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Dokumentenidentifikation DE60110383T2 02.02.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001258736
Titel STRAHLUNGSDETEKTOR
Anmelder Japan Science and Technology Agency, Kawaguchi, Saitama, JP
Erfinder SHIBUYA, Kengo, Fuchu-shi, JP;
KOSHIMIZU, Masanori, Meguro-ku, JP;
TAKEOKA, Yuko, Yokohama-shi, JP;
ASAI, Keisuke, Meguro-ku, JP
Vertreter Lindner Blaumeier & Kollegen Patent- und Rechtsanwälte, 90402 Nürnberg
DE-Aktenzeichen 60110383
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.12.2001
EP-Aktenzeichen 012731733
WO-Anmeldetag 07.12.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/JP01/10763
WO-Veröffentlichungsnummer 0002056056
WO-Veröffentlichungsdatum 18.07.2002
EP-Offenlegungsdatum 20.11.2002
EP date of grant 27.04.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.02.2006
IPC-Hauptklasse G01T 1/20(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse C09K 11/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      C09K 11/06(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      G01T 1/202(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsdetektoreinrichtung zur Messung der Entladungen ionisierender Strahlen, wie zum Beispiel Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen, Strahlen geladener Teilchen und Strahlen neutraler Teilchen. Insbesondere betrifft sie eine Strahlungsdetektoreinrichtung, die vom Auftretender Photoemission bis zur Auslöschung nur für eine sehr kurze Zeit (in der Größenordnung von Subnanosekunden oder weniger) existierende Strahlen messen kann.

Stand der Technik

Um ionisierende Strahlung zu erfassen oder zu messen, wird ein Szintillationszähler verwendet. Kürzlich entstand die Notwendigkeit, sehr kurze Strahlungspulse in der Größenordnung von Nanosekunden in einem Strahlungsfeld zu messen.

Der Szintillator muss die folgenden Eigenschaften haben: (i) hoher Szintillationswirkungsgrad und große Photoemissionsmenge (ii) kurze Zeit des Auftretens und Zerfalls der Photoemission (iii) hoher Widerstand gegen Strahlung (iv) er sollte die Messung der Strahlungsmenge erlauben.

Bis heute war noch kein Szintillatormaterial in der Lage, all diese Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen.

Herkömmlich verwendete Szintillatoren sind anorganische Kristalle, wie zum Beispiel NaI (Te), CsI (Te) und ZnS (Ag), doch diese können nur in langsamen Einheiten verwendet werden, wo die Zeitdauer vom Auftreten der Photoemission bis zur Auslöschung im Bereich von Mikrosekunden (10–6) liegt, und sind nicht in der Lage, Messungen kurzer Strahlungspulse im Nanosekundenbereich (10–9) vorzunehmen. Auf der anderen Seite, obwohl organische Kristalle, wie zum Beispiel Anthrazen oder Naphtalin, eine schnelle Antwortzeit im Nanosekundenbereich aufweisen, ist ihr Fluoreszenzwirkungsgrad niedrig und die Photoemissionsmenge ist klein, sodass die Genauigkeit der Messung niedrig ist. Da auch ihr Strahlungswiderstand ebenso niedrig ist, sind sie nicht für die praktische Verwendung geeignet.

Zu diesem Zweck wurden Aufbau und Eigenschaften von organischanorganischen laminaren Perovskiten, insbesondere Bis(Alkylammonium)-Metall-(II)-Tetrahalogenide, deren chemische Formel (CnH2n+1NH3)2MX4 ist (in der Formel ist n eine ganze Zahl von 2–18, M ist Cd, Cu, Fe, Mn, Pd oder Pb, X ist Cl, Br oder I), untersucht (E.D.T. Ogawa und P. Kanemitsu, „Optical properties of lowdimensional Materials", Kapitel 6, World Scientific (1995); D. B. Mitzi, „Templating and structural engineering in organic-inorganic perovskites", J. Chem. Soc., Dalton Trans., 2001, 1–12). Der Aufbau der organisch-anorganischen laminaren Perovskite, deren chemische Formel (CnH2n+1NH3)2PbI4 ist (in der Formel ist n im Bereich von 4–14), wurde besonders genau untersucht.

Es ist wohlbekannt, dass sie aufgrund der niedrigdimensionalen (zweidimensional in 1) quantenmechanischen Potentialtopfstruktur, die in 1 dargestellt ist, eine dauerhafte und leistungsstarke Exzitonemission haben (T. Ishihara et. al., Solid State Communications 69(9), 933–936 (1989)). Es wurde sehr interessante Ergebnisse erhalten, wie zum Beispiel Photoemission im sichtbaren Bereich aufgrund von Elektronenübergängen in der PbI4-Schicht, die eine anorganische Schicht ist, unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht.

Aufgabe der Erfindung

Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Strahlungswiderstand der exzitonischen Photoemission von Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindungen mit einem quantenmechanischen Potentialtopf groß ist, und dass diese Art von Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindungen zum Erfassen sehr kurzer ionisierender Strahlungspulse und zur Messung von Strahlung verwendet werden kann. Folglich schafft diese Erfindung einen neuen Szintillator, der Exzitonemissionen verwendet, und ermöglicht es, eine einfache Einrichtung zu schaffen, die in kurzer Zeit sehr kurze Strahlungspulse erfassen kann, die früher äußerst komplexe Systeme und schwierige Vorgehensweisen erfordert haben.

Bezüglich der Zerfallskonstanten der Emissionen dieser Szintillatoren, wobei die von Anthrazen, einem typischen organischen Kristall, 30 Nanosekunden beträgt und die von Thallium dotiertem Natriumjodit, einem typischen anorganischen Kristall, 230 Nanosekunden beträgt, wird berichtet, dass die Zerfallskonstante der freien Exzitionemission von halogeniden organisch-anorganischen Perovskitverbindungen 91 Picosekunden beträgt, was eine wenigstens um zwei Größenordnungen schnellere Antwortzeit als die des organischen Kristalls bedeutet.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung stellt eine Strahlungsdetektoreinrichtung bereit, welche aufgrund der niedrigdimensionalen quantenmechanischen Potentialtopfstruktur von Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindungen sehr kurze ionisierende Strahlungspulse (Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen, Strahlen geladener Teilchen und Neutronenstrahlen) erfassen kann, was bei Verwendung der Strahlungsdetektoreinrichtungen mit den herkömmlichen Szintillatoren nicht möglich war. Dies wird durch die Verwendung starker Exzitonemissionen ermöglicht, die nur für eine kurze Zeit von ihrer Entstehung bis zu ihrer Auslöschung existieren, und ermöglicht ebenso die Messung der Strahlungseigenschaften.

Der Fokus dieser Erfindung beruht auf der Tatsache, dass Exzitonemissionen von Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindungen kurzlebig und stark sind und dass diese Exzitonemissionen zur Erfassung von Strahlung und zur Messung der Strahlungsmenge verwendet werden kann. Farbstoffe, die auch wohlbekannt als Exzitonemissionsmaterialien sind, haben einen niedrigen Strahlungswiderstand und konnten daher im Stand der Technik nicht als Szintillatoren verwendet werden. Dennoch haben die Erfinder systematisch die starke Bestrahlung der Perovskit-organisch-inorganischen Hybridverbindungen mit einer Struktur gemäß 1 und 2 sowie die Exzitonemissionen dieser Verbindungen untersucht und festgestellt, dass diese Verbindungen einen sehr hohen Strahlungswiderstand haben. Die Lebensdauer des Exzitonemissionen der Perovskit-organisch-inorganischen Hybridverbindungen gemäß dieser Erfindung liegt im Bereich von einigen 10 Picosekunden, die Flussenergie der Exzitonen erreichte 300 meV oder mehr und sie zeigten eine starke Exzitonemission selbst bei Raumtemperatur.

Somit können die Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit hohem Strahlungswiderstand als ideale Exzitonemissionsszintillatoren verwendet werden, die die Bedingungen (i)–(iv) erfüllen, die im Stand der Technik erwünscht waren.

Konkret stellt diese Erfindung bereit: Eine Strahlungsdetektoreinrichtung unter Verwendung einer Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindung als Szintillator, wobei die Formel dieser Verbindung (R1-NR113)2MX4 oder (R2=NR122)2MX4 oder alternativ (NR133-R3-NR133)MX4 oder (NR142=R4=NR122)MX4 ist, (in dieser Formel bedeutet R1 eine monovalente Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann, R2 ist eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann und zyklisch sein kann, R3 ist eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann, R4 ist eine tetravalente Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann, R11-R14 sind identische oder unterschiedliche Wasserstoffatome oder Alkylgruppen mit weniger als zwei Kohlenstoffatomen, M ist ein Gruppe-IVa-Metall, Eu, Cd, Cu, Fe, Mn oder Pd und X ist ein Halogenatom). Diese Strahlungsdetektoreinrichtung kann die Strahlungsmenge der erfassten Strahlung messen. Des Weiteren kann diese Strahlungsdetektoreinrichtung Szintillatoren umfassen, die auf einem festen Substrat angeordnet sind. Jedes geeignete feste Substrat kann verwendet werden, vorausgesetzt, es zeigt keine Photoemission und stört die Messung nicht, und es kann zum Beispiel ein Siliziumkristall sein. Zweckmäßigerweise können die Kohlenwasserstoffgruppen der Perovskitorganisch-anorganischen Hybridverbindungen quervernetzt sein. Diese Erfindung kann als Strahlungsszintillator aus der obigen Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindung genutzt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Ansicht einer laminaren Struktur (niedrigdimensionale quantenmechanische Potentialtopfstruktur) einer organisch-anorganischen Perovskitverbindung, deren chemische Formel (R-NH3)2MX4 ist.

2 ist eine schematische Ansicht der laminaren Struktur (niedrigdimensionalen quantenmechanischen Potentialtopfstruktur) einer organisch-anorganischen Perovskitverbindung, deren chemische Formel (NH3-R'-NH3)MX4 ist.

3 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Strahlungsdetektoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

4 zeigt die Exzitonemissionsspektren von (C6H13NH3)PbI4 bei absorbierten Strahlungsmengen von 2,1×104 Gy, 7,5×105 Gy und 7,5×106 Gy, wobei so normiert wurde, dass die Emissionsintensität der Peakwellenlänge als 100 dargestellt ist, und wobei die drei Graphen überlagert sind.

5 zeigt einen Graphen (die Abszisse und die Ordinate sind beide logarithmisch), der die Beziehung zwischen der Strahlungsintensität der Exzitonemission von (C3H13NH3)PbI4 und der absorbierten Strahlungsmenge darstellt.

6 ist ein Diagramm des Zeitverlaufs (die Ordinate ist logarithmisch) der Szintillation von (C6H13NH3)PbI4.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nunmehr im Detail beschrieben. Die Strahlungsdetektoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Szintillator und einen Photorezeptor und verwendet eine Perovskit-organisch-anorganische Hybridverbindung als Szintillator.

Da der Szintillator Licht im sichtbaren Bereich ausstrahlt, verwendet der Photorezeptor zweckmäßigerweise ein Photomultiplierrohr. Es gibt keine bestimmten Grenzen für den Aufbau der Strahlungsdetektoreinrichtung, typische Beispiele sind ein Aufbau, in dem der Szintillator in Kontakt mit einer Licht empfangenden Oberfläche des Photomultiplierrohrs steht (zum Beispiel ein Aufbau, worin die Licht empfangende Oberfläche des Photomultiplierrohrs mit dem Szintillator beschichtet ist), ein Aufbau, wobei der Szintillator und der Multiplier durch einen Lichtwellenleiter verbunden sind, ein Aufbau, wobei das vom Szintillator emittierte Licht von dem Photomultiplierrohr empfangen wird, das beabstandet vom Szintillator angeordnet ist, und ein Aufbau, worin das Licht des Szintillators von einer optische Schnittstelle, die von dem Szintillator beabstandet ist, empfangen wird, wobei die optische Schnittstelle und das Photomultiplierrohr durch einen Lichtwellenleiter verbunden sind.

Das Signal des Lichtempfängers wird auf die übliche Art und Weise verarbeitet.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Strahlungsdetektoreinrichtung.

Die Perovskit-organisch-anorganische Hybridverbindung, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird durch die allgemeine chemische Formel (R1-NR113)2MX4 oder (R2=NR122)2MX4 oder alternativ (NR133-R3-NR133)MX4 oder (NR142=R4=NR142)MX4 dargestellt.

R1 ist eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die durch ein Halogenatom ersetzt werden kann, und kann geradlinig kettenförmig, kettenförmig, verzweigt oder zyklisch sein. Sie hat üblicherweise 2–18 Kohlenstoffatome und ist eine Alkylgruppe, Arylgruppe oder Aralkylgruppe, wobei Alkyl bevorzugt wird. Als Arylgruppe wird Phenyl bevorzugt und als Aralkylgruppe wird (C6H5)CnH2n (n ist 2–4) bevorzugt. R1 kann ebenso einen heterozyklischen Ring wie eine Pyrrolgruppe oder eine Thiophengruppe enthalten. R11 kann gleich oder unterschiedlich sein und ist ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 2 oder weniger Kohlenstoffatomen, wobei Wasserstoff oder Methyl bevorzugt wird und Wasserstoff mehr bevorzugt wird.

R2 ist eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring umfassen kann und durch ein Halogenatom substituiert werden kann. R12 kann identisch oder unterschiedlich sein und ist ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 2 oder weniger Kohlenstoffatomen, wobei Wasserstoff oder Methyl bevorzugt sind, wovon Wasserstoff wiederum das bevorzugtere ist.

R3 ist eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die von einem Halogenatom ersetzt werden kann, und kann einen heterozyklischen Ring enthalten. Beispiele für zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppen sind geradkettige, verzweigte oder bevorzugt geradkettige Alkylengruppen, die üblicherweise 2–18 Kohlenstoffatome umfassen. Diese können einen heterozyklischen Ring wie Phenylen (-C6H4-), vorzugsweise p-Phenylen, oder eine Pyrrolgruppe oder Thiophengruppe umfassen. R3 kann auch lediglich heterozyklische Ringe umfassen. Ein Beispiel einer Perovskit-organisch-inorganischen Hybridverbindung, die Thiophen umfasst, ist die Verbindung mit der chemischen Formel:

(in der Formel ist m eine ganze Zahl von 2–8). R13 kann gleich oder unterschiedlich sein und ist ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 2 oder weniger Kohlenstoffatomen, wobei Wasserstoff oder Methyl bevorzugt sind, wovon wiederum Wasserstoff am meisten bevorzugt wird.

R4 ist eine vierwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring umfassen kann und durch ein Halogenatom substituiert werden kann, und sie kann zyklisch sein. Ein Beispiel einer Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindung mit zyklischem R4 ist die Verbindung mit der chemischen Formel:

R14 kann gleich oder unterschiedlich sein und ist ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 2 oder weniger Kohlenstoffatomen, wobei Wasserstoff oder Methyl bevorzugt ist, wovon Wasserstoff wiederum bevorzugter ist.

Wenn R1 bis R4 eine ungesättigte Bindung, zum Beispiel eine Doppelbindung oder eine Dreifachbindung, enthalten, wird die hohe Energie der Strahlung absorbiert und löst Reaktionen freier Radikale aus, was gewünscht ist. Dennoch ist es auch möglich, eine Perovskit-organisch-anorganische Hybridverbindung unter Verwendung eines Vorgängers mit einer Doppelbindung oder einer Dreifachbindung in R1 bis R4 auszubilden und dann die ungesättigten Bindungen durch Quervernetzung aufgrund Bestrahlung durch die Hochenergiestrahlung zu beseitigen. In diesem Falle der Quervernetzung der die Kohlenwasserstoffgruppen umfassenden organischen Schicht werden Abweichungen der Kristallstruktur aufgrund von Hitze usw. vermindert und die Leistungsfähigkeit bei Verwendung als Szintillator wird gefestigt.

X steht für ein Halogenatom, vorzugsweise Cl, Br oder I. M ist ein Metall aus der Gruppe IVa, Eu, Cd, Cu, Fe, Mn oder Pd. Ein Metall aus der Gruppe IV oder Eu ist bevorzugt, wobei ein Metall aus der Gruppe IVa bevorzugter ist, Ge, Sn oder Pb, noch bevorzugter sind und Pb das bevorzugteste ist.

Da die Strahlungsdetektoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen hohen Strahlungswiderstand aufweist, ist sie zur Erfassung von ionisierenden Strahlungen wie Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen, Strahlen geladener Teilchen und Neutronenstrahlen geeignet. Weiterhin erlaubt sie die Erfassung von kurzen ionisierenden Strahlungspulsen im Nanosekundenbereich, welche nicht mit einem herkömmlichen Szintillationszähler gemessen werden konnten.

Die Strahlungsdetektoreinrichtung, die die Perovskit-organisch-anorganische Hybridverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, hat im Allgemeinen die folgenden praktischen Vorteile.

Zum ersten sind die Exzitonen der Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung stabil und weisen eine starke exzitonische Photoemission sogar bei normalen Temperaturen auf. Zweitens ist es einfach, einen Szintillator herzustellen. Da die organischanorganische Hybridverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung spontan eine organisch-anorganische laminare Hybridstruktur bildet, kann der Szintillator einfach durch Auflösen einer pulverförmigen kristallinen Substanz in einem organischen Lösungsmittel und Rotationsbeschichtung hergestellt werden. Daher kann er sehr leicht, ökonomisch und in großen Mengen hergestellt werden. Drittens wird kein teurer Lichtempfänger zur Strahlungserfassung benötigt. Die exzitonische Photoemission der organisch-anorganischen Hybridverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung hat einen einzigen Peak und, da die Wellenlänge des Photoemissionspeaks sich nicht verschiebt und die Halbwertsamplitude sich während der Messung nicht verändert, kann die Photoemissionsmenge ohne Verwendung eines Photorezeptors gemessen werden. Die hauptsächlichen Strukturmerkmale des Messsystems sind einfache optische Fasern zur Abtastung des Lichts und Detektoren, was es ermöglicht, ein einfaches System bei sehr niedrigen Kosten aufzubauen. Weiterhin hat es sehr weitläufige Anwendungsgebiete, da diese Information gleichzeitig mit der Bestrahlung der Strahlung erhalten werden kann.

Beispiele

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie auf irgendeine Art und Weise zu begrenzen.

Beispiel 1

Eine laminare Perovskitverbindung (C6H13NH3)PbI4 wurde durch Reaktion von Bleijodit PbI2 als halogenisiertes Metall und C6H13NH3I als ein organisch-aminohalogenisiertes Wasserstoffsäuresalz in einem molaren Verhältnis von 1:2 in N, N'-Dimethylformamid (Reaktionstemperatur: Raumtemperatur (20 Grad Celsius), Reaktionszeit: 1 Stunde oder mehr) synthetisiert.

1 Gramm dieser laminaren Perovskitverbindung wurde in 3 ml Aceton aufgelöst und auf ein Siliziumsubstrat (Si) mit einem Winkel von 2 cm unter Verwendung des Shimadzu Laboratories P/N 202-32016 (Drehgeschwindigkeit: 5000 rpm, Zeit: 30 Sekunden oder mehr) rotationsbeschichtet, um einen Szintillator herzustellen (Dicke der laminaren Perovskitverbindung 0,1 &mgr;m). In diesem Fall wurde ein Siliziumsubstrat verwendet, um Photoemission vom Substrat zu umgehen.

3 zeigt die Strahlungsdetektoreinrichtung, die in diesem Beispiel verwendet wurde. Die Einrichtung umfasst einen Zylinder aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von ungefähr 50 cm und umfasst ein Fenster, durch welches die Strahlung eintritt, einen Lichtempfänger, einen Probenhalter und eine Einrichtung zur Druckreduzierung. Der Probenhalter kann beweglich sein, sodass eine Probe (speziell der Szintillator) im Wesentlichen in der Mitte des Zylinders angeordnet werden kann. Die Lichtempfangsschnittstelle ist mit einem externen Detektor über einen Lichtwellenleiter verbunden und die empfangene Lichtmenge wird gemessen und gespeichert. Der verwendete Detektor umfasst ein Spektrometer: Acton Research Corporation, SpectraPro 150, ein Gitter: Acton Research Corporation (150 gr/mm, Blaze 500 nm) und eine CCD-Kamera: Prinston Instruments, 330×1100 (8ch).

Der Szintillator (1 cm × 1 cm × 0,1 &mgr;m), wie oben beschrieben hergestellt, wurde so in den Probenhalter eingesetzt, dass die Strahlung senkrecht zur laminaren Perovskitverbindungsoberfläche auftraf. Der Druck wurde schrittweise auf 1,0 × 10–6 Torr (1,33 × 10–4 Pa) unter Verwendung einer Kombination einer Drehpumpe und einer Turbomolekularpumpe reduziert.

Dieser Szintillator wurde mit Wasserstoffionen (Protonen) bestrahlt, die auf 2 MeV bei einem Fluss von 3×1011 Ionen pro Sekunde und cm2 (50 A) bei Raumtemperatur (Nisshin High Voltage Van der Graaf-Beschleuniger) beschleunigt wurden, und die Bestrahlungszeit wurde als 5 Sekunden, 20 Sekunden und 180 Sekunden gewählt. Wie in 4 gezeigt, wurde eine starke exzitonische Photoemission bei einer Wellenlänge von 524 nm (sichtbarer Bereich) von diesem Szintillator beobachtet.

4 ist ein Graph, der die Exzitonemissionsspektren von (C6H13NH3)PbI4 bei absorbierter Strahlungsmenge von 2,1×104 Gy, 7,5×105 Gy und 7,5×106 Gy zeigt, wobei so normiert wurde, dass die Emissionsintensität der Peakwellenlänge als 100 festgelegt wurde, und wobei die drei Messreihen überlagert sind. Die absorbierte Strahlungsmenge wurde aus dem LET (linearer Energietransfer) berechnet, der aus der Formel TRIM-Code × Dicke des Szintillators (0,1 &mgr;m) × Zahl der Ionen (3×1011 Ionen pro Sekunde und cm2) erhalten wurde.

Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass es keine Fluktuationen in der Form des Photoemissionspeaks und keine Wellenlängenverschiebungen gibt. Das zeigt, dass der in dieser Strahlungsdetektoreinrichtung verwendete Szintillator die Erfassung von Strahlung durch eine simple Einrichtung erlaubt, die keinen Photorezeptor benötigt.

Beispiel 2

Die absorbierte Strahlungsmenge wurde zwischen 4,2×106 Gy und 1,5y107 Gy variiert und die Beziehung zwischen der absorbierten Strahlungsmenge der laminaren Perovskitverbindung und der Strahlungsintensität der exzitonischen Photoemission (exzitonische Photoemissionsmenge) wurde wie im Fall des Beispiels 1 untersucht. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Strahlungsintensität der exzitonischen Photoemission und der absorbierten Strahlungsmenge von (C6H13NH3)PbI4. Diese Strahlungsintensität wurde aus dem Peak (524±0,5 nm) der exzitonischen Photoemission gemäß 4 berechnet.

Aus 5 ist ersichtlich, dass diese exzitonische Photoemissionsmenge schrittweise absinkt, wenn sich die absorbierte Strahlungsmenge erhöht. Daher kann die Strahlungsmenge unmittelbar aus der Photoemissionsmenge berechnet werden. Mit anderen Worten kann die Strahlungsdetektoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Strahlungsmenge messen. Weiterhin zeigt die Tatsache, dass die exzitonische Photoemissionsmenge diese konstante funktionale Abhängigkeit von der Strahlungsmenge über einen großen Bereich hat, dass ein die Strahlungsdetektoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nutzender Szintillator für quantitative Strahlungsmengenerfassung geeignet ist.

Beispiel 3

Der in Beispiel 1 hergestellte Szintillator wurde durch einen gepulsten Elektronenstrahl mit einer Pulsbreite von 1 Picosekunde angeregt, der auf 30 MeV durch einen Linearbeschleuniger (LINAC) im Vacuum (ungefähr 10–6 Torr) beschleunigt wurde, und die Zeitverschiebung der integrierten Intensität der angeregten Photoemission wurde gemessen. Als Photorezeptor wurde eine Zeilenkamera (Yokohama Photonics Corporation, FESCA-200) mit einer Zeitauflösung von 260 Femtosekunden verwendet. 6 zeigt die Ergebnisse. Aus der Analyse dieses Graphen ergibt sich, dass die Zeitkonstante des Zerfalls dieser Photoemission ungefähr 45 Picosekunden betrug.


Anspruch[de]
  1. Strahlungsdetektoreinrichtung unter Verwendung einer Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindung als Scintillator, wobei die Formel dieser Verbindung (R1-NR113)2MX4 oder (R2=NR122)2MX4 oder alternativ (NR133-R3-NR133)MX4 oder (NR142=R4=NR142)MX4 ist, (in dieser Formel bedeutet R1 eine monovalente Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann, R2 ist eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann und zyklisch sein kann, R3 ist eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann, R4 ist eine tetravalente Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann, R11 – R14 sind identische oder unterschiedliche Wasserstoffatome oder Aklylgruppen mit weniger als zwei Kohlenstoffatomen, M ist ein Gruppe-IVa-Metall Eu, Cd, Cu, Fe, Mn oder Pd und X ist ein Halogenatom).
  2. Strahlungsdetektoreinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung die Strahlungsmenge der festgestellten Strahlung messen kann.
  3. Strahlungsdetektoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Scintillator auf einem festen Substrat angeordnet ist.
  4. Strahlungsdetektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kohlenwasserstoffgruppen der Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindung quervernetzt sind.
  5. Verwendung einer Perovskit-organisch-anorganischen Hybridverbindung als Scintillator für Strahlungen, wobei die Formel dieser Verbindung (R1-NR113)2MX4 oder (R2=NR122)2MX4 oder alternativ (NR133-R3-NR133)MX4 oder (NR142=R4=NR142)MX4 beträgt (in dieser Formel bedeutet R1 eine monovalente Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann, R2 ist eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann und zyklisch sein kann, R3 ist eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann, R4 ist eine tetravalente Kohlenwasserstoffgruppe, die einen heterozyklischen Ring enthalten kann und durch Halogenatome substituiert sein kann, R11 – R14 sind identische oder unterschiedliche Wasserstoffatome oder Aklylgruppen mit weniger als zwei Kohlenstoffatomen, M ist ein Gruppe-IVa-Metall Eu, Cd, Cu, Fe, Mn oder Pd und X ist ein Halogenatom).
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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