การพัฒนาผลึกซีเซียมไอโอไดด์โดยเทคนิคการเจือสารร่วมหลายชนิด

Abstract

พัฒนาผลึกซีเซียมไอโอไดด์เพื่อการตรวจวัดรังสี โดยวิธีการปลูกแบบบริดจ์แมน-สต็อกบาร์เกอร์ (Bridgman-Stockbarger) และศึกษาถึงการพัฒนาผลึกโดยการเจือผลึกด้วยแคลเซียม (Ca) หรือ แทลเลียม (Tl) หรือ เจือร่วมกันทั้งสองชนิด คือ ผลึก CsI(Ca), CsI(Tl) และCsI(Tl,Ca) โดยควบคุมให้มีอัตราการปลูกผลึกหรือตกผลึกของผลึก CsI(Tl) คือ 0.65 มิลลิเมตร/ชั่วโมง และอัตรา 0.57 มิลลิเมตร/ชั่วโมง สำหรับผลึก CsI(Ca) และ CsI(Tl,Ca) โดยมีสัดส่วนการผสม CsI ต่อสารเจือ คือ 99.65 : 0.35 ผลึก CsI(Ca), CsI(Tl) และผลึก CsI(Tl,Ca) ที่ปลูกได้นั้นมีความใส โดยผลึกทั้งสามก้อนมีโครงสร้างผลึกแบบคิวบิกที่มีการจัดเรียงอะตอมแบบพหุสัณฐาน โดยมีโครงสร้างเดียวที่เด่นชัด คือ โครงสร้างผลึกระนาบ (110) โดยที่ผลึก CsI(Tl) นั้นมีคุณภาพเชิงโครงสร้างผลึกดีที่สุด และรองลงมา คือ ผลึก CsI(Tl,Ca) แต่ว่าผลึก CsI(Ca) นั้นมีโครงสร้างผลึกระนาบเด่นชัดพอกัน 2 ระนาบ คือ ระนาบ (110) และ ระนาบ (211) คุณสมบัติเชิงแสงของผลึกที่มีการเจือด้วยสารต่างนั้น พบว่า ผลึก CsI(Ca), CsI(Tl,Ca) มีการเปล่งแสงย่านสีฟ้าที่ความยาวคลื่นประมาณ 420-450 นาโนเมตร และสำหรับกรณีผลึก CsI(Tl) เปล่งแสงย่านสีส้มที่ความยาวคลื่นประมาณ 590 นาโนเมตร โดยที่ผลึก CsI(Tl) มีประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของการเปล่งแสงได้ดีที่สุด และรองลงมาคือ ผลึก CsI(Tl,Ca) และ CsI(Ca) ตามลำดับ ซึ่งคุณสมบัติเชิงแสงนี้มีความสอดคล้องกับผลการศึกษาการส่องผ่านแสงของผลึกที่พบว่า ผลึก CsI(Tl), CsI(Ca) และ CsI(Tl,Ca) มีค่า Eg คือ 2.21 อิเล็กตรอนโวลต์, 2.88 อิเล็กตรอนโวลต์ และ 2.48 อิเล็กตรอนโวลต์ และอัตราการส่องแสงผ่านสูงสุดของผลึกทั้งสามต่างกันไม่มากนัก โดย ผลึก CsI(Tl) ส่องผ่านได้มากที่สุด และรองลงมาคือ ผลึก CsI(Ca) และ CsI(Tl,Ca) ตามลำดับ และเมื่อนำผลึกทั้งสามก้อนมาทดสอบการตรวจวัดสเปกตรัมของรังสีแกมมาระดับพลังงาน 122 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ พบว่า ผลึก CsI(Tl) และ CsI(Tl,Ca) มีประสิทธิภาพการวัดรังสีใกล้เคียงกัน คือ ร้อยละ 81 และ 89 สำหรับผลึก CsI(Ca) มีประสิทธิภาพเพียงร้อยละ 60 ซึ่งนี้เป็นผลที่สอดคล้องกับผลวิเคราะห์ถึงคุณสมบัติเชิงแสงของผลึกที่แตกต่างกัน และผลึก CsI(Tl) มีค่ากำลังแยกพลังงานดีที่สุด คือ ร้อยละ 27.87 โดยที่ ผลึก CsI(Tl,Ca) และ CsI(Ca) คือร้อยละ 40.98 และ 60.38