WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

1 и 3 - фитирующие кривые с постоянными времени соответственно 4.6 и 15.2 мкс для спектра, полученного при облучении -ча­стицами;

2 и 4 - 5.0 и 15.8 мкс, при облучении -квантами

Рис. 3. Кинетика высвечивания быстрых компонент сцинтилляционного

свечения кристалла СаМоO4 в диапазоне 0-3,2 мкс при его облучении -частицами от радиоактивного источника 238Рu (), -квантами от источника 137Cs(). 1,3 и 5 - фитирующие кривые с постоянными времени соответственно 36 нс, 1 и 4.6 мкс для спектра, полученного при облучении -частицами; 2, 4 и 6 - 46 нс, 1.4 и 5.0 мкс, при облучении -квантами

Основные результаты измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1. Временные компоненты кинетики высвечивания

, мкс; А, %

-частицы

-кванты

1

1210-3 1.2

1510-3 1.5

2

3610-3 0.004

4610-3 0.0042

А1 +А2

10.06

0.50.03

3

10.04

1.40.12

А3

60.2

5.10.5

4

4.60.2

5.00.4

А4

350.6

291.2

5

15.20.3

15.80.5

А5

58 2.5

652.7

Примечание - постоянная времени высвечивания, Аi – вклад разных компонент в общий световыход; А1+А2 –суммарный вклад быстрых компонент.

Как видно из этих рисунков, основной вклад в полный световыход кристалла вносят медленные компоненты с ~ 1.4 0.12 мкс и амплитудой А = (5.10.5)%, 5.0 0.4 мкс (291.2) % и 15.80.5 мкс (652.7) % для -квантов и 1.00.04 мкс (60.2) %, 4.60.2 мкс (350.6)% и 15.20.3 мкс (582.5) % для -частиц.

Интересным фактом является впервые обнаруженное в данной работе существование при комнатной температуре быстрых компонент сцинтилляционного свечения кристаллов СаМоO4. Для более детального изучения быстрых компонент были использованы данные, полученные с помощью быстродействующего времяцифрового преобразователя.

Кинетика высвечивания быстрых компонент сцинтилляций представлена на рис. 3 и 4.

Рис.4. Кинетика высвечивания быстрых компонент сцинтилляционного свечения кристалла СаМоO4 в диапазоне 0-450 нc при его облучении -частицами от радиоактивного источника 238Рu (), -квантами от источника 137Cs(). 1 и 3- фитирующие кривые с постоянными времени соответственно 12 и 36 нс для спектра, полученного при облучении -частицами; 2 и 4- 15 и 46 нс, при облучении -квантами

Как видно из рис.4, можно выделить две составляющие с временами высвечивания 15 нс и 46 нс для -квантов и 12 нс и 36 нс для -частиц. Вклад быстрых компонент в общий световыход кристалла незначителен -1% от общего световыхода кристалла.

В третьей главе представлены результаты измерения светового выхода сцинтилляционных кристаллов СаМоО4. Измерение светового выхода данного кристалла представляет определенные технические трудности, поскольку характерная постоянная времени световой вспышки составляет ~15 мкс и реальный сцинтилляционный импульс, зарегистрированный фотодетектором, представляет собой набор выходных импульсов фотодетектора с амплитудами близкими к однофотоэлектронным.

Пример импульса с кристалла СаМоО4 на нагрузке от ФЭУ 50 Ом, представлен на рис.5.

Рис. 5. Пример импульса с кристалла СаМоО4

Предварительно были измерены спектр излучения и показатель преломления кристалла CaMoO4. Исследуемый кристалл имел размеры 24,724,726,7 мм3. Все грани кристалла тщательно отполированы. Измерения спектра излучения кристалла CaMoO4 были выполнены при облучении кристалла световыми импульсами от ультрафиолетового светоизлучающего диодом (светодиода) UVTOP255-FW-TO39 с максимумом спектра излучения на длине волны = 255 нм. Спектр излучения кристалла определялся с помощью набора интерференционных фильтров и измерений отклика хорошо прокалиброванного фотодиода (МРП ЛФД). Результаты измерений спектра излучения данного кристалла представлены на рис. 6.

Таким образом, кристалл CaMoO4 характеризуется довольно широким спектром излучения, который простирается от 400 нм до 700 нм и более, с максимумом в диапазоне длин волн 540-570 нм. По сравнению с другими кристаллами (NaI) сдвинут в красную область.

Рис.6. Спектр излучения кристалла CaMoO4

Другим важным параметром кристалла является его показатель преломления. Прямые измерения показателя преломления кристалла CaMoO4 были выполнены по схеме, основанной на измерении угла отклонение от первоначального направления пучка света после прохождения через кристалл. Для измерений использовались узкие коллимированные пучки света диаметром 0,5 мм от источников на основе светодиодов и лазерного диода, излучающих в диапазоне длин волн 520-655 нм.

Значения показателя преломления n определялись из следующей формулы:

=+arcsin{nsin[-arcsin(sin(/n))]}- (1)

где – угол отклонения светового пучка от первоначального направления после прохождения кристалла; – угол падения светового пучка на грань кристалла; – угол, образованный гранями кристалла. В нашем случае =90°. Получено, что кристалл имеет довольно высокий показатель преломления в диапазоне длин волн 520-650 нм: n = 2,10± 0,10.

Функциональная схема измерительной системы для исследования световыхода кристалла CaMoO4 показана на рис. 7.

Рис.7. Функциональная схема измерительной системы для исследования световыхода кристалла CaMoO4

РИ - радиоактивный источник;

Сц - сцинтилляционный кристалл СаМоО4;

ФЭУ – фотоэлектронный умножитель XP5301B фирмы Photonis;

ОК - оптический контакт;

О – отражатель;

ОД - оптическая диафрагма;

У - усилитель- формирователь CANBERRA 2010;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь POLON 712;

КК - крейт-контроллер КК-009;

ПК - персональный компьютер IBM- PC/AT-i486

Кристалл просматривается со стороны одной из граней фотоэлектронным умножителем марки XP5301B производства фирмы Photonis. Остальные грани кристалла покрыты диэлектрической пленкой VM2000 производства фирмы 3М с высокой отражательной способностью (~100%) в диапазоне длин волн сцинтилляционного излучения кристалла. Оптический контакт между исследуемым кристаллом и ФЭУ осуществляется с помощью оптической смазки Bicron BC-600 с показателем преломления n =1,58. Анодные импульсы ФЭУ. поступают на вход спектрометрического усилителя-формирователя У (CANBERRA 2010) с постоянными времени интегрирования и дифференцирования равными ~12 мкс. Выходные импульсы усилителя подаются на вход многоканального анализатора импульсов, выполненного на основе 10-разрядного аналого-цифрового преобразователя POLON 712, крейта КАМАК, крейт-контроллера КК-009 и персонального компьютера IBM-PC/AT-486i. Кристалл облучается -квантами с энергиями 662 кэВ от радиоактивного источника 137Cs или -частицами с энергиями ~5,5 МэВ от источника 241Am.

Значение абсолютного световыхода кристалла в единицах [фотон/МэВ] находится по формуле:

Y = Npe / (, ), (2)

где – эффективный коэффициент сбора фотоэлектронов на динодную систему ф.э.у.; – квантовая эффективность фотокатода ФЭУ, усредненная в диапазоне длин волн 400- 720 нм; – коэффициент сбора сцинтилляционных фотонов на фотокатод ФЭУ; , – параметры, показывающие какая доля сцинтилляционных фотонов собирается за время интегрирования усилителя = 12 мкс при облучении кристалла -частицами () либо -квантами (); – коэффициент, нормирующий энергию на 1 МэВ.

Для определения абсолютного световыхода кристалла необходимо хорошо знать зависимость эффективной квантовой эффективности ФЭУ, использовавшегося в измерения (XP5301B), от длины волны света.

Измерения этой зависимости проводились с помощью наборов интерференционных фильтров и светодиодов, излучающих на длинах волн от 400 нм до 700 нм, и калиброванного ФЭУ XP3112B. Значение эффективной квантовой эффективности ФЭУ XP5301B, усредненной по спектру излучения кристалла (см. кривую на рис.6), составляет ~ 20%. Следует отметить, что данный ФЭУ характеризуется высокой эффективностью сбора фотоэлектронов на динодную систему – 100%. Измерения зарядового спектра однофотоэлектронных импульсов данного ФЭУ показывает, что квадрат относительной дисперсии коэффициента усиления G этого ФЭУ равен (G/G)2~0,2. Прямые измерения коэффициента сбора фотонов в данном кристалле на фотокатод ФЭУ, проведенные с использованием зелено-желтого светодиода с max = 560 нм, показывают, что эта величина равна приблизительно ~0,85.

Кинетика сцинтилляционного свечения кристалла CaMoO4 имеет сложный многоэкспоненциальный характер, при этом основной вклад вносят медленная компонента с постоянной времени порядка 15.2 мкс для -частиц и 15.8 мкс для -квантов. Таким образом, при времени интегрирования усилителя = 12 мкс собирается только 66% сцинтилляционного света кристалла при облучении -квантами, а для -частиц – 71%. Значение коэффициента для -квантов от 137Cs равен 0,662.

На рис. 8 показаны энергетические спектры при облучении -квантами и -частицами. Фитирующие кривые были использованы для выделения пика полного поглощения для -квантов от 137Cs.

Рис. 8. Энергетические спектры кристалла СаМоО4 при облучении -квантами от 137Cs ( Е- 661 кэВ) и -частицами 241Am (Е-5500 кэВ)

Аппроксимирующие кривые были использованы для выделения пика полного поглощения. Значение Npe определяется из известной формулы:

А/A=[2.36(1+(G/G)2)1/2]/(Npe)1/2, (3)

где (А/A) – разрешение пика; (G/G) – относительная дисперсия коэффициента усиления ФЭУ- G. Разрешение этого пика составляет 22,6%, что соответствует числу фотоэлектронов (ф.э.) Npe = 153,7 ф.э.. Соответственно, абсолютный световыход сцинтилляционного кристалла CaMoO4, вычисленный по формуле (2) с учетом всех измеренных параметров, равен Y = 2200 фотонов/МэВ при облучении -квантов при комнатной температуре 22°С.

Сравнение пика полного поглощения и пика, обусловленного -частицами, позволяет определить /-отношение для этого кристалла. Это отношение с учетом различий в кинетике сцинтилляционного свечения (коэффициенты ,) и энергий -квантов и -частиц составляет /=0,25.

В процессе последующей работы были получены новые образцы кристаллов, выращенные по более совершенной технологии. Световыход этих кристаллов был на 30 % выше полученного в первоначальных измерениях. Результаты представлены на рис. 9

Рис.9. Сравнение светового выхода различных образцов кристаллов СаМоО4

И окончательно световой выход составляет 2600 фотонов/МэВ.

В четвертой главе исследована температурная зависимость формы импульса и светового выхода сцинтилляционных кристаллов СаМоО4.

Поскольку форма импульса изменяется с изменением температуры, примененный ранее метод измерения световыхода (Глава 3) неприменим в виду используемого формирователя импульса. В данном случае был использован метод прямого интегрирования токового импульса, регистрируемого диджитайзером. Для обработки импульсов было разработано специальное программное обеспечение.

Эта зависимость вместе с исследованием световыхода была исследована на установке рис. 10

Рис.10. Функциональная схема измерительного стенда для исследования зависимости формы импульса и амплитуды кристалла СаМоО4 от температуры

1 – медные хладопроводы; 2 – сосуд Дьюара заполненный жидким азотом;

3- Радиоактивный источник 238Рu; 4 - низкотемпературный термометр;

ФЭУ – фотоэлектронный умножитель XP5301B фирмы Photonis; У – интегральный усилитель ORTEC model 450; Д – диджитайзер Acqiris Digitizer;

ПК – персональный компьютер Pentium 3

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»