GAMA IŞINLARININ TESPİTİNDE KULLANILMAK ÜZERE SrF2 VE SrF2:Ce3+ NANO PARTİKÜLLERİNİN SENTEZLENMESİ VE KARAKTERİZASYONU

Abstract

SrF₂ ve SrF₂:xCe³⁺ (x=0.5 mol %, 0.6282 g -10 mol %, 12.5630 g) nanoparçacıklar kimyasal birlikte çöktürme yöntemiyle sentezlenmiştir. Katkısız ve seryum katkılı nanoparçacıkların yapısal ve optik özellikleri X-Işını Difraktometresi (XRD), Yüksek Çözünürlüklü Geçirimli Elektron Mikroskobu (HRTEM) ve Fotolüminesans Spektrofotometre (PL) ile karakterize edilmiştir. Sentezlenen nanoparçacıkların otalama parçacık boyutları, Debye-Scherer eşitliği kullanılarak, X-Işını kırınım desenlerindeki piklerin genişlemesinden belirlenmiştir. Hesaplanan ortalama parçacık boyutları 30 nm - 52 nm aralığında değişmektedir. Sentezlenen tüm nanoparçacıkların uyarma ve emisyon piklerinin dalga boyları sırasıyla 232 nm ve 464 nm’dir. Disk şekline sahip iri ve hacimli nanokompozit sintilatör malzemelerin üretiminde sentezlenen SrF₂ and SrF₂: %1 Ce³⁺ nanoparçacıklar fosfor dolgu malzemesi olarak, epoksi reçine ise matriks malzemesi olarak kullanılmıştır. Üretilen iri ve hacimli nanokompozit sintilatör malzemelerinin enerji spektrumları Am-241, Cs-137 ve Co-60 nokta kaynakları kullanılarak elde edilmiştir. Elde edilen spektrumlar incelendiğinde üretilen nanokompozit sintilatör malzemelerin, gama ışını dedeksiyonunun yanı sıra, gelen gama ışınının enerjisini ayırabilecek potansiyelde olduğunu göstermektedir.

Keywords

• Seryum katkılı stronsiyum florür (SrF2:xCe),gama spektroskopisi,gama ışını dedeksiyonu,nanokompozit sintilatör,stronsiyum florür (SrF2)

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF SrF2 AND SrF2:Ce3+ NANOPARTICLES FOR GAMMA RAY DETECTION

Abstract

SrF₂ and SrF₂:xCe³⁺ (x=0.5%-10%) nanoparticles were synthesized using chemical co-precipitation method. Structural and optical properties of the undoped and cerium doped nanoparticles were characterized with X-Ray Diffraction (XRD), High-Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM), and Photoluminescence (PL) measurements. Average sizes of the synthesized nanoparticles were determined from the broadening of X-Ray Diffraction peaks using Debye-Scherer equation. Estimated values were ranging between 30 nm-52 nm. All synthesized nanoparticles show photoluminescence characteristics with an excitation and emission peaks centered at 232 nm and 464 nm, respectively. Disc shaped bulk nanocomposite scintillators were also fabricated using synthesized SrF₂ and SrF₂:1% Ce³⁺ nanoparticles as phosphor fillers and epoxy resin as matrix material. Energy spectrums of bulk nanocomposite scintillators were collected using Am-241, Cs-137, and Co-60 point sources. Gamma ray energy responses of the fabricated scintillator materials revealed the fact that these nanocomposites have a potential for the detection of gamma rays and energy discrimination of the radioactive sources.

Keywords

• Cerium doped strontium fluoride (SrF2:xCe),gamma spectroscopy,gamma ray detection,nanocomposite scintillator,; strontium fluoride (SrF2)

References

1. Canning, A., Chaudhry, A., Boutchko, R., Gronbech-Jensen, N. (2010). First-principles studies of luminescence in Ce doped inorganic scintillators. Phys. Rev. B. 83, 115-125. Doi: 10.1103/PhysRevB.83.125115.
2. De Haas, J. T. M., Dorenbos, P. (2008). Advances in yield calibration of scintillators. IEEE Trans. Sci., 55, 1086-1092. Doi: 10.1109/TNS.2008.922819.
3. Guss, P., Guise, R., Yuan, D., Mukhopadhyay, S., O'Brien, R., Lowe, D., Kang, Z., Menkara, H., Nagarkar, V. V. (2013). Lanthanum halide nanoparticle scintillators for nuclear radiation detection. J. Appl. Phys., 113, 064303/1-064303/6. Doi: 10.1063/1.4790867.
4. Jin, Y., Qin, W., Zhang, J. (2008). Preparation and optical properties of SrF2:Eu3+ nanospheres. J. Fluor. Chem., 129, 515-518. Doi: 10.1016/j.jfluchem.2008.03.010.
5. Rogers, T., Han, C., Wagner, B., Nadler J., Kang, Z. (2011). Synthesis of luminescent nanoparticle embedded polymer nanocomposites for scintillation applications. MRS Proc., 1312, 355-360. Doi: 10.1557/opl.2011.123.
6. Shendrik, R. Y., Radzhabov, E. A., Nepomnyashchikh, A. I. (2013). Scintillation properties of SrF2 and SrF2:Ce3+ crystals. Tech. Phys. Lett., 56, 58-61. Doi: 10.1134/S1063785013070109.
7. Shendrik, R. Y., Radzhabov, E. A. (2012). Energy transfer mechanism in Pr-doped SrF2 crystals. IEEE Trans. Nucl. Sci., 59, 2089-2094. Doi: 10.1109/TNS.2012.2190146.
8. Shendrik, R. Y., Radzhabov, E. A. (2010). Temperature dependence of Ce+3 and Pr3+ emission in CaF2, BaF2, SrF2. IEEE Trans. Nucl. Sci., 57, 1295-1299.

9. Singh, S., Lakshminarayana, G., Sharma, M., Dao, T. D., Chen, K., Wada Y., Takeda T., Nagao, T. (2015). Excitation induced tunable emission in Ce3+/Eu3+ codoped BiPO4 nanophosphors. J. Spectrosc., 1-10. Doi: 10.1155/2015/493607.
10. Patterson, A. L. (1939). The Scherrer formula for X-Ray particle size determination. Phys. Rev., 56, 978-982. Doi: 10.1103/PhysRev.56.978.
11. Yagoub, M. Y. A., Swart, H. C., Noto, L. L., Bergman, P., Coetsee, E. (2015). Surface characterization and photoluminescence properties of Ce3+, Eu co-doped SrF2 nanophosphor. Mater., 8, 2361-2375. Doi: :10.3390/ma8052361.