Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных преобразователей, сенсоров и других применений»
Причины возникновения непропорциональности сцинтилляционного выхода
жүктеу/скачать 4,61 Mb.
|
Причины возникновения непропорциональности сцинтилляционного выходаИсследования, выполненные на сцинтилляторах с различными доминирующими каналами передачи энергии к центрам свечения, показывают на различие наклона в поднимающейся и в падающей частях зависимости световыхода Y(E) от энергии электронов E. Во всех сцинтилляторах (кроме иттрий-алюминиевого перовскита YAlO3 (YAP), у которого удалось достичь теоретического предела энергетического разрешения) наблюдается растущая часть кривой Y(E) для электронов с энергией ниже 10 кэВ. В активированных щелочногалоидных сцинтилляторах выход обычно достигает максимума при энергии от 10 до 100 кэВ, а затем имеет плавный спад к более высоким энергиям. Сцинтилляторы с собственным свечением и оксиды, активированные редкими землями, обычно демонстрируют насыщение выхода при больших энергиях (до 1 МэВ). Эти эффекты обычно связываются с зависимостью люминесцентного выхода от плотности первичных электронных возбуждений, создаваемых в области трека (см., например, [38, 77-82]). Поскольку локальное выделение энергии пропорционально потерям энергии электрона dE/dx, можно перейти от локального световыхода сцинтиллятора к суммарному световыходу, который оказывается зависящим от энергии влетающей в кристалл ионизирующей частицы. Низкоэнергетический спад выхода сцинтиллятора обычно связывается с увеличением плотности возбуждений в треке ионизирующей частицы, которое возрастает от начала трека к концу трека. Тем самым у низкоэнергетических частиц исключается высокоэнергетическая область трека, в которой плотность возбуждений относительно меньше. Для описания эффекта снижения выхода часто применяется формула Биркса [83], которая была получена для снижения выхода за счет экситон-экситонной аннигиляции в органических сцинтилляторах:  . (3.1)
Снижение выхода в высокоэнергетической области, которое наблюдается не для всех кристаллов, связывается обычно с различными механизмами рекомбинации электронов и дырок. После неупругого рассеяния в высокоэнергетичных электронов в кристалле создаются в основном два типа электронных возбуждений: экситоны и электронно-дырочные пары. Имеются различные каналы передачи энергии от этих возбуждений к конечным электронным возбуждениям (например, активаторам): экситонный перенос энергии к центрам свечения, последовательный захват электронов и дырок центром свечения, рекомбинация электрона и дырки в экситон с последующей передачей энергии центру свечения, миграция электронов и дырок по активаторам и т.д. Часть этих процессов, как описывалось в разделе 2, нелинейно зависят от концентрации возбуждений (в частности, бимолекулярная рекомбинация, экситон-экситонное взаимодействие, процессы Оже и т.д.). Для описания такой зависящей от концентрации возбуждений рекомбинации в работе [84] использовалась формула Онсагера для описания вероятности рекомбинации двух противоположно заряженных частиц:  , (3.2)
где радиус Онсагера определяется из равенства по абсолютной величине потенциальной энергии взаимодействия электрона и дырки, находящихся на расстоянии ROns друг от друга, и тепловой энергии kBT в среде с диэлектрической проницаемостью ε:  . (3.3)
Поскольку описываемая формулой (3.2) вероятность рекомбинации падает с ростом расстояния между электроном и дыркой (которое, в свою очередь растет при падении концентрации частиц n,  ), то такого рода формулы должны давать адекватное описание высокоэнергетического спада кривой непропорциональности [84]. Однако для получения количественного согласия в [84] пришлось вводить подгоночные параметры, которые не всегда имели ясный физический смысл. Более аккуратное выяснение причин непропорциональности потребовало перехода от феноменологических подходов к микроскопическим, что было сделано в работах [77–82].
жүктеу/скачать 4,61 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|