Vývoj mikrostrukturních scintilátorů pro neutronové zobrazování stavebních materiálů s vysokým rozlišením

Abstract

Existuje mnoho způsobů jak lze neutrony detekovat. Scintilační detektory však nabyly pro neutronové zobrazování vysadního postavení. Ve většině nejmodernějších pracovišť neutronového zobrazování jsou proto scintilační obrazovky primární volbou detekčního systému. Tyto detektory mají dobrou detekční účinnost a prostorové rozlišení a je možné je vyrábět ve velkých rozměrech. Je-li navíc scintilační obrazovka propojena s detektorem citlivým na světlo, je možné přímo digitalizovat získaný obraz. Tento fakt přispěl k vývoji pokročilých metod neutronového zobrazování. Některé aplikace neutronového zobrazování však vyžadují stále lepší výkon, zejména prostorového rozlišení. Prostorové rozlišení, které je úměrné tloušťce vrstvy scintilačního materiálu, by bylo možné jednoduše vylepšit zmenšením této tloušťky. Bohužel, takto vylepšené prostorové rozlišení by bylo získané na úkor detekční účinnosti. Pro rentgenové scintilační detektory byla protichůdnost těchto požadavků vyřešena odstraněním závislosti rozlišení a tloušťky, tzv. mikrostrukturováním. Tímto způsobem je možné zachovat tloušťku scintilační obrazovky a vznikající světlo vést mikrostrukturami směrem k detektoru světla. Snaha o podobný vývoj proběhla také v oblasti scintilátorů citlivých na neutrony. Mikrostrukturované neutronové scintilátory však nedosahovaly parametrů klasických práškových scintilátorů. Z tohoto důvodu se tato dizertační práce zaměřuje na postupné změny dnes již existujících scintilačních obrazovek a snaží se studovat principy jejich fungování. Lze předpokládat, že vylepšené scintilátory naleznou uplatnění v mnoha odvětvích výzkumu, včetně konstrukčních materiálů.

There are many options of detecting neutrons. However, in the field of neutron imaging scintillator screens gained a dominant position. In most of the state-of-the-art neutron imaging facilities scintillator screens are by far the most utilized detection option. It is possible to produced them in tailored sizes and they provide good detection efficiency and spatial resolution. Moreover, coupling scintillator screens to light-sensitive detectors via magnifying optics enables direct digitization which allowed advanced techniques to be developed. Nevertheless, certain applications require even better performance especially in terms of spatial resolution. Simple solution to spatial resolution enhancement would be decreasing the thickness of scintillator screens as the spatial resolution is proportional to scintillator screen thickness. Unfortunately, the reduction of scintillator screen thickness comes at the cost of lower detection efficiency. In the field of X-ray scintillators this contradicting requirements were tackled by decoupling the scintillator screen’s thickness from the spatial resolution by so-called microstructuring. This approach preserves the large enough thickness of the scintillator screen while channeling the scintillation light towards the light-sensitive detector. The development of neutron-sensitive scintillators tried to follow the same steps. However, the microstructured neutron-sensitive scintillators still lack behind the standardly used powdered scintillators in terms of performance. Therefore, in this doctoral thesis an approach of gradual improvements to already existing scintillator screens was selected and underlying principles were thoroughly investigated. Improved scintillators are expected to find utilization in many fields of research, including construction materials.