Scintillating Screen Based on Fine-Particle Bi4Ge3O12 for Alpha-Radiation Detection

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this paper, we report the first Bi4Ge3O12-based thin-layer alpha radiation detector. The scintillator was immobilized on a fused silica substrate via pulsed laser irradiation of BGO powder consisting of submicron particles. Laser treatment conditions were shown to influence the morphology and kinetic characteristics of the scintillator. The material we prepared ensures a higher stability of detectors to moisture and air in comparison with its commercially available analogs, while offering a comparable or even higher detection efficiency, and can be used in environmental monitoring, including volumetric alpha activity measurements.

About the authors

V. D. Volodin

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: ibvarvara@yandex.ru
119991, Moscow, Russia

V. O. Veselova

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: ibvarvara@yandex.ru
119991, Moscow, Russia

A. V. Egorysheva

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ibvarvara@yandex.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. Vajda N., Pöllänen R., Martin P., Kim C.K. Alpha Spectrometry // Handbook of Radioactivity Analysis. N.Y.: Academic, 2020. P. 493–573.
  2. Darby S., Hill D., Auvinen A., Barros-Dios J.M., Baysson H., Bochicchio F., Deo H., Falk R., Forastiere F., Hakama M., Heid I., Kreienbrock M., Kreuzer M., Lagarde F., Mäkeläinen I., Muirhead C., Oberaigner W., Pershagen G., Ruano-Ravina A., Ruosteenoja E., Schaffrath Rosario A., Tirmarche M., Tomáscaronek L., Whitley E., Wichmann H.-E., Doll R. Radon in Homes and Risk of Lung Cancer: Collaborative Analysis of Individual Data from 13 European Case-Control Studies // BMJ. 2005. V. 330. № 7485. P. 223–227. https://doi.org/10.1136/bmj.38308.477650.63
  3. Haedev S., Jasmine V. Radon Estimation in Some Lakes and Fraser River Water of British Columbia, Canada Using LR-115 Type II Alpha Track Detector // Res. Rev.: J. Toxicol. 2023. V. 12. № 1. P. 1–8. https://doi.org/10.37591/RRJoT
  4. Gulan L., Forkapić S., Spasić D., Živković Radovanović J., Hansman J., Lakatoš R., Samardžić S. Identification of High Radon Dwellings, Risk of Exposure, and Geogenic Potential in the Mining Area of the “TREPČA” Complex // Indoor Air. 2022. V. 32. № 7. P. e13077. https://doi.org/10.1111/ina.13077
  5. Reste J., Pavlovska I., Martinsone Z., Romans A., Martinsone I., Vanadzins I. Indoor Air Radon Concentration in Premises of Public Companies and Workplaces in Latvia // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022. V. 19. № 4. P. 1993. https://doi.org/10.3390/ijerph19041993
  6. Radzhapov B.S., Radzhapov S.A., Mullagalieva F.G., Zufarov M.A. The Development of Semiconductor Detectors for Radiometers of Alpha-Radiation and the Examination of the Volumetric Activity of Radon in Various Areas // Radiat. Detection Technol. Methods. 2023. P. 1–7. https://doi.org/10.1007/s41605-023-00406-z
  7. Sukanya S., Joseph S. Environmental Radon: A Tracer for Hydrological Studies in Radon Measurement Techniques. N.Y.: Springer Nature, 2023. P. 29–51.
  8. Hassanpour M., Dehghanipour P., Rezaie M., Hassanpour M., Faruque M.R.I., Khandaker M.U. Study of Alpha Spectrometry for Detection of Radon and Progeny Using Gas Micro-strip Detector // Appl. Radiat. Isot. 2022. V. 187. P. 110344. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110344
  9. Weber M.J., Monchamp R.R. Luminescence of Bi4Ge3O12: Spectral and Decay Properties // J. Appl. Phys. 1973. V. 44. № 12. P. 5495–5499. https://doi.org/10.1063/1.1662183
  10. Bakkum E.A., Van Engelen C.P.M., Kamermans R., Teeling T.A., Timmerman L.J.M. The Response of BGO Scintillation Detectors to Light Charged Particles // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 1984. V. 225. № 2. P. 330–334. https://doi.org/10.1016/0167-5087(84)90271-0
  11. Cardani L., Di Domizio S., Gironi L. A BGO Scintillating Bolometer for γ and α Spectroscopy // JINST. 2012. V. 7. № 10. P. 10022. https://doi.org/10.1088/1748-0221/7/10/P10022
  12. Coron N., García E., Gironnet J., Leblanc J., de Marcillac P., Martinez M., Ortigoza Y., Ortiz de Solórzano A., Pobes C., Puimedón J., Redon T., Sarsa M.L., Torres L., Villar J. A BGO Scintillating Bolometer as Dark Matter Detector Prototype // Opt. Mater. 2009. V. 31. № 10. P. 1393–1397. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2008.09.016
  13. Usuda S., Mihara A., Abe H. Rise Time Spectra of α and β (γ) Rays from Solid and Solution Sources with Several Solid Scintillators // Nucl. Instrum. Methods. Phys., Sect. A 1992. V. 321. № 1–2. P. 247–253. https://doi.org/10.1016/0168-9002(92)90396-L
  14. DeVol T.A., Chotoo S.B., Fjeld R.A. Evaluation of Granulated BGO, GSO: Ce, YAG: Ce, CaF2: Eu and ZnS: Ag for Alpha/Beta Pulse Shape Discrimination in a Flow-cell Radiation Detector // Nucl. Instrum. Methods. Phys., Sect. A. 1999. V. 425. № 1–2. P. 228–231. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(98)01380-1
  15. Veselova V.O., Gajtko O.M., Volodin V.D., Shafranov M.A., Egorysheva A.V. A One-step Synthesis of Dispersed Bismuth Orthogermanate Powder and Its Performance for Alpha- and Gamma-Radiation Detection // ChemistrySelect. 2023. V. 8. P. e202204590. https://doi.org/10.1002/slct.202204590
  16. Crookes W. On Radiant Matter; a Lecture Delivered to the British Association for the Advancement of Science, at Sheffield, Friday, August 22, 1879 // Am. J. Sci. 1879. V. 3. № 106. P. 241–262.
  17. Shimaoka T., Kaneko J.H., Izaki K., Tsubota Y., Higuchi M., Nishiyama S. Development of Scintillator Plates with High Energy Resolution for Alpha Particles Made of GPS Scintillator Grains // Nucl. Instrum. Methods. Phys., Sect. A. 2014. V. 735. P. 110–114. https://doi.org/10.1016/j.nima.2013.09.030
  18. Kaneko J.H., Izaki K., Toui K., Shimaoka T., Morishita Y., Tsubota Y., Higuchi M. An Alpha Particle Detector Based on a GPS Mosaic Scintillator Plate for Continuous Air Monitoring in Plutonium Handling Facilities // Radiat. Meas. 2016. V. 93. P. 13–19. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2016.07.006
  19. Komendo I., Bondarev A., Fedorov A., Dosovitskiy G., Gurinovich V., Kazlou D., Kozhemyakin V., Mechinsky V., Mikhlin A., Retivov V., Schukin V., Timochenko A., Murashev M., Zharova A., Korzhik M. New Scintillator 6Li2CaS-iO4:Eu2+ for Neutron Sensitive Screens // Nucl. Instrum. Methods. Phys., Sect. A. 2023. V. 1045. P. 167637. https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.167637
  20. Fedorov A., Komendo I., Amelina A., Gordienko E., Gurinovich V., Guzov V., Dosovitskiy G., Kozhemyakin V., Kozlov D., Lopatik A., Mechinsky V., Retivov V., Smyslova V., Zharova A., Korzhik M. GYAGG/6LiF Composite Scintillation Screen for Neutron Detection // Nucl. Eng. Tech. 2022. V. 54. № 3. P. 1024–1029. https://doi.org/10.1016/j.net.2021.09.024
  21. Ivanov V.Y., Kruzhalov A.V., Pustovarov V.A., Petrov V.L. Electron Excitation and Luminescence in Bi4Ge3O12 and Bi4Si3O12 Crystals // Nucl. Instrum. Methods. Phys., Sect. A. 1987. V. 261. № 1–2. P. 150–152. https://doi.org/10.1016/0168-9002(87)90585-7
  22. Veselova V.O., Gajtko O.M., Volodin V.D., Egorysheva A.V. Effect of Different Organic Additives on the Shape, Size and Scintillation Properties of Bi4Ge3O12 Powders Synthesized by the Microwave-Hydrothermal Method // Adv. Powder Tech. 2021. V. 32. № 1. P. 175–185. https://doi.org/10.1016/j.apt.2020.11.028
  23. Александров А.А., Маякова М.Н., Кузнецов С.В., Воронов В.В., Поминова Д.В., Иванов В.К., Федоров П.П. Влияние совершенства кристаллических порошков люминофора β-NаYF4:Yb,Er на эффективность ап-конверсионной люминесценции // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 1. С. 95–101. https://doi.org/10.31857/S0002337X22010018
  24. Гырдасова О.И., Калинкин М.О., Акулов Д.А., Абашев Р.М., Сюрдо А.И., Келлерман Д.Г. Влияние условий синтеза на термолюминесценцию LiMgPO4 // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 2. С. 277–282. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601754
  25. Карпов И.В., Ушаков А.В, Федоров Л.Ю., Гончарова Е.А., Брунгардт М.В. Исследование параметров вакуумно-дугового осаждения и их влияние на структурные и оптические частицы NiO // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 8. С. 822–828. https://doi.org/10.31857/S0002337X22080036
  26. Ашуров М.Х., Нуритдинов И., Бойбобоева С.Т., Саидахмедов К.Х. Исследование оптических свойств монокристаллов и нанокерамики твердых растворов CаF2–SrF2–YbF3 // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 8. С. 917–923. https://doi.org/10.31857/S0002337X22080012

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (760KB)
Indexing metadata
3.

Download (728KB)
Indexing metadata
4.

Download (769KB)
Indexing metadata
5.

Download (7MB)
Indexing metadata
6.

Download (85KB)
Indexing metadata
7.

Download (80KB)
Indexing metadata
8.

Download (182KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 В.Д. Володин, В.О. Веселова, А.В. Егорышева

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».