Ученые повысили выход сцинтилляции нульмерного галогенида на 460% легированием медью
Структурная модификация галогенида (Cs₈Cu)Y₃Cl₁₈ усилила локализацию экситонов и обеспечила световыход 10 700 фотонов на МэВ при рентгеновском излучении.
Совместная группа ученых из Шанхайского института керамики Китайской академии наук, Института физики Академии наук Чехии и Северо-западного института ядерных технологий разработала метод повышения светового выхода нульмерных галогенидных сцинтилляторов, сообщает журнал Research. Внедрение меди(I) в кристаллическую решетку нульмерного галогенида Cs₃YCl₆ с образованием соединения (Cs₈Cu)Y₃Cl₁₈ привело к росту выхода сцинтилляции на автолокализованных экситонах на 460% doi.org
Researchdoi.orgОткрыть источник ↗.
Низкоразмерные металлогалогениды рассматриваются как перспективные материалы для детектирования ионизирующего излучения благодаря излучению на автолокализованных экситонах, однако под воздействием жесткой радиации их реальный сцинтилляционный выход обычно оказывается ниже теоретического из-за взаимодействия экситонов между собой и с дефектами решетки.
Локализация экситонов и квантовый выход
Введение меди(I) привело к перестройке октаэдрических звеньев [YCl₆]³⁻ в кластеры [Cu₂(YCl₆)₃]⁷⁻ лопастной формы. Согласно расчетам из первых принципов, такая модуляция переводит делокализованные экситоны в состояние сильной локализации внутри кластеров. Спектроскопия фотолюминесценции с температурной зависимостью и кинетический анализ подтвердили, что в (Cs₈Cu)Y₃Cl₁₈ энергетический барьер тушения автолокализованных экситонов выше, чем в исходном Cs₃YCl₆.
Экспериментальная оценка выхода сцинтилляции при возбуждении рентгеновскими лучами составила 10 700 фотонов на мегаэлектронвольт для (Cs₈Cu)Y₃Cl₁₈ по сравнению с 1 900 фотонов на МэВ у Cs₃YCl₆ относительно коммерческого эталона из германата висмута doi.org
Researchdoi.orgОткрыть источник ↗. Схожие коэффициенты поглощения рентгеновского излучения обоими материалами подтверждают, что прирост обеспечен снижением безызлучательных потерь, а не увеличением поглощенной дозы.
Характеристики визуализации и послесвечение
Уровень остаточного свечения материала через 10 миллисекунд после выключения источника рентгеновского излучения составил около 0,05% против приблизительно 6% у контрольного образца CsI:Tl. Расчетный предел обнаружения рентгеновского излучения на тестовой установке составил 147 наногрей в воздухе за секунду.
Для демонстрации визуализации исследователи изготовили гибкие композитные экраны путем диспергирования порошка сцинтиллятора в полидиметилсилоксане. Прототип экрана продемонстрировал пространственное разрешение 14,6 пар линий на миллиметр при значении функции передачи модуляции 0,2. В лабораторных испытаниях экран зафиксировал поток контрастного раствора в трубке и плавление сплава висмут–индий–олово при температуре 480 кельвинов, при этом авторы отметили чувствительность кристаллов к влаге, требующую сухого режима эксплуатации.
