Твердотельные детекторы на основе фторидных систем Раджабов Е. А. и др. Институт геохимии СО РАН. - презентация

1 Твердотельные детекторы на основе фторидных систем Раджабов Е. А. и др. Институт геохимии СО РАН

2 План доклада Введение Сцинтилляторы Процессы в сцинтилляторах Важнейшие характеристики Быстрый сцинтиллятор BaF 2 Сцинтиллятор SrF 2 Темная материя

3 Процессы в сцинтилляторах

4 Процессы в сцинтилляторе

5 Органические сцинтилляторы

6

7 Оценка световыхода

8

9

10 I. Быстрый сцинтиллятор BaF 2 Идея подавления медленной компоненты сцинтилляции в кристаллах BaF 2 путем введения определенных примесей высказана еще в 1989 году. Нами на основе многолетних исследований и анализа возможных примесей сделан вывод о перспективности использования примеси кадмия для тушения экситонов

11 Влияние примесей на подавление экситонов В кристаллах BaF 2 -Cd интенсивность медленной компоненты подавлена в раз, что достаточно для применения сцинтилляторов в интенсивных радиационных полях.

12 Наиболее перспективные примеси в BaF 2 ИоныКонфигурация/ ионный радиус (6- коорд.) Уровень примеси (моль.%) для подавления в 10 раз Sc 3+ Y 3+ La 3+ Cd 2+ Zn 2+ 3s 2 3p 6 [Ar] / d 10 4p 6 [Kr]/ d 10 5p 6 [Xe]/ 1.17 [Kr]4d 10 / 1.09 [Ar]3d 10 / 0.88 ? 3.5% 5 % 0.3 % ? Ba 2+ 4s 2 4p 6 4d 10 / 1.49

13 Влияние примесей на подавление экситонов

14 Трудности выращивания кристалла с уровнем примеси выше 1 %

15 II. Сцинтиллятор SrF 2

16 Scintillation properties of pure and Ce 3+ -doped SrF 2 crystals R. Shendrik, E. A. Radzhabov, and A. I. Nepomnyashchikh 1) Vinogradov Institute of Geochemistry, Russia 2) Irkutsk State University, Russia

17 Scintillation properties of some fluorides 1) 2)Shotanus, van Ejik, IEEE TNS 1987; SrF 2 SrF 2 -CeCaF 2 -EuBaF 2 NaI-Tl Light yield (ph/MeV) ) ? Emission peak (nm)285310; ; Principal decay (ns) , Density (g/cm 3 ) Z eff Melting / Process temp, °C Hygroscopicno yes

18 X-ray emission spectra Light output (LO) of x-ray luminescence is derived from integral emission intensity of the crystals. LO(SrF 2 )=0.48*LO(NaI-Tl) LO(SrF mol.% Ce)=0.71*LO(NaI-Tl) LO(CaF 2 -Eu)=0.5*LO(NaI-Tl) Figure shows luminescence spectra of pure SrF 2 (curve 1), NaI-Tl (curve 2), SrF mol.% Ce 3+ (curve 3), and CaF mol.% Eu 2+ (curve 4). The spectra were not corrected for spectral sensitivity of registration channel

19 Light yield measurements Pulse heightX-ray emission NaI-Tl (LY= ph/MeV) 11 CaF mol. % Eu SrF SrF mol. % Ce SrF 2 -1 mol. % Ce *) In the table, LY is pointed without correction for spectral sensitivity of PMT. After correction: Corrected light yield of SrF 2 – corr LY(SrF 2 )=2*LY(SrF 2 ) Corrected light yield of SrF 2 -Ce – corr LY(SrF 2 -Ce)=1.5*LY(SrF 2 -Ce)

20 III.Материалы для поиска темной материи Одно из сильных доказательств существования темной материи получено в эксперименте DAMA-LIBRA (Италия). Детектором из кристаллов NaJ-Tl обнаружен эффект годичной модуляции интенсивности излучения. Для прямого поиска частиц темной материи наиболее перспективны фторидные материалы LiF, CaF 2 … (итоги совещания в ИЯИ ). В кооперации с институтом ядерных исследований РАН (Троицк) и институтом сцинтилляционных материалов (Харьков) начат поиск подходящих фторидных сцинтилляторов

21 Заключение По договору с "Российским Федеральным Ядерным Центром – Всероссийским научно–исследовательским институтом экспериментальной физики "РФЯЦ-ВНИИЭФ")" мы поставляем несколько опытных образцов сцинтилляторов из фтористого бария с подавленной медленной компонентой. Поиск и исследование новых сцинтилляционных материалов для на основе кристаллов фторида стронция и бария, активированных ионами редкоземельных элементов Установка для измерения светового выхода и энергетического разрешения сцинтилляционных кристаллов Разработана методика выращивания кристаллов фторида бария с подавленной медленной компонентой (BaF 2 -LaF 3 и BaF 2 -CdF 2 ) Разработана технология выращивания кристаллов щелочно-земельных фторидов (CaF 2, SrF 2, BaF 2 ) как чистых, так и активированных редкоземельными ионами. Установлены механизмы передачи энергии от кристаллической решетки к редкоземельным ионам в сцинтилляторах на основе CaF 2, SrF 2 и BaF 2 с примесями редкоземельных ионов (Ce 3+, Pr 3+, Nd 3+, Sm 3+, Ho 3+, Er 3+, Tm 3+ ). Лаборатория располагает комплексом установок для измерения спектров рентгено- и радиолюминесценции, импульсной рентгеновской трубкой для измерения времен затухания и спектров с временным разрешением.