بررسی خواص سوسوزنی بلورهای CsI(Tl) رشد داده شده با آلاینده‌های Ca و Tm

نویسندگان

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

10.22052/6.4.29

چکیده

در این پژوهش به ساخت بلورهای CsI(Tl) طی رشد به‌ روش بریجمن با استفاده از آلاینده ­هایی نظیر Ca و Tm به­منظور بررسی خواص سوسوزنی برای کاربرد به­ عنوان آشکاساز گاما پرداخته شده است. برای ارزیابی بلور­های رشد داده شده، پراش ایکس، طیف لیان نوری، طیف گرمالیانی و نیز طیف­ های گامای ثبت شده توسط بلورها، بررسی شدند. همچنین پارامترهای سوسوزنی از جمله قدرت تفکیک انرژی، پاسخ سوسوزنی بهره نوری و پس­تاب مورد مطالعه و اندازه­ گیری قرار گرفتند. خواص سوسوزنی بلور CsI(Tl) با آلاینده­ های مختلف نسبت به CsI(Tl) به­ عنوان نمونه استاندارد (ساخت شرکت Amcrys) مقایسه شدند. برای بلور CsI با آلاینده Tl، بهره نوری %97 ، قدرت تفکیک انرژی در انرژیkeV 662 برابر %11 و پاسخ سوسوزنی ns 1054 اندازه ­گیری شد. افزودن آلاینده­ های Ca و Tm به ساختار بلوری CsI(Tl) باعث کاهش مراکز به دام افتاده و همچنین ایجاد زیر تراز لیان نوری شده، از این رو باعث تغییر خواص سوسوزنی می‌شوند. افزودن آلاینده Tm2+ در ساختار شبکه ­ای CsI(Tl) منجر به افزایش بهره ­نوری به %103، قدرت تفکیک انرژی %7/9 و پاسخ سوسوزنی ns 1373 شده، در صورتی­که این آلاینده پاسخ سوسوزنی را کندتر می­ کند و باعث ایجاد پس­تاب کم­تری نسبت به نمونه CsI(Tl) می­شود. آلاینده Ca2+ در ساختار شبکه ­ای CsI(Tl) بر روی بهره ­نوری و قدرت تفکیک انرژی اثر نامطلوب دارد، در صورتی­که پاسخ سوسوزنی را سریع­تر کرده و باعث ایجاد پس­تاب بیش­تری نسبت به نمونه CsI(Tl) می­شود. همچنین باعث کاهش بهره­ نوری به %98، قدرت تفکیک انرژی %12 برای انرژی keV 662 و پاسخ سوسوزنی ns 537 می­شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Growth of CsI(Tl) crystals doped with Ca and Tm and investigation of its scintillation characteristics

نویسندگان [English]

  • Sajjad Shahmaleki
  • ۤFaezeh Rahmani
چکیده [English]

In this work, the growth of CsI(Tl) crystals as gamma detector was performed using vertical Bridgman method with Ca and Tm co-dopants. For evaluation of the growth crystals, X-Ray Diffraction (XRD), photoluminescence and thermoluminescence spectra as well as recorded gamma spectra were employed. In addition, the scintillation properties including energy resolution, scintillation decay time, absolute light yield, and afterglow were studied and measured. Scintillation properties of CsI(Tl) as the standard sample (Amcrys Company) and the fabricated detectors were compared. Based on the results, the light yield, energy resolutio, and decay time for CsI with Tl dopant for 661 keV are 97%, 11% and 1054 ns, respectively. The change in observed scintillation characteristics is due to creation of luminescence level and reduction of hole-trap centers by Tm, Ca codopant in CsI(Tl) structure. By Tm2+ codopant in CsI(Tl) structure, the light yield, energy resolution for 661 keV, and decay time are 103%, 9.7%, and 1373 ns, respectively. This crystal has smaller scintillation decay time and slower afterglow in comparison with CsI(Tl). Ca2+ codopant has undesirable effects on the light yield and energy resolution, while its scintillation decay time is faster and leads to higher afterglow than CsI:Tl. The light yield, energy resolution for 661 keV, and decay time are 98%, 12%, and 537 ns, correspondingly.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • CsI with dopant
  • Energy Resolution
  • Light yield
  • Scintillation Decay time
  • Photoluminescence
  • Thermoluminescence

مراجع

[1] T. Jing, C. Goodman, J. Drewery, G. Cho, W. Hong, H. Lee, S. Kaplan, A. Mireshghi, V. Perez-Mendez and D. Wildermuth. Amorphous silicon pixel layers with cesium iodide converters for medical radiography, IEEE Trans. Nucl. Sci. 41 (1994) 903–909. [2] N. Martin. Scintillation detectors for x-rays, Meas. Sci. Technol. 17 (2006) 37–54. [3] A. Jhingan, P.Sugathan, GurpreetKaur, K. Kapoor, N.Saneesh, T. Banerjee, H. Singh, A. Kumar, B. Behera and B. Nayak. Front-end electronics for CsI based charged particle array for the study of reaction dynamics, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 786 (2015) 51–58. [4] W. Carel and V. Eijk. Inorganic scintillators in medical imaging detector, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 509 (2003) 17-25. [5] G.F. Knoll. Radiation Detection and Measurement, Third Edition, Wiley Inc., New York, (2000). [6] www.crystals.saint-gobain. com/sites/imdf.crystals.com /files/documents/Scintillation Arrays. sgc-array-assemblies.pdf. [7] C. Brecher, A. Lempicki, S.R. Miller, J. Glodo, E.E. Ovechkina, V. Gaysinskiy, V.V. Nagarkar and R.H. Bartram. Suppression of afterglow in CsI:Tl by codoping with Eu2+—I: Experimental, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 558 (2006) 450–457. [8] E. Ovechkinaa, V. Gaysinskiya, S. Millera, C. Brecher, A. Lempickib and V. Nagarkara. Multiple doping of CsI:Tl crystals and its effect on afterglow, Radiation Measurements 42 (2007) 541–544. [9] J. Glodo, Y. Wang, R. Shawgo, C. Brecher, H. Hawrami, J. Tower and S. Shah. New Developments in Scintillators for Security Applications. Physics Procedia 90 (2017) 285–290. [10] L.A. Kappers, R.H. Bartram, D.S. Hamilton, A. Lempicki, C. Brecher, V.Gaysinskiy, E.E. Ovechkina, S. Thacker and V.V. Nagarkar. A tunneling model for afterglow suppression in CsI:Tl, Sm scintillation materials , Radiation Measurements 45 (2010) 426–428. [11] D. Totsuka, T. Yanagida, Y. Fujimoto, Y. Yokota, F. Moretti, A. Vedda and A. Yoshikawa. Afterglow Suppression by Codoping with Bi in CsI:Tl Crystal Scintillator, Applied Physics Express 5 (2012) 052601–052603. [12] Y. Wu, G. Ren, M. Nikl, X. Chen, D. Ding, S. Pana and F. Yang. CsI:Tl+,Yb2+: ultra-high light yield scintillator with reduced afterglow, 3312, Cryst Eng. Comm 16 (2014) 3312–3317. [13] Y. Wu, G. Ren, F. Meng, .X. Chen, D. Ding, H. Li, S. Pan and L. Melcher. Scintillation Characteristics of Indium Doped Cesium Iodide Single Crystal, IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE 62 (2015) 571–576. [14] S. Singh, D. Desai, A. Singh, M.Tyagi, A. Sinha, S. Gadkari and S. Gupta. Growth of CsI:Tl crystals in carbon coated silica crucibles by the gradient freeze technique . Journal of Crystal Growth 351 (2012) 88–92. [15] A. Yoshikawa, Y. Yokota, Y. Shoji, R. Kral, K. Kamada, S. Kurosawa, Y. Ohashi, M. Arakawa, I. Chani, V. Kochurikhin, A. Yamaji, M. Andrey and M. Nikl. Development and melt growth of novel scintillating halide crystals. Optical Materials 74 (2017) 109–119. [16] http://www.amcrys.com/pdf/4281.pdf. [17] Y. Wu, G. Ren, M. Nikl, X. Chen, D. Ding, S. Pan and F. Yang. Ultralow-concentration Sm codoping in CsI:Tl scintillator: A case of little things can make a big difference, Optical Materials 38 (2014) 297–300. [18] http://www.photonis.com.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار