Registration Number
0826U004451, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
04-09-2026
popup.evolution
.
Title
Obtaining combined scintillation elements by 3D printing
Author
Mykola L. Sibiliev,
popup.head Oleksandr V. Kolesnikov
popup.opponent Maksym V. Yurzhenko
popup.opponent OSTAP B. ZGHALAT-LOZYNSKYI
popup.review Victor L. Cherginets
popup.review Ihor V. Lazariev
popup.rada
Institute for Scintillation Materials of National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертацію присвячено питанням отримання методом адитивних технологій (3D-друк) комбінованих сцинтиляторів, зокрема у вигляді композиційних, багатошарових та гетерогенних сцинтиляторів. В роботі розроблено матеріали, досліджено технологічні процеси і способи формування в єдиному технологічному циклі 3D-друку методом FDM (Fused Deposition Modeling) комбінованих сцинтиляторів з використанням матеріалів з різними функціональними властивостями.
Існуючі способи виготовлення сцинтиляторів мають особливості, які знижують продуктивність їх виробництва, технологічну гнучкість і економічну ефективність. Традиційні методи, які ґрунтуються на виробництві детекторів шляхом вирізання з монокристалів, потребують багато часу, складного енергоємного технологічного процесу. Створення тонкошарових детекторів з монокристалів ускладнено, оскільки такі матеріали характеризуються високою крихкістю, важко піддаються механічній обробці та мають обмеження в створенні виробів складної конструкційної конфігурації. Іншою проблемою сучасних традиційних способів виготовлення комбінованих детекторів, які поєднують різні функціональні матеріали та компоненти з різними властивостями (наприклад, пошарові сцинтиляційні елементи, гетерогенні детектори типу «Шашлик» та «Сендвіч») є те, що вони потребують трудомісткого багатостадійного виробництва, починаючи від створення окремих елементів з різних матеріалів до складного збирання окремих шарів в єдиний детектор.
В даній роботі для вирішення цих проблем пропонується використання сучасних адитивних технологій. 3D-друк дозволяє виконувати швидке прототипування детекторів різного складу за короткий цикл виробництва, починаючи з формування 3D-моделі необхідної конфігурації і закінчуючи друком готового виробу. Метод FDM дає можливість виконувати 3D-друк різними функціональними матеріалами в єдиному технологічному циклі, що розширяє можливості створення універсальних сцинтиляторів із комбінованими властивостями. Адитивні методи виробництва мають високу економічну ефективність завдяки простоті та швидкості виконання, відсутності трудомістких та енергоємних процесів і можливості використання композиційних матеріалів, створених на основі порошкових матеріалів та технологічних залишків виробництва кристалічних неорганічних сцинтиляторів. 3D-друк методом FDM є екологічно безпечним, оскільки він фактично не створює непереробних відходів завдяки термопластичним матеріалам, які дозволяють їх повторне використання.
При цьому використання методу FDM 3D-друку для створення сцинтиляційних детекторів не є достатньо розробленим. Існуючі роботи стосуються здебільшого лише друку органічних пластмасових сцинтиляторів. Для розширення сфери застосування FDM на виготовлення комбінованих детекторів, зокрема у вигляді композиційних та багатошарових гетерогенних сцинтиляторів, необхідна розробка відповідних матеріалів та способів створення з них філаментів, які відповідають вимогам використання у FDM 3D принтерах. Така робота включає аналіз гранулометричного складу порошків неорганічних сцинтиляційних матеріалів та підбор полімерного сполучника відповідно до функціонального призначення композиційних матеріалів. Наприклад, сцинтиляційні та світлопровідні матеріали для 3D-друку потребують прозорості; абсорбційні та світловідбиваючі, для яких необхідна максимальна наповненість твердими гранулами – еластичності; матеріали для друку тонкошарових сцинтиляторів – пружності, тощо. Для забезпечення ефективності виконання надрукованим детектором поставлених задач необхідно дослідження впливу технологічних параметрів 3D-друку на функціональні та геометричні властивості надрукованих елементів.
В дисертаційній роботі розроблено метод виготовлення композиційних сцинтиляційних філаментів із використанням гранул неорганічних сцинтиляційних матеріалів (ZnSe:Al, GOS:Pr, GAGG:Ce, CsI:Tl, ZnS:Ag (з конверторами та без)), диспергованих у полімерних матрицях (PS, PMMA). При цьому можливе використання порошкових матеріалів та технологічних залишків виробництва традиційних кристалічних сцинтиляторів для підвищення економічної ефективності відповідних виробництв. З композиційного матеріалу методом FDM 3D друку виготовлено зразки тонкошарових сцинтиляторів. На прикладі надрукованих композиційних сцинтиляторів на основі ZnSe:Al показано, що при реєстрації рентгенівського випромінювання максимальний світловий вихід забезпечується при розмірі гранул наповнювача (100 140) мкм з масовою концентрацією (50 60) % і товщиною зразків (0,8 1,0) мм. Їх відносний світловий вихід по відношенню до монокристалу ZnSe:Al становить 72 %. Відносний світловий вихід при реєстрації α випромінювання сягає 94 % при розмірі гранул (20-63) мкм та концентрації 50 % при товщині зразків 0,2 мм. Відносний світловий вихід при реєстрації β-випромінювання сягає 98 % при розмірі гранул (100 300) мкм та концентрації 50 % при товщині зразків 1 мм.
Registration Date
2026-08-10
popup.nrat_date
2026-08-10 / 2026-09-07
