Composite materials based on quantum dots and polymer matrices for gamma radiation registration in the next-generation scintillation detectors

封面

如何引用文章

全文:

详细

BACKGROUND: The development of new scintillation materials based on fluorescent nanocrystals with a perovskite structure of CsPbBr3 composition and CdSe/ZnS quantum dots is a pressing topic that is being pursued by numerous scientific groups [1–4]. Both of these materials have a high potential for application in this role due to their excellent fluorophore properties, with a quantum yield of luminescence of approximately 100%. Additionally, they possess high values of the effective atomic Zeff number. The photoelectric cross section is dependent on Zeff as (Zeff)5, while the magnitude of X-ray absorption is dependent on Zeff as (Zeff)4/(AE3), where A is the atomic mass of the substance absorbing the γ-quantum and E is the energy of the X-ray photon [5].

AIM: The aim of the study was to develop a technique for fabricating scintillators based on quantum dots and polymer matrices with a high degree of transparency, high temporal stability of luminescence quantum yield, and short luminescence decay times (time of illumination or average lifetime of the substance in the excited state) for gamma-ray registration.

MATERIALS AND METHODS: A HAMAMAMATSU R7400U-6 photomultiplier tube was employed to register scintillation signals. A 137Cs source with a γ-quantum energy of 661.7 keV was used as a source of ionizing radiation.

RESULTS: At irradiation with γ-quanta of 137Cs isotope samples based on poly(para-methylstyrene) matrix cross-linked with divinylbenzene molecules (10% wt%), activated with naphthalene (10%, primary acceptor), anthracene (1%) and quantum dots/perovskite nanocrystals (0, 1–1.0%, re-emitter), the energy spectrum showed effective Compton scattering of gamma-quanta in matter on atoms included in quantum dots/perovskite nanocrystals.

The study revealed that samples devoid of inorganic elements, including quantum dots and perovskite nanocrystals, do not exhibit the Compton effect for gamma-quanta. Furthermore, the paramethylstyrene matrix serves to safeguard perovskite nanocrystals from external influences. The photoluminescence quantum yield of bulk composite materials based on perovskite nanocrystals of the CsPbBr3 composition and poly(paramethylstyrene) remains constant over an extended period, with minimal fluctuations within the margin of error.

CONCLUSIONS: Experimental evidence has demonstrated that quantum dots and perovskite nanocrystals encapsulated in various polymer matrices exhibit scintillator properties when subjected to ionizing radiation. The fabricated samples of perovskite nanocrystals/quantum dots and various polymers have been identified as the most promising candidates for use as scintillation material for the registration of X-ray and gamma radiation.

作者简介

Alexander Knysh

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)

编辑信件的主要联系方式.
Email: knyshkikai@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-6219-7568
SPIN 代码: 1736-5666
俄罗斯联邦, Moscow

Valery Sosnovtsev

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)

Email: vvsosnovtsev@mephi.ru
ORCID iD: 0000-0001-6465-8280
SPIN 代码: 9104-7190
俄罗斯联邦, Moscow

Igor Nabiev

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Université de Reims Champagne-Ardenne

Email: igor.nabiev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8391-040X
SPIN 代码: 4223-0270
俄罗斯联邦, Moscow; Reims, France

Pavel Samokhvalov

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)

Email: p.samokhvalov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2878-8376
SPIN 代码: 1627-3857
俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Chen Q, Wu J, Ou X, et al. All-Inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators. Nature. 2018;561(7721):88–93. doi: 10.1038/s41586-018-0451-1
  2. Liu C, Li Z, Hajagos TJ, et al. Transparent Ultra-High-Loading Quantum Dot/Polymer Nanocomposite Monolith for Gamma Scintillation. ACS Nano. 2017;11(6):6422–6430. doi: 10.1021/acsnano.7b02923
  3. Lee CH, Son J, Kim T-H, Kim YK. Characteristics of Plastic Scintillators Fabricated by a Polymerization Reaction. Nuclear Engineering and Technology. 2017;49(3):592–597. doi: 10.1016/j.net.2016.10.001
  4. Létant SE, Wang TF. Semiconductor Quantum Dot Scintillation under γ-Ray Irradiation. Nano Lett. 2006;6(12):2877–2880. doi: 10.1021/nl0620942
  5. Nikl M, Yoshikawa A. Recent R&D Trends in Inorganic Single-Crystal Scintillator Materials for Radiation Detection. Advanced Optical Materials. 2015;3(4):463–481. doi: 10.1002/adom.201400571

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

版权所有 © Eco-Vector, 2024

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».