристик у часі.

Зроблено висновок, що більш перспективним і актуальним є "доведення" за рахунок впливу на три параметри: k, n іp. Через те що параметри k і n. Реалізація такого підходу передбачає розробку нетрадиційних методів модифікації відбиваючих поверхонь шляхом нанесення спектрозміщуючих елементів (СЗЕ) у вигляді плівкових покриттів. Бажано, щоб СЗЕ виконував також функцію захисного покриття. Висловлено припущення, що операції з керування параметром p можна здійснити використовуючи захисне покриття, а не поверхню кристалу. Однак можливість надання СЗЕ додаткової функції допоміжної поверхні для регулювання p раніше не розглядалася.

Існує ще один шлях покращення R_C в кристалах NaI:Tl - збільшення концентрації активатора (C_Tl).

Але цей підхід використовується лише для кристалів малої товщини. До постановки цієї роботи не було відомо, чи спостерігається такий ефект в інших сцинтиляційних матеріалах, зокрема в кристалах CsI:Tl, а пояснення цього ефекту зниженням R_N через вплив C_Tl на ФВ є суперечливим.

Формулюються невирішені задачі теорії та практики, а також коло проблем, які розв'язуються в дисертації.

Другий розділ присвячено способам отримання кристалів і готування зразків і детекторів, у ньому також описані основні методи дослідження. Використовувалися кристали, що отримані автоматизованим витягуванням на затравку з конусного тигля з підживленням розплавленою сировиною. Вихідна сировина проходила двохстадійну обробку шляхом дегідратації. З вирощених монокристалічних буль нитяною пилкою вирізували заготівки для детекторів у вигляді зрізаних пірамід довжиною до 327 мм, а також зразки-свідки діаметром 30 мм і висотою 5 або 30 мм. У спеціально обговорених випадках заготівки оброблялися на токарному чи фрезерному верстаті. Описано спосіб виготовлення циліндричних деталей методом кільцевого свердлення й переваги цього методу. На завершальній стадії детектори NaI:Tl полірувалися й упаковувалися в контейнери в сухому боксі. Кристали CsI:Na і CsI:Tl готувалися таким же чином з деякими відмінностями, які обумовлюються в тексті.

Структурна досконалість заготівок контролювалася за допомогою оптичного мікроскопу і полярископу, орієнтація заготівок додатково перевірялася за допомогою рентгеноструктурного аналізу. Мікротвердість визначалася на приладі ПМТ-3, межа текучості - за допомогою деформаційної машини "Інстрон". Фазовий склад шарів - методами електронної мікроскопії, рентген-фазного і диференційно-термічного аналізів, рентгенівської фотоелектронної спектроскопії. Концентрація активатора у вирощених кристалах визначалася за коефіцієнтом поглинання в активаторних смугах і перевірялася методами хімічного аналізу (на вміст талію і натрію). Люмінесцентні виміри проводилися на приладі КСВУ-23, що був додатково обладнаний лампою ДДС-250 та світлосильним монохроматором МДР-2; спектри РЛ вимірювалися з застосуванням -лінії ізотопу ²⁴¹Am (60 кеВ; 1,8 Kи). Світловий вихід, енергетичне розділення й відношення пік/долина вимірювалися на стандартизованій установці з амплітудним аналізатором АМА-03Ф і спектрометричним ФЕП "Hamamatsu" R-1307. Блок підсилювання складався із БУС-2-94 (передпідсилювач) і БУС-2-97 (підсилювач), останній дозволяв змінювати час формування сигналу від 0,1 до 12,8 мкс. Характеристики кристалів у "сухій" кімнаті вимірювалися на переносному спектрометрі типу "Суган". Вимір пропускання проводили на спектрофотометрі СФ-26 у діапазоні 220-700 нм і UR-20 (2,5-50 мкм), а визначення n на рефрактометрі ИР-22.

Відношення F/T визначено методом затриманих збігів по площах під сцинтиляційним імпульсом за 100 і 1000 нс. Для чистих кристалів CsI розроблено експрес-метод визначення параметру F/T за даними РЛ використовуючи емпіричну формулу:

F/T = S_F /(S_F + qS_S),(2)

де S_F, S_S - площі під смугами 4,1 і 2,9 еВ, відповідно, а коефіцієнт q залежить від часу старіння і дорівнює ~ 0,25 у перші дні. Цей метод дозволяє прогнозувати якість великогабаритних кристалів ще до виготовлення сцинтиляційних модулів.

Описано склад, способи готування композицій для СЗЕ у вигляді покриттів. Для їх одержання були використані лінійні олігометилсилоксани, що містять функціональні кінцеві вінілсилоксанові групи, зі статистичним розподілом вінільных груп, олігометилгідридсилоксани, каучуки з кінцевими тривінілсилоксановими групами, розгалужені вінілсилоксанові олігомери, поліметилфенілсилоксанові каучуки (НПФ “СУРЕЛ”). Для отримання захисних покриттів використовувалися: поліметилфенілсилоксанові лаки КО-08 (НПО “Кремнійполімер”, Запоріжжя) і МФ-193 (Інститут хімічних проблем мікроелектроніки, Москва); розчини поліметил-фенілсилоксанових блок-кополімерів (Державний науково-дослідний інститут хімії елементоорганічних сполук, Москва).

Третій розділ присвячено вивченню процесів формування МШ і СШ у кристалах CsI:Na. У амплітудному спектрі пік повного поглинання зміщується зі старінням в бік низьких енергій, а характерною рисою процесу є те, що пік сильно розширюється, і згодом визначити його півширину й положення максимуму стає неможливим. Відомо, що згодом у шарі товщиною 30 мкм збуджується лише люмінесценція з 310 нм, яка характерна для CsI, а на поверхні кристала спостерігаються виділення фази NaI, але не раніше ніж через 6 місяців старіння.

Важливо відзначити, що вода в процесі утворення МШ визначальної ролі не відіграє. Кінетика деградації -виходу досліджувалася для кристалів CsI:Na в умовах 70%, 30% і 5% відносної вологості H. Показано, що H визначає лише рівень, до якого зніжується світловий вихід, але не впливає на кінетику, яка у всіх випадках описується законом ~ exp(-t/) з характерним часом порядку 4-6 днів. сцинтиляційний кристал фотонний

Виявлено, що у початковий момент часу після механічної обробки (шліфування чи полірування) поверхні, поблизу її, замість очікуваного МШ, існує шар глибиною 8 мкм зі збільшеною сцинтиляційною ефективністю. За аналогією він названий "живим", тому що збільшення для E= 5,9 кеВ досягає 8-25 % відносно об'єму і в залежності від способу обробки. Згодом "живий" шар трансформується у "мертвий", про що свідчить зміна цього шару в процесі зберігання кристала на повітрі.

Показано, що глибина шару з підвищеною залежить від орієнтації вхідної поверхні, а також від способу її обробки. Для найбільш важливої з практичної точки зору орієнтації (110) вона складає 8 мкм; для (100) може досягати 600 мкм. Якщо орієнтація поверхні відповідає (110), найбільший ступінь зростання для квантів з E = 5,9 кеВ (з глибиною 90% послаблення d₉₀ = 7,6 мкм) спостерігається при токарній і фрезерній обробці і досягає 33% порівняно з E = 59,6 кеВ (у цьому випадку d₉₀ = 650 мкм); найменший - при "м'якому" поліруванні (7 %).

Дослідження показали, що шар, утворений у результаті "м'якого" полірування, є монокристалічним, і щільність дислокацій у ньому не збільшена. За збільшення відповідають дивакансії, що у кристалах CsI відіграють роль додаткових центрів свічення (ЦС) і легко виникають при ковзанні дислокацій. Полірування викликає переміщення існуючих дислокацій через дуже низький поріг старту (1-2 г/мм²). Оцінка концентрації вакансій (C_D) для кристалів CsI, що зазнали деформації, загартування і полірування, виконана за даними РЛ. Виявилося, що їхня кількість після полірування у шарі завтовшки 8-10 мкм одного порядку з оптимальною концентрацією натрію в CsI:Na (C_Na ~ 910¹⁷см-³) і досягає величини C_D ~ (6-7)10¹⁷ см-³, а в об'ємі деформованих чи загартованих зразків: C_D ~ (1,3-1,5)10¹⁷ см-³.

Факт існування "живого" шару передбачає перегляд механізму утворення МШ. Запропоновано двостадійний механізм його утворення в кристалах CsI:Na. На першій стадії цього процесу відбувається розпад пересиченого розчину власних точкових дефектів. У результаті цього загальна концентрація ЦС знижується до величини, обумовленої вмістом натрію, що призводить до вирівнювання значень в об'ємі і поблизу поверхні, а також до утворення кластерів вакансій. На другій стадії, коли формується власне МШ, вакансійні кластери є місцями розпаду твердого розчину натрію. У результаті утворюються описані в літературі передвиділення активатора, середня концентрація ЦС різко зменшується, що призводить до неоднорідності сцинтиляційної ефективності й деградації L і, особливо, R. Частина активатора виходить на межу розподілу, де утворює фазу NaI, а згодом і області зволоження на вільній поверхні. Тривалість першого етапу складає кілька днів, другого - кілька місяців. Несподіваним наслідком запропонованого механізму є висновок про те, що наприкінці першого етапу поверхневий шар у кристалах CsI:Na не є мертвим. Незважаючи на різку деградацію L, R і відсутність піка повного поглинання в амплітудному спектрі, кристал продовжує рахувати -частки, навіть коли обраний поріг дискримінації є таким, що чистий кристал CsI не реєструє -частки. Власне МШ формується після закінчення другої стадії, коли структура поверхневого шару відповідає не кристалу CsI:Na, а чистому CsI.

Живий шар є специфічним проявом СШ, на протязі його релаксації в бік вільної поверхні спрямовано дифузійний потік катіонних та аніонних вакансій. Показано, що дифузія вакансій на поверхню призводить до проникнення домішок (іонів OH-) у поверхневий шар. Цей висновок експериментально перевірено із трьох різних позицій. По-перше, відомо, що іони OH- у поверхневому шарі знижують вихід б-сцинтиляцій. Тому при старінні полірованих кристалів CsI:Na спостерігається деградація б-виходу, а ступінь деградації визначається вологістю повітря. Якщо на вхідну для випромінювань поверхню детектора нанести захисне покриття, тоді плівка перешкоджає проникненню центрів гасіння. По-друге, відомо, що в опромінених кристалах CsI (доза 10 Гр) спостерігається специфічна смуга поглинання, пов'язана із центрами забарвлення не в об'ємі зразка, а поблизу поверхні. За положенням у спектрі ця смуга збігається з поглинанням U-центрів, що утворюються в результаті руйнування OH- по відомій реакції: OH- O- + H°. Для захищених кристалів поверхневе поглинання не виникає після опромінення навіть критичною дозою 510³ Гр (якщо доза вища критичної спостерігається утворення F-центрів у об'ємі кристала). По-третє, відомо, що в кристалах CsI власна люмінесценція з 305нм не збуджується на краю фундаментального поглинання. Безпосередньо після полірування замість неї збуджується інтенсивна люмінесценція (430 нм) зв'язаних екситонів. Після релаксації СШ інтенсивність останньої зменшується (через дифузію вакансій на поверхню), але свічення з 305 нм не виникає. На нашу думку це пов'язано з проникненням іонів OH- у кристал. Мінімальну кількість дефектів у приповерхневому шарі можна одержати видаленням домішок хімічним поліруванням після релаксації власних дефектів ґратки. Показано, що в цьому випадку власна люмінесценція CsI чітко проявляється при збудженні світлом з л_зб =220 нм.

Результати виконаних досліджень дозволили розробити спосіб обробки поверхні кристалів CsI, адаптований до наступного нанесення захисних покриттів. Спосіб включає глибоке шліфування-полірування з використанням у якості змочувальної рідини етиленгліколю на етапі грубого й тонкого шліфування, а у якості полірувальної рідини - суміші етилового спирту й частково гідролізованого тетраетоксисилану (етилового ефіру ортокремнієвої кислоти - ТЕС). На період релаксації СШ поверхню кристалів захищають кремнійорганічним лаком з наступним його видаленням шляхом промивання у толуолі.

Четвертий розділ присвячено вивченню поверхневих процесів і утворенню МШ в кристалах NaI:Tl. Розглянуто проблему гігроскопічності цих кристалів і її взаємозв'язок з МШ. Існуючі уявлення про природу МШ суперечливі. Умовно їх можна поділити на кілька груп. До утворення МШ можуть приводити:

- відтік носіїв заряду з глибини кристалу на поверхню, де їх безвипромінювальна рекомбінація стимулює радіаційно-хімічні реакції;

- ускладнення фізико-хімічного складу приповерхневих шарів за рахунок дифузії домішок з поверхні в глибину кристала й утворення центрів гасіння чи глибоких пасток, особливо, якщо біля поверхні є CШ;

- зміна фізико-хімічного стану поверхні, пов'язана з дифузією активатора на поверхню, що також припускає наявність полегшених механізмів дифузії через існування СШ;

- зміна оптичних властивостей поверхні, що викликана перекристалізацією домішок і основної речовини і пов'язаних з цим явищ.

В усіх випадках беруть до уваги гігроскопічність кристалів NaI:Tl. Уявлення, викладені в першому пункті, досить універсальні, тому що ніяк не враховують наявність СШ.

Звичайно в кристалах NaI:Tl спостерігається не МШ з ефективністю реєстрації 0, а шар зі зниженою сцинтиляційною ефективністю (. Відомо, що ступінь зниження залежить від способу обробки поверхні, тобто від наявності й глибини СШ. Глибина шару зі зниженою складає приблизно 20-40 мкм і співпадає за даними різних авторів. Зроблено висновок, що для кристалів NaI:Tl після стандартної обробки вихідної поверхні шар зі зниженою сцинтиляційною ефективністю спостерігається завжди за виключенням випадку коли вихідна поверхня - відкол.

На основі даних електронної мікроскопії й розподілу дислокацій біля полірованої поверхні зроблено висновок, що для кристалів NaI:Tl після стандартного полірування вхідної поверхні СШ не утворюється, а відомий коефіцієнт дифузії Tl⁺ у цих кристалах не припускає збагачення поверхні талієм під час старіння за кімнатної температури.

Для кристалів без СШ ступінь зниження залежить від кількості залишкової води на поверхні. Так, фінішна обробка поверхні гексаметилдісилазаном дозволяє значно покращити для квантів 5,9 кеВ. Відомо, що гексаметилдисилазан є рідиною, яка легко гідролізується і, тому, відбирає вологу з поверхні.

Для детального вивчення процесів на поверхні гігроскопічних кристалів розглянуті два крайні випадки взаємодії води з кристалами NaI:Tl, а саме, - вода на поверхні у вигляді рідкої фази або адсорбованих молекул. У першому випадку окремо розглянуті процеси гідратації і дегідратації. Процес гідратації характеризується ростом поверхневої плівки, якою є насичений розчин NaI у воді. На початковій стадії цього процесу товщина плівки лінійно залежить від часу експозиції у вологій атмосфері. При дегідратації відбувається кристалізація розчиненої речовини, і на поверхні кристалу утворюється напівпрозора "кірка" білого кольору, товщиною якої можна легко керувати за допомогою зміни часу гідратації. Встановлено, що це є текстурований полікристалічний шар основної речовини, переважна орієнтація кристалітів у якому відповідає орієнтації підкладки. У цьому шарі міститься також незначна кількість домішок NaOH і NaIO₃. Слід зазначити, що кристалогідрату NaI2H₂O тут майже немає (менш ніж 1 %), хоча звичайно з водного розчину NaI у вигляді осаду випадає саме ця речовина.

Спостереження за процесом дегідратації в оптичному мікроскопі дозволило установити, що ріст кристалітів носить острівковий характер. У міру зростання острівців і збагачення талієм проміжків між ними спостерігається утворення самостійної фази TlI у вигляді ланцюжка виділень жовтого кольору з розміром часток приблизно 1 мкм. Елементний склад утворених фаз визначено рентгеноструктурним і мікро-рентгенівським аналізами.

Проміжним між процесами гідратації та дегідратації є квазірівноважний стан, коли водяна плівка не збільшується у товщині і не випаровується, що відповідає по суті наявності мікроскопічної течі в контейнері. Показано, що при негерметичному зберіганні кристала NaI вихід власної люмінесценції падає, а форма спектра РЛ спотворюється. Найбільші зміни спостерігаються при 250 нм - у смузі поглинання ОН--іонів. Гідратація кристалів NaI:Tl призводить до іншого явища - у спектрі РЛ з'являється нова смуга 450 нм, пов'язана зі складними активаторними центрами (Tl⁺)_n. Показано, що деградація енергетичного розділення добре корелює з відносним збільшенням числа цих центрів. На відміну від процесу дегідратації, у квазірівноважному стані виділення самостійної фази TlI не відбувається, процес розпаду гальмується на етапі утворення складних центрів (Tl⁺)_n у збагачених талієм проміжках між острівцями NaI. Причиною росту острівців основної речовини в цих умовах є добові коливання температури, а причиною концентраційного ущільнення, що виникає - низький коефіцієнт розподілу талія в NaI.

Вимірювання спектрів РЛ "підозрілих" детекторів дозволяє виявити деградацію сцинтиляційних властивостей на ранніх стадіях. Цей результат покладено нами в основу методики контролю працездатності детектора. Полікристалічний шар, що утворюється в результаті дегідратації, не містить складних центрів (Tl⁺)_n, і його можна використовувати як ефективний дифузійний відбивач, товщиною якого можна керувати, а негативний вплив домішки NaOH нейтралізувати шляхом перетворення гідроокису в бікарбонат за допомогою заповнення об'єму контейнера вуглекислим газом. Цей принцип покладений нами в основу способу виготовлення сцинтиляційного детектора для енергій 20 < E < 150 кеВ.

Такий перекристалізований шар на поверхні кристала частково екранує чутливий об'єм детектора і відіграє роль власне МШ з 0. Слід ще раз підкреслити, що типовий для кристалів NaI:Tl шар зі зниженою виникає поблизу полірованої вихідної поверхні. Такий шар сформований ще на стадії виготовлення детекторів і не збільшується з часом. Показано, що теж саме відбувається для поверхні у вигляді відколу (біля такої поверхні СШ не існує), яка гідратована незначною мірою. У цих випадках йдеться про так звану "залишкову вологу", коли вода не утворює рідкої фази і не здатна розчиняти NaI. Аналіз результатів і літературних даних дозволяє зробити висновок про те, що єдиною причиною формування шару зі зниженою може бути відтік носіїв заряду з глибини до 30 мкм на поверхню, де їх безвипромінювальна рекомбінація призводить до радіаційно-хімічних реакцій, головні продукти яких - H₂ і NaIO₃.

Наведено пояснення способу відновлення сцинтиляційної ефективності для квантів з енергією 5,9 кеВ. Він полягає у відпалі рентгенівських детекторів NaI:Tl при температурі 80°С і дозволяє майже повністю відновити їхні спектрометричні характеристики. Прогрівання (як і опромінення) стимулює протікання хімічних реакцій на поверхні і заздалегідь переводить воду в кінцеві продукти реакцій.