Кристаллический сцинтиллятор с сенсибилизированной схемой преобразования ионизирующего излучения в видимый спектральный диапазон

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Предложены неорганические соединения на основе кристаллических твердых растворов в качестве материалов для визуально наблюдаемого преобразования ионизирующих излучений. Энергетические спектры кристаллов Са1−хLuxF2+x:Eu2+ показали, что с увеличением параметра Zэфф, связанного с увеличением содержания LuF3, световой выход последовательно увеличивается. Исследован эффективный перенос энергии возбуждения между примесными редкоземельными ионами Eu2+ и Pr3+ в смешанных кристаллах Са1−хLuxF2+x, синтезированных методом горизонтальной направленной кристаллизации. Результаты люминесцентных исследований при регистрации γ-, Х-(рентгеновского) и коротковолнового УФ-излучения свидетельствуют о процессе переноса энергии возбуждения от ионов Eu2+ к Pr3+ в Са1−хLuxF2+x и позволяют считать ионы Eu2+ эффективным сенсибилизатором ионов Pr3+. Усиленное сенсибилизацией излучение ионов Pr3+ преобразует возбужденное γ-квантами УФ излучение Eu2+ в видимую спектральную область.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Степан Эрвандович Саркисов

Курчатовский институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: dr.stevesarkisov@gmail.com

к. ф.-м. н., заместитель начальника отдела

Россия, Москва

Валентин Александрович Юсим

Курчатовский институт; Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН; Московский физико-технический университет

Email: ValentinYusim@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4536-058X

к. т. н., вед. науч. сотр.; вед. науч. сотр. лаборатории фотоники и органической электроники; доцент

Россия, Москва; Москва; Долгопрудный

Денис Николаевич Чаусов

Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН

Email: d.chausov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1287-6427

д. ф.-м. н., доцент, заведующий лабораторией фотоники и органической электроники

Россия, Москва

Список литературы

  1. Getkin А., Belsky А., Vasil’ev А. Scintillation Efficiency Improvement by Mixed Crystals Use. Transaction on Nuclear Science. 2013; 61(1): 262–270. doi: 10.1109/TNS.2013.2277883.
  2. Sakhtong O., Chewpradiktul W., Wanarak Ch., [et.al]. Luminescence and Scintillation Charakteristics of Gd3Al2Ga3O12: Ce3+ scintillators. Opt.Mater. 2013; 36(2): 568–571. doi: 10.1016/j.optmat.2013.10.033.
  3. Сорокин Н. И., Соболев Б. П. Собственная фтор–ионная проводимость кристаллических матриц фторидных супериоников: BaF2 (тип флюорита) и LaF3 (тип тисонита). Физика твердого тела. 2019; 61(1): 53–58. doi: 10.21883/FTT.2018.12.47346.1814.
  4. Sobolev B. The Rare Earth Trifluorides. Part 1. The High Temperature Chemistry of the Rare Earth Trifluorides. – Institut d’Estudis Catalans. 2000; 520. ISBN: 84-7283-518-9.
  5. Sarkisov S., Yusim V., Pisarevsky Yu. Influence of γ Irradiation on the Optical and Energy Spectra of Fluoride Single– and Multicomponent Crystal Systems Activated by Cе3+ Ions. Crystallography Reports. 2024; 69: 1131–1137. doi: 10.1134/S1063774524601862.
  6. Саркисов С. Э., Юсим В. А., Писаревский Ю. В. Исследование образования радиационно-стимулированных примесных дефектов в кристаллах CaF2, активированных трехвалентными редкоземельными ионами. Кристаллография. 2023; 68(1): 68–76. doi: 10.31857/S0023476123010241.
  7. Алимов О. К., Дорошенко М. Е., Конюшкин В.А, и [др.] Селективная лазерная спектроскопия кристалла SrF2, легированного ионами Pr3+. Квантовая электроника. 2016; 46(1): 68–72. doi: 10.1070/QE2016v046n01ABEH0159029.
  8. Danilkin, M.I., Belousov, A.P., Klimonskii, S.O. [et al.] Formation of Eu2+ and Eu3+ centers in synthesis of CaF2:Eu luminophores. J. Appl Spectrosc. 2007; 74: 858–865. doi: 10.1007/s10812-007-0133-5.
  9. Fedorov P. Heterovalent isomorphism and solid solutions with a variable number of ions in the unit cell. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2000; 45: 268–291. doi: 10.1070/QE2016v046n01ABEH015902.
  10. Аминов Л. К. Исследование кластеров редкоземельных ионов в смешанных кристаллах на основе флюоритов методом ЭПР. Оптика и спектроскопия. 2014; 116(5): 840–844.
  11. L. Van Pieterson, R. T. Wegh, A.Meijerink, M. F. Reid. Emission Spectra and Trends for 4fn-15d←→4fn Transitions of Lanthanide Ions: Experiment and Theory. J.Chem.Phys. 2001; 115(20): 9382–9392. doi: 10.1063/1.1414318.
  12. ГОСТ 17038.2-79 Детекторы ионизирующих излучений сцинтилляционные. Метод измерения светового выхода детектора по пику полного поглощения или краю комптоновского распределения. утвержден и введен в действие 01.01.1980. Дата актуализации описания – 01.07.2023.Dorenbos P. Fundamental Limitations in the Performance of Ce3+–, Pr3+–, and Eu2+– Activated Scintillators. IEEE Transactions on Nuclear Science. 2010; 57(3): 1162–1167. doi: 10.1109/TNS.2009.2031140.
  13. L. Van Pieterson, M. F. Reid, G. W. Burdick, A. Meijerink. 4fn → 4fn-15d transitions of the heavy lanthanides: Experiment and theory. Physical Review B. 2002; 65(4): 045114 doi: 10.1103/PhysRevB.65.045114.
  14. G. H. Dieke, H. M. Crosswhite. The spectra of the doubly and triply ionized rare earths. Applied Optics. 1963; 2(7): 675–686. doi: 10.1364/ao.2.000675.
  15. Myasnikova A., Mysovsky A., Radzhabov E. First Principle Calculation of Absorption Spectra of and Ions in Alkaline Earth Fluorides. IEEE Transactions on Nuclear Science. 2012; 59(5): 2065–2068. doi: 10.1109/TNS.2012.2187931.
  16. Kolesnikov I., Tolstikova D., Manshina A., Mikhailov M. Eu3+ concentration effects on luminescence properties of YAG : Eu3+ nanoparticals. Opt.Mater. 2014; 37. 306–310. doi: 10.1016/j.optmat.2014.06.015.
  17. Zhang Q. Y., Huang X. Y. Recent progress in quantum cutting phosphors. Progress in Materials Science. 2010; 55(5): 353–427. doi: 10.1016/j.pmatsci.2009.10.001.
  18. Tzenga H., Chengb B., Chena T. Visible quantum cutting in green–emitting BaGdF5 : Tb3+phosphors via down conversion. J.Lumin. 2007; 122–123: 917–920. doi: 10.1016/j.jlumin.2006.01.326.
  19. Wang D., Kodama N. Visible Quantum cutting through down conversion in GdPO4 : Tb3+ and Sr3Gd(PO4)3 : Tb3+. J.Solid State Chem. 2009; 182(8): 2219–2224. doi: 10.1016/j.jlumin.2006.01.326.
  20. Jaiswal S., Sawala N., Nagpure P., Bhatkar V., Omanwar S. Visible quantum cutting in Tb3+–doped BaGdF5 phosphor for plasma display panel. J. Mater. Sci: Mater. Electron. 2017; 28(3): 2407–2414. doi: 10.1007/s10854-016-5811-8.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Свечение образцов кристаллов двойных фторидов CaF2 – LuF3, легированных ионами Eu2+ и Pr3+ под воздействием рентгеновского излучения аппарата Март-200

Скачать (168KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Амплитудные спектры импульсов источника 137Cs (662 кэВ), измеренные сцинтилляторами: Ca0,948Lu0,05Eu0,002F2,053 (1), Ca0,898Lu0,1Eu0,002F2,103 (2) и реперный NaI(Tl) (3)

Скачать (107KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектральное распределение по длинам волн полос поглощения и люминесценции примесных ионов в кристалле Ca0,95Lu0,05F2,05

Скачать (78KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Многофононная безызлучательная релаксация: a) cхема передачи энергии возбуждения от иона Eu2+ иону Pr3+ в кристалле Ca1-xLuxF2+x; b) схема механизма тушения в парных центрах Pr3+(I) – Pr3+(II) (тонкими стрелками на схемах уровней R3+ ионов обозначены межмультиплетные абсорбционные и люминесцентные переходы; волнистыми – безызлучательные переходы; жирной – сцинтилляционный переход; ЕТ– передача энергии возбуждения Eu → Pr)

Скачать (116KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Фрагмент обзорного спектра люминесценции кристалла Ca0,898Lu0,1Eu0,002F2:0,3 мол. % Pr3+ (сплошная линия) и 1,0 мол. % Pr3+ (штриховая) при 300К и λвозб. = 300 нм

Скачать (96KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость интенсивности спектра люминесценции CaF2 : 0,3 мол. % Eu2+ при различных концентрациях ионов Pr3+

Скачать (89KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Влияние механизма сенсибилизации: a) усиление излучения ионов Pr3+ на переходах 3Р0 → 3H6,3F2 в легированном ионами Eu2+ кристалле Ca0,938Lu0,05Eu0,002Pr0,01F2,062, в результате эффективной передачи энергии возбуждения от Eu2+ ионам Pr3+; b) спектры люминесценции концентрационной серии ионов Pr3+ на переходах3Р0 → 3H6,3F2 в кристалле Ca0,948Lu0,05Eu0,002F2 при 300К: 1 мол. % Pr3+ (1); 2 мол. % Pr3+ (2); 3 мол. % Pr3+ (3)

Скачать (140KB)
Метаданные

© Саркисов С.Э., Юсим В.А., Чаусов Д.Н., 2025