Поверхневі процеси, що викликають деградацію спектрометричних характеристик сцинтиляторів NaI(Tl) і CsI(Na)

Запропоновано двостадійний механізм утворення МШ у CsІ (Na). На першій стадії цього процесу відбувається розпад пересиченого твердого розчину власних точкових дефектів. У результаті цього загальна концентрація центрів свічення знижується до величини, обумовленої вмістом натрію, що призводить до вирівнювання значень L/E в обўємі і поблизу поверхні, а також до утворення вакансійних кластерів. На другій стадії, коли формуються власне МШ, вакансійні кластери є місцями розпаду твердого розчину натрію. У результаті утворюються описані в літературі передвиділення активатора, середня концентрація центрів свічення різко зменшується, що приводить до деградації L і R, а також до часткового виходу активатора на межу розподілу, утворення фази NaІ і до виникнення областей зволоження на вільній поверхні. Тривалість першого етапу складає кілька днів, другого – кілька місяців. 

П'ятий розділ присвячений вивченню взаємозв'язку між НПВ і енергетичним розділенням для кристалів CsІ (Na) і CsІ (Tl). З аналізу теоретичних уявлень випливає, що такої кореляції в області низьких енергій не повинно бути. З результатів четвертого розділу випливає, що є підстави припускати існування такої кореляції, в усякому разі для кристалів із МШ. 

Процес утворення МШ у кристалах CsІ (Na) використаний як інструмент вирівнювання L/E по глибині, тобто як спосіб керування ступенем непропорційності виходу. Показано, що в процесі формування МШ, коли значення La і Ra (світловихід та розділення при б-збудженні) сильно погіршуються, вихід L60 (для квантів з Е=60 кеВ) залишається постійним, що за існуючими уявленнями означає R60 = const, насправді значення R60 змінюються немонотонно і залежність R60 (t) проходить через мінімум. Мінімальні значення R60 реалізуються в той момент часу, коли значення L/E вирівнюються в глибині кристала і біля його поверхні. Якщо з уявлень про НПВ як фундаментальну властивість сцинтилятора цей факт ніяк не випливає, то, розглядаючи залежність L/E від d, легко зрозуміти, що для квантів з E = 60 кеВ (глибина проникнення близько 280 мкм), область кристала, про яку подають інформацію a-частки (глибина пробігу 32 мкм), має дуже вагоме значення. 

Іншим способом вирівнювання питомого виходу в межах низьких енергій є вибір концентрації активатора. З аналізу літературних даних про залежність L60 і L5, 9 від концентрації талію (CTl) зроблено висновок, що в CsІ (Tl) існують межі концентрацій, де L60 = const, а L5, 9 (для квантів з Е=5, 9 кеВ) зростаючою функцією CTl. Показано, що відповідним вибором CTl можна реалізувати ситуацію, коли значення L/E майже збігаються біля поверхні й у глибині кристала, при цьому значення R60 мінімальні. 

Розглянуто вплив умов світлозбирання (типу відбивача) на можливість вирівнювання L/E по глибині кристалу у взаємозв'язку з R. Показано, що для кристалів без відбивача змінюється хід залежності L/E від E і спостерігається зниження (замість зростання) питомого виходу зі зниженням E від 60 до 17 кеВ. На прикладі кристалів CsІ (Tl) показано, що добором типу відбивача або затемненням його периферійної області можна домогтися практично однакових значень L/E, тобто мінімізувати ступінь НПВ. Значення R60 мінімальні за мінімального ступеня НПВ і не обов'язково відповідають максимальним значенням L60. 

 Зроблено висновок, що в межах низьких енергій, де внесок НПВ у розділення припускали нехтовно малим, між НПВ і R спостерігається чітка кореляція, а ступінь НПВ можна змінювати в широких межах. Ці результати підтверджують висновки [3] про те, що НПВ не є фундаментальною властивістю сцинтилятора. Висловлено припущення, що Rс не визначається НПВ, а обидві характеристики виникають з одного джерела – мінливості коефіцієнта світлозбирания для квантів з різною глибиною проникнення і розміром треку (довжиною спалаху). 

 Виявлено помітне скорочення тривалості сцинтиляцій для квантів низьких енергій. Ефект виявляється в тому, що залежність вимірюваного світловиходу від часу формування сигналу виходить на насичення для квантів низьких енергій раніше ніж для 662 кеВ. Найяскравіше це виявляється для квантів з Е=5, 9 кеВ (d90% = 7, 6 мкм), але тенденція до скорочення t простежується для усіх використаних енергій: 662; 511; 122; 60; 22, 6 і 5, 9 кеВ (рис. 3). Виявлений ефект пояснює характер кривої НПВ (як зростання L/E зі зниженням енергії), оскільки вимірюваний вихід, наприклад L5, 9, завжди вищий, ніж вихід для будь-якої більшої енергії за всіх актуальних часів формування сигналу (звичайно від 1 до 7 мкс) для CsІ (Na) і CsІ (Tl). 

Типові криві НПВ, наведені, наприклад, в роботі [3], є результатом сумарного впливу ефекту скорочення t при 662 кеВ і E і 5, 9 кеВ і негативного впливу МШ для E Ј 17 кеВ. Отримані результати дозволяють змінити підхід до проблеми обмеження власного енергетичного розділення і вказують на можливість його поліпшення шляхом керування ступенем непропорційності, яка розглядається як осьова неоднорідність сцинтиляційної ефективності. 

У заключній частині наведені експериментальні результати і висновки дисертаційної роботи. 

Основні експериментальні результати такі. 

1. Виявлено, що деградація світлового виходу й енергетичного розділення в процесі негерметичного збереження кристалів NaІ (Tl) супроводжується перерозподілом спектрального складу люмінесценції на