变价元素铋掺杂钨酸铅晶体辐照损伤的研究

采用剂量为4Mrad的γ射线辐照Bridgman法生长的未掺杂和掺铋钨酸铅晶体,研究了辐照前后晶体的透射光谱、X射线激发发射光谱(XSL)的变化.利用正电子湮没寿命谱(PAT)和X光电子能谱(XPS)的实验手段,对钨酸铅晶体辐照前后的微观缺陷进行了研究,并对其抗辐照损伤性能及微观机理进行了初步探讨.研究表明,铋掺杂使得晶体中的正电子捕获中心和低价氧浓度下降;辐照后,未掺杂晶体中正电子捕获中心浓度下降,低价氧浓度上升,掺铋晶体则出现了与之完全相反的情况,正电子捕获中心浓度上升,低价氧浓度下降.提出掺铋钨酸铅晶体中铋的掺杂辐照前主要以Bi³⁺占据VPb的形式存在,辐照使变价元素铋发生Bi³⁺→Bi⁵⁺的变价行为,Bi⁵⁺可以替代W⁶⁺格位并使得晶体内部分(WO₄)^2－根团形成(BiO₃+V_o)^－.     

钨酸铅晶体抗辐射性能的测试

大型强子对撞机(LHC)运行时具有很高的辐射背景,为达到所要求的电磁量能器的测量精度对研制中的钨酸铅晶体的抗辐照性能提出了很高的要求.本文主要介绍了用⁶⁰Co的γ射线,在相应的辐照剂量率辐照下,对几种全尺寸(23cm长)钨酸铅晶体抗辐照性能的评估和测量方法.研究了晶体在侧面辐照条件下对光产额及纵向发光均匀性的影响,给出了对几种晶体的测量结果.     

钨酸铅晶体的性能测试

通过实验给出了不同生长条件下的钨酸铅(PbWO₄或PWO)晶体的多项性能指标,包括激发发射谱、透射谱、荧光衰减时间、光产额、辐照损伤等实验结果,并对结果进行了讨论.     

晶体光输出非均匀性的测量和研究

利用²²Na放射源和符合测量方法实现了对钨酸铅晶体的光输出纵向非均匀性的精细测量.研究了改变晶体表面粗糙度对光输出非均匀性的影响.     

PbWO4闪烁晶体的辐照损伤机理研究

完成了640—1040℃温度范围内钨酸铅［PbWO₄(PWO)］晶体的退火实验,观察到较低温退火时晶体中本征色心吸收带(350nm)先是增加,其后随退火温度的升高而逐渐降低直至消除的全过程．分析了PWO晶体的本征缺陷和电荷补偿机制．讨论了退火过程中氧进入晶体后色心的产生和转化规律,并提出可能发生Pb³⁺→Pb⁴⁺的进一步氧化过程,从而导致Pb³⁺空穴中心的湮没．测量并比较了不同退火温度处理后PWO晶体的紫外辐照诱导色心     

国产高Z闪烁晶体的辐照损伤研究

在总强度为10⁵Ci^的60Co γ射线辐照装置上开展了国产高Z闪烁晶体的辐照损伤研究.在5×10³—7.5×10⁵rad剂量范围内测量了小尺寸BGO晶体样品的辐照损伤效应,观察到损伤随剂量增加逐渐趋于饱和的现象;辐照损伤的自然恢复过程可用三组时间常数表征的指数函数描述.在5×10⁵rad剂量下,考察了BaF₂,CsI(Tl)以及ZnWO₄晶体小尺寸样品的辐照损伤效应.发现了BaF₂的严重损伤情况,初步分析原因可能是晶体中某些微量杂质的存在.     

一种精确确定闪烁晶体光产额的方法

针对钨酸铅晶体(PbWO₄)在¹³⁷Cs源作用下所得的脉冲幅度谱,并结合蒙特卡罗模拟,提出了一种获得光产额较低的闪烁晶体光产额的新的拟合方法. 此方法亦适用于其它晶体.     

钨酸铅晶体的本征色心和辐照诱导色心

根据钨酸铅晶体(PbWO4,简称PWO)的缺陷化学和晶体结构特点,用光吸收谱、广延X射线吸收精细结构(EXAFS)和精密X射线衍射(XRD)方法对高温退火后PWO晶体进行微结构研究,获得了其退火前后缺陷变化的情况,据此提出生成态(asgrown)晶体中350nm本征色心吸收带起源于V-F空穴心,并指出PWO中紫外区色心吸收带的强度取决于晶体中铅空位和氧空位浓度之差:[VPb]-[VO];然后,结合晶体在紫外光(UV)辐照过程中色心的转化规律和偏振吸收谱的实验结果,提高420nm辐照诱导色心吸收带起源于V0F双空穴心.并对所提出的PWO晶体色心模型的合理性进行了讨论. 关键词： 钨酸铅 本征色心 辐照诱导色心 色心模型     

国产CsI(TI)晶体辐照损伤实验研究

研究了CsI(Tl)晶体在1.3GeV e^－束形成的电磁辐射场和⁶⁰Co γ辐射场照射后的辐照损伤,测量了晶体光输出和透射率的变化,以及辐射损伤的自然恢复和加热恢复效应.     

MSM结构GaAs探测器的抗辐照性能

研究一种双金属接触的GaAs半导体探测器在14MeV中子辐照下的性能.测量了探测器经过10¹²n/cm²中子辐照剂量后的反向漏电流、电荷收集效率和最小电离粒子能谱,并且与⁶⁰Co 1.25MeV光子辐照的测量结果相比较.对中子辐照引起探测器时间性能变化和辐照损伤机制进行了探讨.并根据实验结果提出了这种双金属接触GaAs探测器灵敏层分布的一种假设,理论计算和实验数据相符合.     

掺杂钨酸铅晶体闪烁发光光谱研究

利用改进的晶体生长设备和工艺提高了PbWO₄闪烁晶体的光产额。通过对生长获得的PbWO₄、退火PbWO₄和BaF₂∶PbWO₄晶体的透过光谱,衰减时间和光产额等闪烁性质的研究,发现晶体退火和掺杂技术特别是阴离子掺杂技术能够显著提高晶体的闪烁发光性能。其中晶体掺杂全面提高了晶体的透过光谱强度,但是退火的影响较复杂。高温退火改善了PbWO₄晶体在360 nm以上波段的透过光谱的透过率,但是在320～360 nm波段其透过率反而降低。这些现象与晶体中缺陷在可见光波段产生的特征吸收有关。晶体的良好退火和掺杂提高了晶体的光产额,其中BaF₂∶PbWO₄掺杂晶体室温闪烁发光强度达到65 p.e.·(MeV)-1,接近PET的使用要求。这种提高与晶体F-离子掺杂引发晶体[WO₄]2-四面体基团畸变有关,F-离子进入该四面体产生了新的发光中心。     

Electronic structure calculations of lead tungstate PbWO 4 crystals with defects of molybdenum impurity

Lead tungstate PbWO 4 crystals are one of the most effective scintillation materials for calorimetric devices designed to detect elementary particles with extremely high energies [1]. The interest to PbWO 4 scintillation and luminescence properties increased noticeably in the recent years [1, v 2]. However, experimental results obtained for PbWO 4 optical properties, substantially differ for crystals, produced under different growing conditions. Such a variety led to the situation, that up to now there are no generally accepted explanations for the origin of luminescence centres in PbWO 4 . The electronic structure of possible luminescent centres in perfect lead tungstate crystals PbWO 4 and in the crystals with molybdenum impurity PbWO 4 :Mo is ab-initio calculated in order to elucidate the origin of luminescence in lead tungstate crystals. Conclusions concerning excitation of self luminescence in perfect crystals and defect luminescence in Mo-doped crystals are made on the basis of results of calculations and experimental data on luminescence and photo excitation of PbWO 4 and PbWO 4 :Mo crystals.     

Sb2O3掺杂对提高PbWO4晶体光学及闪烁性能的作用

采用改进的布里奇曼（Ｂｒｉｄｇｍａｎ）法生长了掺杂Ｓｂ２Ｏ３的ＰｂＷＯ４晶体。基于透射光谱、紫外激发及其发射谱、Ｘ射线激发的发射谱、光输出和辐照损伤待方面的测试,讨论了Ｓｂ２Ｏ３掺杂对提高ＰｂＷＯ４晶体光学及闪烁性能的作用。     

PbWO_4晶体的光输出与能量分辨研究

研究了多种包装材料和包装工艺对钨酸铅(PbWO4)晶体光输出和能量分辨的影响,测量结果与基于GEANT4的模拟结果符合很好,并由此确定了晶体的最佳包装方法。     

Growth and spectroscopic characteristics of Nd-doped PbWO₄ crystal

Nd-doped PbWO4 crystals are grown by using the modified Bridgman method.The spectroscopic properties of the crystals are investigated.The changes of the absorption band at 350 nm are discussed for samples annealed at 740℃ and 1040℃.The radiative lifetime of the 4 F 3/2 level is calculated by using the Judd-Ofelt theory according to the absorption spectrum of 0.5 at.% Nd-doped PbWO 4 crystal.The spontaneous Raman scattering properties of the crystals are analysed.     

白钨矿结构的钨,钼酸盐晶体的光吸收边及其起因

比较了一些白钨矿结构的钨，钼酸盐晶体（如未掺杂的ＣａＷＯ４，ＰｂＷＯ４，ＣａＭｏＯ，ＰｂＭｏＯ４晶体）的透射光谱，发现这些晶体的光吸收边的相对位置用普遍认为的观点，即白钨矿结构的钨，钼酸盐晶体的光吸收边起源于具有Ｔｄ对称性的Ｗ（Ｍｏ）Ｏ＾２－４基团的电子从ｔ１轨道的２ｅ轨道的转移激发，不能给出了圆满阐释，而应代之以新的观点，作者认为这类晶体的光吸收可能起因于Ｄ２ｄ对称的Ｗ（Ｍｏ）Ｏ＾２－４基团内的     

钨酸铅晶体中与氧空位相关的色心研究

采用基于相对论性密度泛函理论的离散变分和嵌入团簇方法计算了PbWO4晶体中与氧空位VO及其相关色心的态密度分布，并运用过渡态方法计算了其激发能.结果表明：VO的存在可以使WO42-基团的禁带宽度明显变小；PbWO4晶体中VO可以产生F+，并且F+的存在可以使晶体引起420nm的吸收，另外PbWO4晶体中VO可能不会产生F心. 关键词： PbWO4晶体 密度泛函 氧空位 态密度分布     

新型闪烁晶体的性能与应用研究

概述国际上一些新型闪烁晶体的研究状况，重点介绍对ＢａＦ２和ＰｂＷＯ４闪烁晶体性能及其应用进行研究所取得的一些结果．The status of the study on some new scintillators is summarized, and the results of our researches on the properties and applications of BaF 2 and PbWO 4 crystals are discribed.     

掺Sb对PbWO_4晶体发光性能的改善

首次报道了ＰｂＷＯ４：Ｓｂ的光谱特性,包括透射谱和Ｘｅ灯光源激发的发射谱与激发谱．掺Ｓｂ具有增强绿光带、抑制红光带并大幅度提高光产额的效果．通过与空气退火ＰＷＯ发光的比较,对绿光带的起因、Ｓｂ掺杂的作用也进行了简要的讨论．