Библиографическое описание:

Исмоилов Ш. Х. Радиолюминесценция в кристаллах PbWO4 // Молодой ученый. — 2016. — №9.5. — С. 7-10.



В работе представлены результаты исследования влияния дефектов структуры на радиолюминесценции в кристаллах PbWO4. Показано что снижение выхода радиолюминесценции с ростом концентрации структурных дефектов обусловлено не только реабсорбцией свечения центрами окраски (пассивные потери), но и большей степени нарушением структурными дефектами механизма переноса энергии возбуждения к центрам свечения (активные потери).

The paper presents to study of influence of structural defects on the radio-luminescence of the PbWO4 crystals. Was presented that, decreasing output of radio-luminescence by increasing concentration of structural defects is caused not only on reabsorbtion by color centers (passive losses), it causes.

В общей схеме процесса радиолюминесценции в основном разделяют три этапа: генерационный, миграционный и внутрицентровой [1]. Потери на первом и третьем этапах для каждого конкретного сцинтиллятора практически неуправляемы т.к. они определяются зонной структурой кристалла и энергетической структурой центра люминесценции. Миграционные и инерционные потери определяются степенью совершенства структуры кристалла и особенностью собственных электронных возбуждений. В свою очередь, если особенности поведения собственных электронных возбуждений являются фундаментальным свойством для данного кристалла, которые можно лишь учитывать при выборе сцинтиллятора, то потери, обусловленные влиянием дефектов структуры, в принципе управляемы, так как их концентрацию можно регулировать условиями выращивания. В связи с этим было проведено исследование влияния собственных дефектов структуры на формирование так называемых пассивных и активных потерь выхода радиолюминесценции в кристаллах PWO. В работе [2] было показано, что при воздействии ионизирующего излучения в кристаллах PWO наводятся центры окраски (ЦО), отличающиеся температурной стабильностью. Разумеется, накопление ЦО в процессе облучения (возбуждения) может вызвать деградацию интенсивности радиолюминесценции во времени. С целью исследования влияния окрашиваемости на выход радиолюминесценции была изучена кинетика радиолюминесценции в процессе облучения.

Как указывалось в [2], при -возбуждении PWO наблюдается широкополосное свечение в сине-зелёной области. На рис.1 показана кинетика полного свечения кристалла PWO: La, измеренная при 300К. Можно видеть, что вслед за быстрым разгоранием

Рис.1 Кинетика распада γ-люминес-

цеции при 300К (мощность

канала 447Р/сек)

Рис.2 (1) Кинетика затухания люми-несценции (2)-временная зависимость опти-ческого плотности при тормозном -облуче-ние, (3)-теоретический расчет поглощения от кинетики затухания люминесценции

наблюдается спад интенсивности свечения. При этом можно отметить, что имеют место две стадии, быстрая и медленная, обусловленные, по-видимому, накоплением различных ЦО. Для выяснения этого вопроса была измерена кинетика изменения оптической плотности в области 420нм в процессе облучения образца тормозным излучением на микротроне МТ-22С. Ход кинетики спада радиолюминесценции и нарастание оптической плотности (Рис 2) имеют антисимбатный характер, т.е. процессы окрашивания и тушения люминесценции явно взаимосвязаны. На этом же рисунке (кривая 3) приведены кривые изменения оптической плотности (D), полученные расчетным путем из выражения [3]:

Видно, что зависимость достаточно хорошо совпадает с аналогичной зависимостью, измеренной экспериментально, особенно во второй стадии. Сравнение этих зависимостей, построенных в координатах и Do/D(t) на быстром и медленном участках показывает, что значения τ очень близки (Рис.3). Из полученных результатов можно заключить, что быстрый спад радиолюминесценции на первом этапе обусловлен образованием каких-то нестабильных центров окраски, в то время как на втором, медленном участке, тушение свечения обусловлено центрами окраски, стабильными при 300К.

В работе [4] при измерении фотоиндуцированного короткоживущего поглощения при 300К наблюдается широкая сложная полоса, в составе которой выделяется наиболее интенсивная компонента при 550 нм. Релаксация этой полосы поглощения происходит с τ=2.92сек, что очень близко к значению τ, измеренном при возбуждении тормозным

Рис.3 Временные характеристики затуха-ния люминесценции и наведения поглощения

Рис.4 Изменение интенсивности γ-люми-несценции нейтронно-облученных образцах: при расчёте 1-PWO, 2-PWO:Nb, 3-PWO:La и при эксперименте 1`-PWO,2`-PWO:Nb,3`-PWO: La

излучением на микротроне МТ-22С. Полоса поглощения в этой же области спектра зафиксирована при импульсном электронном возбуждении при 77К [5] и после УФ облучения <300нм при 9К [6]. Но природа этой полосы не установлена. Из приведенных данных можно заключить, что наблюдаемое тушение радиолюминесценции в исходных образцах PWO обусловлено реабсорбцией свечения центрами окраски (пассивные потери). Причем, ~60% потерь приходится на счёт коротко живущих центров, а ~20% на счёт стабильных. Вместе с тем понятно, что структурные ростовые дефекты могут вызывать нарушение и самого механизма возбуждения свечения в процессе радиолюминесценции. Для исследования этого вопроса необходимо изучить выход свечения при изменении количества структурных дефектов. С этой целью кристаллы облучались быстрыми нейтронами различных флюенсов, позволяющих дозированно изменить концентрацию собственных дефектов в кристалле. Как и следовало ожидать, интенсивность радиолюминесценции падает с ростом флюенса (рис. 4 кривые 1, 2, 3). Вместе с тем, аналогичные зависимости (кривая 1`, 2`, 3`), рассчитанные с учетом изменения оптической плотности при 420нм (Рис.4) показывают, что экспериментально наблюдаемый спад люминесценции нельзя объяснить только реабсорбцией свечения центрами окраски. Очевидно, что в данном случае имеет место нарушение механизма переноса энергии к центрам свечения. Логично предположить, что создаваемые нейтронами дефекты смещения перехватывают электронные возбуждения, мигрирующие по кристаллу, создавая не только ЦО, но и центры рекомбинации. Другими словами, рекомбинация свободных носителей с зарядами противоположного знака, локализованными на дефектах, является конкурирующим процессом, приводящим к диссипации энергии возбуждения.

Литература:

  1. Алукер Э.Д., Гаврилов В.В., Дейч Р.Э., Чернов С.А. Быстропротекающие радиационно-стимулированные процессы в щелочно-галоидных кристаллах, «Знатне». Рига, 1987.
  2. Graser R., Petit E., Sharmann A., at.al. Phys.Stat.Sol. (b) 69, 1979, p.359-362.
  3. Вахидов Ш.А., Ибрагимова Э.М., Тавшунский Г.А., и др. Радиационные явления в некоторых лазерных кристаллах, «ФАН», Ташкент, 1977, с.152.
  4. Ашуров М.Х., Гасанов Э.М., Исмаилов Ш.Х., Пак А.Г., Рустамов И.Р., и др., Атомная энергия, 2001, т.90 в.4, c.284-287.
  5. Ashurov M.Kh., Gasanov E.M., Ismoilov Sh.Kh., Rustamov I.R., at.al. The 4 International Conference “Modern problems of nuclear physics.” Tashkent, 2001, 22-29 September, Book of abstracts, p. 159-160.
  6. Ashurov M.Kh., Gasanov E.M., Ismoilov Sh.Kh., Rakov A.F., Rustamov I.R., The 5 International Conference “Modern problems of nuclear physics.”, Samarkand, 2003, 12-15 September, Book of abstracts, p.180.
Основные термины (генерируются автоматически): свечения центрами окраски, реабсорбцией свечения центрами, изменения оптической плотности, центрам свечения, дефектов структуры, of structural defects, of nuclear physics, процессе облучения, problems of nuclear, свечения кристалла pwo, механизма возбуждения свечения, Book of abstracts, спад интенсивности свечения, механизма переноса энергии, тушение свечения, собственных электронных возбуждений, собственных дефектов, кристаллах pwo, энергии возбуждения, выход свечения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос