Иодиды CsI в Минске

Иодиды CsI — оптические монокристаллы и технические материалы

Иодиды CsI — это соединения на основе йодистого цезия (CsI), выпускаемые в виде монокристаллов, порошков и прессованных элементов. Материал характеризуется широким диапазоном прозрачности от 0,25 до 55 мкм, что делает его востребованным в инфракрасной оптике, сцинтилляционной технике и рентгеновских системах. Кристаллическая структура — кубическая объёмно-центрированная (тип CsCl), плотность — 4,51 г/см, температура плавления — 621 C. В отличие от других галогенидов щелочных металлов, CsI обладает повышенной радиационной стойкостью и низким показателем преломления (1,74 на длине волны 10,6 мкм), что определяет его применение в лазерных системах средней ИК-области.

Технические характеристики и модификации

Промышленно выпускаются две основные модификации: неактивированный CsI (чистый) и CsI(Tl) с примесью таллия для сцинтилляционных детекторов. Оптические монокристаллы CsI изготавливаются методом Киропулоса или Бриджмена с контролем содержания примесей на уровне 10–10 %. Для инфракрасной оптики поставляются заготовки диаметром до 300 мм и толщиной до 60 мм с ориентацией среза [100] или [110]. Механические свойства: микротвёрдость по Виккерсу — 40–50 МПа, модуль Юнга — 5,3 ГПа, предел прочности на сжатие — 20 МПа. Материал гигроскопичен, поэтому требует защитных покрытий из ZnS или YO при работе в атмосферных условиях.

Сцинтилляционные кристаллы CsI(Tl) с концентрацией таллия 0,05–0,15 % обеспечивают световыход до 65 000 фотонов/МэВ и время высвечивания около 1 мкс. Для быстрых детекторов используется CsI(Na) с временем высвечивания 0,5 мкс, однако он более гигроскопичен. Технический порошок CsI марки Ч (чистый) и ОСЧ (особо чистый) применяется для синтеза кристаллов и в качестве компонента электролитов в химических источниках тока.

Применение в промышленности и научном оборудовании

• Инфракрасные спектрометры и Фурье-спектрометры — оконные элементы, линзы и призмы для диапазона 2–50 мкм
• Сцинтилляционные детекторы в таможенных сканерах, медицинских ПЭТ- и КТ-томографах
• Детекторы гамма-излучения для радиационного мониторинга на АЭС и предприятиях ядерного цикла
• Лазерные системы на CO-лазерах — выходные окна с высокой лучевой стойкостью
• Рентгеновские усилители изображения в дефектоскопии и медицинской диагностике
• Оптические элементы для тепловизионных систем с рабочей температурой до 200 C

Сравнение модификаций CsI

Особенности обработки и эксплуатации

Механическая обработка CsI выполняется на токарных станках с алмазным инструментом или методом ультразвуковой обработки. Полировка производится на смоляных полировальниках с использованием водных суспензий оксида церия. Из-за гигроскопичности материала финишные операции проводятся в сухих помещениях с относительной влажностью не более 30 %. Для герметизации оптических узлов применяются индиевые прокладки или эпоксидные компаунды с низким газовыделением. При эксплуатации в вакуумных системах требуется предварительный прогрев до 150 C для удаления адсорбированной влаги.

Радиационная стойкость CsI позволяет использовать его в полях с дозой облучения до 10 рад без существенной деградации оптических свойств. Теплопроводность материала — 1,1 Вт/(мК), коэффициент термического расширения — 48 10 К, что требует учёта при конструировании крепёжных узлов в термоциклируемых системах. Для защиты от агрессивных сред применяются просветляющие покрытия из ZnSe или BaF, наносимые методами термического испарения.

Вопросы и ответы