Презентация проекта Pulse Crystals: производство кристаллов для детекторов досмотровой техники.

1. Кристаллы-сцинтилляторы CWO
для детекторов досмотровых установок
ООО «Палс Кристалс»
ноябрь, 2015

2. Кристаллы - вечны
Кристаллы являются самой востребованной, дорогой и дефицитной частью современных
приборов из-за сложности их получения, связанной с многочисленными ноу-хау и отсутствием
компетенций у потенциальных производителей.
Рынок кристаллов не подвержен девальвации, напротив, кристаллы, как и другие совершенные
произведения, постоянно растут в цене, что связанно с научно-техническим прогрессом и
появлением всё новых устройств, требующих использования кристаллов.
Кристалл - сам по себе устройство. Кристалл может генерировать лазерный луч, детектировать
ионизирующие излучения, преобразовывать солнечный свет в электричество...
Нами разработана новейшая модификация метода роста совершенных (идеальных)
монокристаллов и аппаратура для его исполнения
Мы назвали его «метод Чохральского с постоянным переохлаждением на фронте
кристаллизации -Czochralski method with constant supercooling at the crystallization front
аббревиатура CSCF Czohralski
2

3. Продукт проекта: кристалл-сцинтиллятор CWO
Вольфрамат кадмия (CdWO4 или CWO) – это кристалл-
сцинтиллятор, вещество, излучающее свет при поглощении
ионизирующего (рентгеновского) излучения.
Благодаря своим качествам CWO применяется в системах, где
используется очень мощный источник рентгеновского
излучения или требуется очень высокая точность регистрации
количества и энергии ионизирующих частиц:
–в системах X-Ray Cargo (досмотр крупных объектов, техники)
–в компьютерной томографии, в т.ч. - промышленной
–в установках для исследований в области физики частиц
Производство (выращивание) таких кристаллов – узкая и
редкая компетенция; все производители техники приобретают
сцинтилляторы у компаний-специалистов. Наша команда
обладает этой компетенцией и владеет технологией,
конкурентоспособной на мировом уровне.
3
Кристалл CWO
Выращивание
кристалла из
расплава

4. Примеры использования CWO
4
Досмотровая техника/интроскопы:
Компьютерная томография:
Массив
элементов-
«пикселей» CWO
В одной установке X-Ray Cargo
используется ~1500 см3 CWO
Таких установок в мире не менее
3500 шт.
Кольцо детекторов
Детектор
В одном томографе может быть
использовано до 1000см3 CWO.
Только в США установлено боле
30.000 КТ, в России ~1.000
Оптические
элементы
CWO

5. Сегодня безопасность - приоритет №1
5
Синайский полуостров.
31 Октября 2015
Париж.
13 Ноября 2015
Терроризм угрожает каждой стране и каждому человеку на Земле

6. Средства обнаружения угроз существуют, но их недостаточно
6
Мобильные досмотровые установки позволяют сканировать транспорт на улицах города.
Передвижная досмотровая
установка в работе
Взрывчатка в багажнике
припаркованного авто
Наркотики, спрятанные в
«двойной стене»
Нелегальные мигранты
Существуют рентгеновские сканеры, позволяющие досмотреть самолет целиком.
Сканирование самолета продолжается 20 минут. И теперь вы знаете: полет безопасен. Или нет.
По улице едет небольшой грузовик, внутри которого расположена мобильная лаборатория.
За несколько секунд он сканирует припаркованные машины и обнаруживает опасность (если она есть).

7. Средства обнаружения угроз существуют, но их недостаточно
7
Мобильные досмотровые установки позволяют сканировать транспорт на улицах города.
Передвижная досмотровая
установка в работе
Взрывчатка в багажнике
припаркованного авто
Наркотики, спрятанные в
«двойной стене»
Нелегальные мигранты
Существуют рентгеновские сканеры, позволяющие досмотреть самолет целиком.
Сканирование самолета продолжается 20 минут. И теперь вы знаете: полет безопасен. Или нет.
По улице едет небольшой грузовик, внутри которого расположена мобильная лаборатория.
За несколько секунд он сканирует припаркованные машины и обнаруживает опасность (если она есть).
Почему такие системы не используются в каждом городе и аэропорту?
Они очень дороги; стоимость одной установки - $2-3 млн.
• Детекторы - до 50% в себестоимости установки
• Сцинтилляторы – до 50% в себестоимости детекторов
Производство такой техники ограничено доступностью технологий и функциональных
материалов, в первую очередь – сцинтилляторов.
• Детектор каждой подобной установки содержит от 10кг сцинтилляторов
Наш проект предлагает решение для этих задач.
По аналогии с ситуацией после терактов 2001 года в США спрос на досмотровую
технику ожидает значительный рост.
Использование эффективной технологии производства сцинтилляторов позволит
обеспечить доступность систем безопасности для рынка.

8. 1000 2000 3000 4000
0
100
200
300
400
1000 2000 3000 4000
0
100
200
300
400
1000 2000 3000 4000
0
100
200
300
400
Наше преимущество - в технологии
Команда проекта модифицировала метод Чохральского, который
используется для производства CWO, и автоматизировала его.
Мы назвали его «метод Чохральского с контролируемым
переохлаждением на фронте кристаллизации» - CSCF Czochralski
Эти показатели выводят экономику производства за рамки
конкуренции.
Выращиваемые материалы: CWO, ZWO, ZnMoO4 и др.
Технология отработана на лабораторной установке, качество
кристаллов подтверждено экспериментально. Образцы доступны.
PHR-8,4%
Наша технология Существующие методы
Выход кристаллов в % от исх. сырья 85% 30-40%
Качество (плотность дефектов) < 10 /см2 > 1 000 /см2
Размер кристалла 20кг 1кг
Энергопотребление установки 5 kW 30 kW
Лабораторная
установка
Элементы CWO Отличные результаты тестирования сцинтилляционных
качеств

9. Глобальная конкурентоспособность
9
Сверхкрупный кристалл ZWO, выращенный у нас. Таких не делает никто в мире.
24 см
Крупный кристалл дает возможность изготовить цельный оптический элемент
большого размера и обеспечивает более высокий % выхода готовых изделий.

10. Перспективные проекты Pulse Crystals на 2018-2020 гг
1. мощные ИК -лазеры на основе YAG:Nd (иттрий алюминиевый
гранат с неодимом)
– Ожидаемый результат: можно делать рабочие тела с большими размерами (100-
140мм в диаметре и до 1000 мм в длину). Мощность производства 500кг в год.
2. монокристаллические люминофоры для мощных источников света
– Ожидаемый результат: можно выпускать высокотемпературные, радиационно-
стойкие люминофоры, применимые в прожекторах для авиации и для космоса
3. монокристаллический ZnSe - для ИК оптики, ZnTe -для
терагерцового диапазона
– Результат: производство материалов для новых систем связи, систем сквозного
видения для специальных применений
4. синтез CdTe в порошкообразном и монокристаллическом виде
– Сырье CdTe для производства солнечных батарей.
– Кристаллический CdTe для ПЭТКТ и других применений
5. выращивание кристаллов GaAs диаметром до 10 дюймов с низким
уровнем дислокаций (не более 100 на см.кв.)
– Длительность проекта ~ 3 года
10

11. Спасибо
Давыдов Никита Александрович
генеральный директор ООО «Палс Кристалс»
+7(916)500 -91-97
ndavydov@mail.ru

12. Приложения

13. У каждого типа сцинтилляторов – своя рыночная специализация
13
МАТЕРИАЛ СВОЙСТВА ОСНОВНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ
NaI(Tl) Очень высокий световыход, хорошее
энергетическое разрешение
Сцинтилляционные счетчики, медицинская физика, радиационный
мониторинг, высокотемпературные приложения
CsI(Tl) Негигроскопичный, прочный Физика высоких энергий и частиц, радиационный контроль, фосвич
детекторы ит.д.
CsI(Na) Высокий световыход, прочный Радиационный контроль, радиационный каротаж в геофизике
CsI (undoped) Быстрый отклик, негигроскопичный Физические исследования (калориметрия)
CaF2(Eu) Малое атомное число Z, высокий световыход β детекторы, α/β фосвич детекторы
LaCl3:Ce(0.9) Очень высокий световыход, очень хорошее
энергетическое разрешение
Сцинтилляционная спектроскопия высокого разрешения, медицинская
физика, радиационный мониторинг
CeBr3 Очень высокий световыход, очень хорошее
энергетическое разрешение, низкофоновый
Сцинтилляционная спектроскопия высокого разрешения, низкофоновые
приложения
6Lil(Eu) Высокое значение нейтронного сечения,
высокий световыход
Детекторы тепловых нейтронов и спектроскопия
6Li-glass Высокое значение нейтронного сечения,
негигроскопичный
Детекторы тепловых нейтронов
BaF2 Ультрабыстрое (суб-нс) УФ высвечивание Исследования времен жизни позитронов и др. быстропротекающих
процессов
YAP(Ce) Высокий световыход, малое атомное число Z,
быстрый
МГц-X-ray спектроскопия, синхротронная физика
LYSO Высокая плотность и атомное число Z, быстрый Физические исследования, ПЭТ, Физика высоких энергий
BGO Высокая плотность и атомное число Физика высоких энергий, ПЭТ, геофизические исследования, анти-
комптоновские спектрометры.
CdWO4 Очень высокая плотность, слабое
послесвечение, длительное время
высвечивания
Прямые измерения X-rays, компьютерная томография (КТ)
PbWO4 Быстрый, высокая плотность, слабое
послесвечение
Физические исследования (калориметрия)
Plastics Быстрые, низкие плотность и атомное число Z,
высокий световыход
Детекторы частиц и нейтронов, счетчики.
По данным scionix: http://www.yeint.ru/scintil_detektory/

14. Особенности вольфрамата кадмия (CdWO4 или CWO)
определяют его рыночное применение
14
1. Сцинтилляционный спектр CWO
делает его очень подходящим
сцинтиллятором для сборок с
фотодиодами
2. Низкая зависимость световыхода от окружающей
температуры расширяет спектр применений CWO по
отношению к другим сцинтилляторам
3. CWO отлично поглощает радиацию (в таблице
показана толщина слоя сцинтиллятора в мм,
поглощающего 95% радиации от источника
указанной мощности)
http://www.crystals.saint-gobain.com/uploadedFiles/SG-Crystals/Documents/CdWO4%20data%20sheet.pdf

15. 15
Измерение оптических и сцинтилляционных
характеристик CWO проводилось на цилиндрических
элементах диаметром 40 мм, высотой 40 мм и
диаметром 32 мм, высотой 150 мм, с плоскостью
торцов (010).
Спектры оптического пропускания элементов
CWO в интервале 300-800 нм снимались на
двухлучевом спектрофотометре Shimadzu 2201.
Энергетическое разрешение FWHM от излучения
Cs 137 662 Кэв измерялось на 3” ФЭУ HAMAMATSU
R6322-01, со временем интегрирования сигнала ~17
мкс и составляло от 8,4% до 10,5% соответственно.
1000 2000 3000 4000
0
100
200
300
400
1000 2000 3000 4000
0
100
200
300
400
1000 2000 3000 4000
0
100
200
300
400
PHR-8,4%
Качество кристаллов Pulse Crystals
Результаты измерений