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

Year 2018, Volume: 30 Issue: 2, 21 - 31, 25.12.2018

Selen Nimet Gürbüz Güner , Erhan Aksu , Haydar Dişbudak Mahmut Eken Ece Ergun , Yücel Özer Özkök Ömer Gündüz

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

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Patterson, A. L. (1939). The Scherrer formula for X-Ray particle size determination. Phys. Rev., 56, 978-982. Doi: 10.1103/PhysRev.56.978.
• 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.