Technologie wytwarzania materiałów i struktur do detekcji promieniowania X i gamma, z wykorzystaniem nisko defektowych jednorodnych kryształów (Cd, Mn) Te o wysokiej oporności na generację defektów w wyniku napromieniowania. Akronim INNDEX

Projekt INNDEX jest odpowiedzią na krajowy, strategiczny program badań naukowych i prac rozwojowych „Nowoczesne technologie materiałowe” – TECHMATSTRATEG.

Celem projektu jest uzyskanie innowacyjnych, w stosunku do istniejących na światowym rynku, płytek detekcyjnych do pracujących w obszarze promieniowania X i gamma. Do tego celu hodowane są kryształy (Cd, Mn) Te. Materiał ten nie jest komercyjnie dostępny na rynku. W detektorach promieniowania X i gamma płytka detekcyjna jest podstawowym i najważniejszym elementem detektora uzupełnionym przez elektronikę służącą do rejestracji i przetwarzania sygnałów. Materiał, z którego jest wykonana płytka, decyduje o sprawności detekcyjnej detektora. Najważniejszym mankamentem dostępnych na rynku kryształów (Cd, Zn) Te jest skłonność do tworzenia się w trakcie krystalizacji ziaren i zbliźniaczeń, co uniemożliwia otrzymywanie wystarczająco dużych monokrystalicznych płytek detektorowych. Monokrystaliczność płytek jest kluczowa w przypadku wydajnego detektora, ponieważ każda granica ziaren lub zbliźniaczeń gra rolę pułapek lub centrów rekombinacji przeszkadzających w transporcie ładunków elektrycznych (elektronów i dziur) wygenerowanych przez promieniowanie X i gamma. Czterdzieści lat pracy światowych laboratoriów, badanie różnych technologii krystalizacji, pozwoliło na uzyskanie maksymalnie płytek o wymiarach 20×20×3–5 mm³ lub wyjątkowo 25×25×2–3 mm³.

Prace w projekcie INNDEX będą skierowane na uzyskanie dużych płytek detekcyjnych o wymiarach 40×40×2–3 mm³, 50×50×2–3 mm³ nawet do 60×60×2–3 mm³, pokrytych różnymi typami kontaktów elektrycznych.

Liderem projektu INNDEX jest zespół z IFPAN z profesorem Andrzejem Mycielskim na czele, posiadający bogate doświadczenie w hodowli (Cd, Mn) Te oraz opracowywaniu odpowiednich kontaktów elektrycznych. W skład konsorcjum wchodzi grupa z zakładu TJ3 NCBJ posiadająca doświadczenie oraz zaplecze badawcze w testowaniu układów detekcyjnych promieniowania X i gamma a także zespół z WIM Politechniki Warszawskiej, który bada wybrane własności materiałowe m.in. granice ziaren i zbliźniaczeń przy pomocy Skaningowej Mikroskopii Elektronowej. Końcowym celem projektu jest komercjalizacja i wprowadzenie do sprzedaży płytek detekcyjnych z (Cd, Mn) Te otrzymanych w firmie PUREMAT Technologies Sp. z o. o. współpracującej z Instytutem Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie.

Rolą zespołu z NCBJ w ramach projektu INNDEX jest charakteryzacja próbek hodowanych w laboratorium IF PAN w celu określenia optymalnych parametrów pracy i zmierzenia odpowiedzi detektora na promieniowanie X i gamma, a następnie zaprojektowanie, zbudowanie i przetestowanie systemu elektronicznego do rejestracji impulsów z detektora paskowego opartego o opracowany materiał (Cd, Mn) Te.

Przykładowy wynik badań prowadzonych w NCBJ:

Rys. 1 Widma energetyczne cząstek alfa zmierzone dla próbki 5259_8B_1

Na rysunku 1 przedstawione są widma energetyczne cząstek alfa emitowanych przez źródło promieniotwórcze złożone z izotopów ²⁴¹Am, ²⁴⁴Cm i ²³⁹Pu. Widma zostały zarejestrowane dla próbki 5259_8B_1. Pomiary wykonano w temperaturze -20^oC dla różnych wartości napięcia zasilającego detektor. Widoczne są piki pochądzoce od absorpcji cząstek alfa emitowanych przez poszczególne izotopy. Zaobserwowano poprawę zbierania ładunku w funkcji przyłożonego napięcia (wzrost amplitudy sygnałów dla większych wartości napięcia).

Rys. 2 Widmo energetyczne promieniowania X i gamma ze źródła 57-Co

Na rysunku 2 ukazano widmo energetyczne pochodzące ze źródła 57-Co. Widoczne są linie promieniowania X o energii 6 keV i 14 keV, a także lekko zarysowane linie promieniowania gamma o energii 122 keV i 136 keV. Linia z prawej strony widma to impuls porównawczy, pochodzący z pulsera symulującego sygnał wyjściowy z detektora.

Kierownik projektu w NCBJ: Dr Joanna Iwanowska-Hanke

J.Iwanowska@ncbj.gov.pl

Budżet projektu: 12,42 mln PLN (w tym budżet NCBJ: 1.84 mln PLN)

Data rozpoczęcia realizacji: 2018.02.05

Członkowie konsorcjum:

• Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk (Lider projektu)
• Narodowe Centrum Badań Jądrowych
• Politechnika Warszawska
• Puremat Technologies Sp. z o. o.