Поиск эффективных активаторов и изучение механизма переноса энергии в сцинтилляторах на основе щелочно-земельных галоидов

Отчет включает 26 стр.; 0 рисунков; 0 таблиц. В ходе выполнения проекта были выращены и исследовались кристаллы кристаллов BaBrI, SrBrI и SrClI, активированных редкоземельными примесями (Eu2+, Sm2+, Ce2+, Pr3+, Yb2+), а также кристаллы BaBrI с двойной активацией ионами Yb2+-Sm2+; Yb2+-Ce3+; Yb2+-Pr3+. Были проведены работы по подбору оптимального состава реакционных смесей и подготовки вариантов шихты для выращивания кристаллов сложных галоидов, активированных ионами редкоземельных ионов. Исследовались фазовые равновесия и фазовые диаграммы изучаемых соединений, что необходимо для подбора условий кристаллизации при проведении ростовых экспериментов. Были исследованы оптические и сцинтилляционные свойства выращенных кристаллов дигалоидов бария и стронция, активированных редкоземельными ионами, определены основные параметры для построения VRBE диаграмм (Vacuum referred binding energy diagram) уровней трехвалентных и двухвалентных лантаноидов в этих кристаллах. Согласно построенным диаграммам полагалось, что перспективными активаторами будут двухвалентные ионы иттербия и самария, а также трехвалентные ионы церия. С помощью неэмпирических квантово-химических расчетов было уточнено положение уровней ионов редкоземельных активаторов в таких кристаллах как BaBrI, BaClI, BaBrCl, BaBrF, SrBrI, SrClI, а также рассчитана для них величина запрещенной зоны, которая оказалась сопоставима с известными экспериментальными данными. Кроме того, были проведены неэмпирические расчеты d-f переходов в этих кристаллах, а также оценен край поглощения экситонов. Полученные нами теоретические значения дополнили экспериментальные данные для построения VRBE диаграмм. В ходе исследований установлено, что перспективной является соактивация BaBrI примесями Yb2+ и Sm2+, так как с одной стороны имеется эффективный перенос возбуждения от ионов Yb2+ к ионам Sm2+, а с другой стороны механизмы передачи возбуждения от кристаллической решетки на ионы Sm2+ и Yb2+ различны. На ионы Sm2+ возбуждение передается экситонами, представляющими собой пару (BrI)- (I2)-, а на ионы Yb2+, как было отмечено выше, другим типом экситонов, а также в результате прямого последовательного электрон-дырочного захвата. Таким образом, соактивация кристаллов BaBrI-Sm2+ ионами Yb2+ приводит к увеличению светового выхода люминесценции ионов Sm2+. Таким образом, в ходе выполнения работ по проекту были установлены механизмы передачи энергии на примеси Yb2+ и Ce3+. Предложена схема соактивации, которая позволяет увеличить эффективность сцинтилляторов на основе BaBrI. Предложенные механизмы с большой степенью вероятности будут обнаруживаться и в других сцинтилляторах на основе щелочноземельных галоидов. В результате исследований был сконструирован прототип сцинтилляционного детектора на основе SiPMT и сцинтилляционных кристаллов BaBrI-Yb; BaBrI-Yb,Sm.