Люминесценция анион-дефектных кристаллов корунда в интервале температур 300-900 К тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ



На правах рукописи

СОЛОВЬЕВ Сергей Васильевич

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ АНИОН-ДЕФЕКТНЫХ КРИСТАЛЛОВ КОРУНДА В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 300-900 К

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 8 НОЯ 2012

Екатеринбург 2012

005054838

Работа выполнена на кафедре «Экспериментальная физика» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор,

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, гл. научн. сотр.

Ведущая организация: Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Защита состоится 23 ноября 2012г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.285.02 при ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» по адресу: г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, аудитория I главного учебного корпуса (зал Ученого совета). С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направить по адресу: 620002, г.Екатеринбург, ул. Мира, 19, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Автореферат разослан «16» октября 2012 года.

Мильман Игорь Игориевич

главный научный сотрудник института промышленной экологии УрО РАН Сюрдо Александр Иванович

Соколов Виктор Иванович,

доктор физико-математических наук, профессор

Кащенко Михаил Петрович

Ученый секретарь диссертационного сове профессор, доктор физ.-мат. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Люминесценция твердых, жидких и газообразных сред, как физическое явление, является чрезвычайно востребованным во многих областях науки и техники. Современные достижения в физике конденсированного состояния, технологии выращивания кристаллов с заданными люминесцентными свойствами, методах направленного изменения этих свойств, позволили создать широкую номенклатуру материалов для практического применения их в качестве детекторов ионизирующих излучений и нейтронов. Наибольшее распространение такие детекторы получили при решении задач спектрометрии ядерных излучений в режиме реального времени и длительного сохранения информации о параметрах радиационных полей после окончания их воздействия. Последнюю группу в этой номенклатуре представляют твердотельные интегральные запоминающие детекторы, основанные на явлениях термостимулированной люминесценции (ТЛ), оптически стимулированной люминесценции (ОСЛ), радиолюминесценции (РЛ) и фототрансферной люминесценции (ФТТЛ). Результаты поисков новых технологии, получения или направленного изменения люминесцентных свойств, как вновь синтезированных, так и известных материалов, регулярно обсуждаются на специализированных международных конференциях, систематизируются и обобщаются в монографиях и статьях научных журналов.

Анализ современного состояния и тенденций в достижении требуемого комплекса люминесцентных свойств материалов показывает, что в этом направлении главная роль отводится дефектам примесного происхождения в решетке основного материала. Типичным примером из устоявшейся номенклатуры соединений, используемых для создания термолюминесцентных радиационно-чувствительных сред и детекторов излучений на их основе, являются: 1ЛР:Т^,Т1 (ТЫЭ-ЮО), 1ЛР:М&Си,Р (Т1ЛЭ-100Н), СаР2:Бу (ТЬО-200), СаР2:Мп (ТЬО-400), 1л2В407:Мп (ТЬП-800) и др. Из номенклатуры изученных соединений, потенциально пригодных для оптически-стимулированной люминесценции: №!У^Р3:Еи, КМ§Р3:Се, КС1:Еи, (Ъ1Н4)251р6:Т1 и др.

Среди известных и вновь синтезированных соединений особое место занимает материал на основе анион-дефектного номинально чистого корунда, полученный около 25 лет назад в Уральском политехническом институте. Принципиальной особенностью этого материала является то, что его рекордная люминесцентная ТЛ, ОСЛ, РЛ, ФТТЛ - активность основана на свойствах собственных решеточных дефектов Р - и Р+ - типа, а не структурных дефектах примесной природы. Основным применением различных форм данного материала - монокристаллической, порошкообразной, пленочной - является ТЛ/ОСЛ - дозиметрия, основанная на опустошении электронных уровней захвата носителей заряда под действием температуры или оптической стимуляции.

Вместе с тем, сравнительно недавно, обнаружено существование в этом соединении уровней захвата носителей заряда, термическая глубина которых

значительно превышает значения уровней, ответственных за основной пик ТЛ и ОСЛ, получивших название глубоких ловушек. Проведенные исследования выявили существенное влияние состояния, главным образом, глубокой ловушки около 700 К по уровню ее заселенности носителями на свойства ТЛ. При этом остается неизученным влияние глубоких ловушек на весь комплекс люминесцентных свойств анион-дефектного корунда: ТЛ, ОСЛ, ФТТЛ, РЛ. Более того, остаются неизвестными параметры глубоких ловушек, их спектральный состав, взаимодействие между самими глубокими ловушками. Нуждается в пересмотре методика реконструкции экспериментально измеренных кривых ТЛ, подвергнутых процессу термического тушения, для получения действительных параметров центров захвата носителей заряда: энергии активации и частотного фактора. Многообещающим средством управления люминесцентными свойствами анион-дефектного корунда является исследование гипотетической возможности трансформировать простые решеточные дефекты Р - типа в сложные дефекты Р2 - типа в разных зарядовых состояниях. Решение, перечисленных выше вопросов, является актуальной проблемой физики конденсированного состояния и имеет практическое значение для расширения функциональных возможностей соединений на основе анион-дефектного корунда.

Диссертация выполнена в рамках плана госбюджетных научно-исследовательских работ УрФУ, а также при частичной финансовой поддержке РФФИ (грант №10-08-96045) и Президиума УрО РАН (проекты №12-У-2-032, №12-2-013-УЭМЭ).

Цели и задачи работы

Целью работы являлось экспериментальное исследование уровней захвата носителей заряда, ответственных за появление пиков ТЛ в диапазоне температур 300-900 К, изучение способов возбуждения пиков, спектра их свечения, реконструкция и расчет кинетических параметров, исследование влияния заполненности глубоких уровней захвата на весь комплекс люминесцентных явлений в кристаллах номинально чистого анион-дефектного корунда: ОСЛ, ФТТЛ, РЛ, а также изучение закономерностей термо- фотоиндуцированных преобразований центров окраски и их связей со спектральным составом и чувствительностью ТЛ в основном дозиметрическом пике при 450 К.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Модернизировать экспериментальный комплекс для измерений высокотемпературной ТЛ, возбужденной УФ или рентгеновским излучением при любой температуре в интервале 300-900 К, снабдив его каналами для регистрации спектрального состава люминесценции.

2. Разработать методики интегрального и избирательного заполнения глубоких ловушек.

3. Исследовать зависимости выхода ТЛ и ФТТЛ, интенсивности и временных характеристик затухания ОСЛ от уровня заполнения глубоких ловушек.

4. На основании экспериментально полученных высокотемпературных кривых термовысвечивания, разработать методику, провести реконструкцию и получить реальные кривые ТЛ, не подверженные эффекту термического тушения, определить их кинетические параметры.

5. Изучить динамику превращений Б - и Р+- центров в сложные центры Р2-типа в процессе облучения образцов УФ - излучением при изотермическом нагреве в интервале 300-900 К и их вклад в изменение спектрального состава ТЛ в основном пике.

6. Осуществить идентификацию образующихся центров, разработать модельные представления о происходящих процессах при термооптической обработке.

7. Провести анализ полученных результатов с точки зрения возможности их использования для модификации свойств исследуемого материала, полезной для практического использования и новых вариантов применения в дозиметрии, основанной на люминесцентных свойствах изученного материала.

Научная новизна

1. Впервые получены экспериментальные доказательства реальности существования интерактивного механизма взаимодействия между центрами захвата носителей заряда различной термической глубины, влияющего на весь комплекс люминесцентных свойств (ТЛ, ОСЛ, ФТТЛ, РЛ) кристаллов анион-дефектного корунда.

2. Установлена неэлементарность пика ТЛ около 700 К. Показано, что ТЛ около 700 К обусловлена двумя электронными ловушками, имеющими разные параметры тушения и отличающиеся механизмом взаимодействия с термически более глубокими ловушками.

3. Впервые разработана методика и произведена реконструкция экспериментальных кривых термовысвечивания в области 700 и 900 К, испытывающих термическое тушение, в результате которой получены кривые ТЛ, не подверженные термическому тушению, а также определены их действительные кинетические параметры.

4. Впервые показана возможность фото-термостимулированного преобразования простых одиночных Р - центров в сложные центры Р2 - типа в разных зарядовых состояниях и их влияние на спектральный состав РЛ, основного пика ТЛ при 450 К и высокотемпературных пиков ТЛ при 700 и 900 К, предложены модели механизмов трансформации центров.

5. Приведены косвенные экспериментальные доказательства существования в кристаллах анион-дефектного корунда глубокой ловушки около 1073-1123 К, оказывающей влияние на ТЛ вблизи 700 К.

6. В кристаллах анион-дефектного корунда, облученных рентгеновским излучением при температурах выше 500 К обнаружен новый центр захвата носителей заряда вблизи 823 К, имеющий, предположительно, дырочную природу.

Защищаемые положения

1. Наибольшее влияние на люминесценцию кристаллов анион-дефектного корунда в основном пике оказывает степень заполнения ловушек, ответственных за пик TJI вблизи 700 К. Пик TJI при 700 К обусловлен двумя электронными ловушками, имеющими разные параметры тушения и отличающиеся механизмами взаимодействия с более глубокими ловушками, которые эффективно опустошаются вблизи 900 и 1100 К.

2. Пики TJI при 700 и 900 К испытывают тушение, их выход люминесценции снижается с ростом скорости нагрева при считывании.

3. Изменение формы и спектра пика ТЛ при 700 К после УФ-облучения в интервале температур 823-900 К связано с появлением нового дефектного образования, излучающего в области 500 нм

4. В интервале температур облучения УФ 323-673 К наблюдается конверсия центров люминесценции F —» F+, а в диапазоне 673-898 К преобладает конверсия вида F+ —»F с последующим образованием F2 (F2+, F22+) - центров. При термооптической обработке в интервале температур 323-673 К полоса свечения F+ - центров в спектре TJI становится доминирующей, в результате наблюдается рост интегральной чувствительности в основном пике в 5-30 раз.

5. Термооптическая обработка приводит к заполнению носителями заряда глубоких уровней захвата, активирует образование новых центров люминесценции и таким образом позволяет целенаправленно изменять интенсивность и спектральный состав TJI, OCJI, ФТТЛ и РЛ кристаллов анион-дефектного корунда.

Практическая значимость работы

Изученные особенности люминесценции, связанные с механизмом интерактивного взаимодействия центров захвата носителей заряда различной энергетической глубины в кристаллов анион-дефектного корунда, положены в основу разработки ряда принципиально новых применений стандартных ТЛ-ОСЛ детекторов ядерных излучений ТЛД-500К. В частности, на основе комплекса экспериментальных результатов по исследованию люминесцентных свойств анион-дефектных монокристаллов а-А1203 получены патенты РФ на:

1. Способ измерения дозы в твердотельных детекторах ионизирующих излучений на основе оксида алюминия, накопленной при повышенной температуре окружающей среды. Основой способа является изученная в работе зависимость выхода ОСЛ от состояния заселенности глубоких ловушек. С его помощью возможно измерение доз, накопленных при температуре окружающей среды выше 530 К.

2. Способ возбуждения дозиметрического сигнала оптически стимулированной люминесценции детекторов ионизирующих излучений на основе оксида алюминия. В основу способа положены результаты изучения спектров оптического опустошения основной ловушки и параметров ОСЛ. Положительными эффектами являются: сокращение времени считывания, повышение чувствительности, точности, надежности и достоверности измерений

доз, а также эффективное опустошение дозиметрических ловушек в детекторах ТЛД-500К перед их применением в TJI-дозиметрии, заменяющее термообработку детекторов.

3. Способ измерения дозиметрического термолюминесцентного сигнала, накопленного в твердотельном детекторе ионизирующих излучений на основе оксида алюминия. Изобретение относится к способам измерения дозы, накопленной в твердотельных термолюминесцентных детекторах ионизирующих излучений на основе кристаллов и нанокерамики оксида алюминия, и может быть использовано для повышения надежности, точности и достоверности метода, проводимых с его помощью измерений. Основной результат -устранение зависимости выхода термолюминесцентных твердотельных термолюминесцентных детекторов ионизирующих излучений на основе кристаллов и нанокерамики оксида алюминия от скорости нагрева детекторов при считывании.

Кроме того, в ходе выполнения работы были разработаны:

1. Способ получения длительного послесвечения люминофоров оптических излучателей. Изобретение относится к способу получения люминесцентных излучателей оптических фотонов видимого и инфракрасного диапазона длин волн, основанных на длительном послесвечении люминофоров, после прекращения их возбуждения ионизирующим излучением. Основной результат -расширение функциональных возможностей контроля фотоприемных устройств, повышение уровня радиационной и экологической безопасности.

2. Способ определения распределения плотности потока электронов по его сечению. Изобретение относится к способам измерения параметров направленного излучения, включая измерение таких характеристик потоков заряженных частиц, как их пространственное распределение по плотности и дозам с помощью люминесцентных детекторов ионизирующих излучений. Результат - расширение возможностей исследований, создания и контроля ускорительной техники, изделий сильноточной электроники.

Личный вклад автора

Все результаты работы, вынесенные на защиту и приведенные в разделе «научная новизна», получены лично автором, а также в сотрудничестве с коллегами по кафедрам "Экспериментальная физика" и "Физические методы и приборы контроля качества" Физико-технологического института УрФУ и Института промышленной экологии УрО РАН. Участие в работе каждого сотрудника отражено в совместных публикациях по теме диссертации.

Апробация работы

Материалы диссертации представлены на 7 конференциях: на Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых ВНКСФ-14 (Уфа, 2008); на международной конференции по радиационной физике SCORP-2008 (Каракол, Киргизия, 2008); 7th European Conférence on Luminescent detectors and transformers of Ionizing Radiation "LUMDETR 2009"

(Krakyw, Poland, 2009); на 14* International Conference on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials (Астана, Казахстан, 2009); на международной конференции по радационной физике, новым материалам и информационным технологиям SCORPh-2010 (Каракол, Киргизия, 2010); на 8-й международной конференции «Ядерная и радиационная физика» (г. Алматы, Казахстан, 2011); на 3* International congress on radiation physics, high current electronics, and modification of materials (Томск, 2012).

Публикации

Результаты исследований изложены в 23 публикациях, в том числе, в 4 статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК, в 6 статьях в различных сборниках и материалах конференций, в 8 тезисах докладов на международных и российских конференциях и в 5 патентах РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. С учетом 24 таблиц, 50 рисунков и библиографического списка из 100 наименований, общий объем диссертации составляет 137 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследований, сформулирована цель работы, отражены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, представлены защищаемые положения.

В первой главе проанализированы литературные данные о структуре монокристаллов анион-дефектного корунда. Приводятся сведения о люминесцентных свойствах исследуемых кристаллов. Обобщаются данные по методам создания дефектов в кристаллической решетке широкозонных оксидов. Анализируется современное состояние в описании центров люминесценции, кинетики TJI и глубоких ловушек анион-дефектного корунда. Рассмотрены работы по температурному тушению и реконструкции TJI пиков. Отмечается неполность и противоречивость сведений о присутствии сложных центров F2 -типа и их влиянии на люминесцентные свойства кристаллов анион-дефектного корунда. Обращается также внимание на неясность целого ряда принципиальных вопросов, касающихся взаимодействия основной и глубоких ловушек.

На основе проведенного обзора и анализа литературных данных в конце главы формулируются основные задачи исследования, указанные в общей характеристике работы.

Во второй главе приведено описание модернизированного измерительного комплекса, обеспечивающего выполнение поставленных задач исследования термо- и оптически стимулированных процессов в твердых телах.

Описаны экспериментальные методики измерения ТЛ, ОСЛ, ФТТЛ, спектров затухания ТЛ, спектров оптического поглощения, спектров фото- и рентгенолюминесценции. Обоснованы методики заполнения глубоких ловушек и выполнения изохронного отжига.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований влияния заселенности глубоких ловушек, ответственных за ТЛ при температурах выше 450 К в изучаемых образцах, на чувствительность к излучению в основном пике ТЛ при 450 К, ОСЛ и ФТТЛ. Заполнение глубоких ловушек осуществлялось двумя способами. В первом производилось многократное облучение образцов при комнатной температуре тестовой дозой бета- излучения 908г/90У - источника и считывание ТЛ в основном пике после каждого из 350 циклов «облучение-нагрев». По данным проведенных измерений, обнаружен плавный рост зависимости выхода ТЛ в основном пике от числа циклов «облучение — нагрев», превышающий исходное значение более чем в два раза. Факт заполнения глубоких ловушек по окончании 350 циклов «облучение-нагрев» был подтвержден последующим измерением ТЛ в диапазоне 500-950 К. На кривой термовысвечивания, в этом случае, наблюдались пики ТЛ при 573, 673, 773 и 873 К.

Во втором способе заполнения глубоких ловушек, исследуемые образцы облучались УФ-излучением при температуре 573 К. Принципиальным отличием этого способа являлось то, что носителями заряда заполнялись только электронные ловушки, источником электронов для которых являлся процесс фотоионизации Б - центров, при повышенной температуре. Заполнение глубоких ловушек по этому способу приводило к появлению высокотемпературной ТЛ при 700, 778 и 900 К. Исследование основного пика ТЛ, возбужденного тестовой дозой бета источника, до и после облучения образцов УФ-излучением при 573 К показало, что чувствительность возросла в 5-15 раз. Подобным образом в этих условиях изменялся и выход ОСЛ. Для доказательства того, что наблюдаемая «приобретенная чувствительность» как в ТЛ, так и в ОСЛ, прямо связана с заполнением глубоких электронных ловушек, приводятся результаты ступенчатого отжига образцов с контролем чувствительности основного пика ТЛ при 450 К и выходу ОСЛ на каждой стадии отжига. Динамика возврата «приобретенной чувствительности» ТЛ и ОСЛ к исходным значениям в зависимости от температуры отжига, то есть по мере опустошения глубоких ловушек, приведена на рис. 1.

На рис. 1 также приведены и сами высокотемпературные кривые термовысвечивания. Максимальный темп снижения «приобретенной чувствительности» к исходному значению наблюдается в температурном диапазоне 720-770 К.

Связь между ловушками, ответственными за пик ТЛ при 450 и 700 К подтверждается и данными ФТТЛ. Опустошение предварительно заполненных ловушек, обеспечивающих пик ТЛ при 700 К, может происходить не только при воздействии температуры, но и при освещении светом с длиной волны 470 нм

при комнатной температуре. Освобожденные в зону проводимости электроны при этом будут захватываться пустыми ловушками, обеспечивающими пик ТЛ при 450 К. Как показали проведенные исследования, под воздействием света происходит уменьшение интенсивности пика ТЛ при 700 К с одновременным

- 36

700

750

800

850

900

950

Температура, К

Рис. 1. Изохронный отжиг образцов анион-дефектного а-А1203 с контролем «приобретенной чувствительности» по ТЛ в основном пике и ОСЛ.

появлением пика ТЛ при 450 К. Кроме того, наблюдается смещение, сниженного после оптической стимуляции пика ТЛ при 700 К, в сторону более высоких температур. Этот факт может означать, что пик при 700 К обусловлен не одной (дискретной) ловушкой, а распределением ловушек и тогда, в первую очередь, наиболее интенсивно опустошаются ловушки с наименьшей энергией активации.

Качественно иные закономерности в изменениях чувствительности основного пика и высокотемпературной ТЛ наблюдались после облучения образцов рентгеновским излучением при 573 К. В этом случае чувствительность основного пика увеличивалась только в 3-5 раз, на кривой термовысвечивания появлялся новый пик при 823 К, отсутствующий при возбуждении образцов УФ -излучением, а пик ТЛ при 700 К отсутствует (рис. 2).

Результаты ступенчатого отжига «приобретенной чувствительности» в основном пике показали существенные отличия от аналогичной зависимости, полученной после высокотемпературных облучений исследуемых образцов УФ -излучением. Плавное падение «приобретенной чувствительности» в области пика ТЛ, возбужденного рентгеновским излучением при 573 К, сменяется локальным подъемом и последующим снижением до исходной величины с ростом температуры. Такой характер снижения «приобретенной чувствительности» в основном пике, предположительно, объясняется опустошением непрерывно распределенных по термической глубине электронных ловушек вне температурного диапазона локализации пика ТЛ при

650 700 750 800 850 900 950 Температура, К

Рис. 2. Изохронный отжиг образцов анион-дефектного а-А1203 с контролем «приобретенной чувствительности» ТЛ (1) и кривая термовысвечивания анион-дефектных образцов а-АЬОз (2) после высокотемпературного облучения рентгеновским излучением. Скорость нагрева 2 К/с.

823 К. Сделано предположение, что повышение чувствительности основного пика при 450 К, в температурном диапазоне опустошения ловушки при 823 К, связано с ее дырочной природой. Дополнительным аргументом в пользу такого утверждения являлось то, что у образцов, облученных УФ-излучением в тех же условиях, ТЛ при 823 К не наблюдалась. В заполненном состоянии такая ловушка являлась центром электронно-дырочной рекомбинации, конкурируя с пустыми электронными ловушками в захвате носителей при облучении и освобожденных при 450 К, снижая чувствительность основного пика. В этом случае, в интервале температур опустошения ловушки при 823 К должен наблюдаться локальный рост «приобретенной чувствительности» в основном пике. В спектре ТЛ при 823 К присутствовала характерная для кристаллов анион-дефектного корунда полоса свечения Р+-центров с максимумом при 330 нм. Поэтому, сделано предположение, что происхождение ТЛ при 823 К обусловлено захватом дырки Б - центром с преобразованием его в - центр и релаксации из возбужденного состояния с люминесценцией в полосе 330 нм.

По результатам комплексного исследования ТЛ, ОСЛ и ФТТЛ, сделан вывод о наличии интерактивной связи (конкурирующего захвата носителей) между ловушкой ответственной за основной пик ТЛ, ловушкой вблизи 700 К и ловушкой около 823 К. Заполнение глубоких ловушек снижает вероятность последующего захвата носителей заряда, соответственно, увеличивается число носителей заряда, рекомбинирующих на центре люминесценции, что приводит к увеличению выхода люминесценции исследуемых образцов. При опустошении глубоких ловушек происходит восстановление приобретенной чувствительности.

Вместе с тем, обнаружено, что ловушки, ответственные за пик ТЛ около 700 К, конкурирующие с основной и влияющие на чувствительность анион-дефектного корунда в основном пике, также подвержены конкурентному влиянию со стороны термически более глубоких ловушек.

После многократных циклов облучения УФ в диапазоне температур 823573 К происходит увеличение выхода ТЛ и изменяется форма кривой свечения вблизи 700 К (рис. 3). Заполнение электронных ловушек выше 823 К приводило к снижению выхода люминесценции в высокотемпературной части пика ТЛ и росту низкотемпературной компоненты. Это обстоятельство подтверждено

600 625 650 675 700 725 750 775

Температура, К

Рис. 3. Кривые термовысвечивания образцов анион-дефектного а-А1203 после облучения УФ при многократных циклах «облучение -нагрев». Облучение УФ производилось при 823 К в течение 1 минуты с последующим охлаждением до 573 К. 1 - исходный, 2 -после 2 циклов, 3 - после 5 циклов, 4 - после 10 циклов. Скорость нагрева 2 К/с.

измерениями ТЛ вблизи 700 К при многократных циклах «облучение — нагрев». С увеличением степени заполнения ловушек- выше 823 К происходил рост интенсивности пика TJI около 700 К и наблюдалось смещение максимума пика, при этом форма кривых свечения свидетельствовала об исчезновении высокотемпературной части пика ТЛ после 5-6 циклов.

Проведенный ступенчатый отжиг пика TJI около 700 К показал, что в диапазоне температур 950-1050 К рост интенсивности TJI прекращался, а чувствительность стабилизировалась на уровне в 3-3,5 раза выше исходной (рис. 4). При дальнейшем нагреве, интенсивность TJI около 700 К возвращалась к первоначальному значению. Сложное поведение кривых свечения вблизи 700 К объяснено предположением о существовании ловушки около 1100 К, конкурирующей с ловушками ответственными за пик TJI около 700 К.

4,0 т

В четвертой главе приводятся результаты определения кинетических параметров ТЛ кристаллов анион-дефектного корунда около 700 и 900 К. Исследованы образцы, глубокие ловушки в которых были предварительно переведены в два сильно различающихся состояния: ловушка, ответственная за ТЛ при 700 К заполнена УФ-облучением при 573 К, термически более глубокие при этом оставались пустыми; глубокие ловушки заполнялись УФ-облучением при температуре образцов 823 К. Основное внимание уделялось ТЛ около 700 К, поскольку, как было показано в предыдущей главе, заполнение этой ловушки электронами, оказывало наибольшее влияние на выход ТЛ в основном пике, чувствительность ОСЛ и ФТТЛ. Опустошение глубоких ловушек производилось отжигом образцов при 1170 К.

850 900 950 1000 1050 1100 1150

Температура, К Рис. 4. Изохронный отжиг образцов анион-дефектного а-А1203 с контролем «приобретенной чувствительности» пика ТЛ при 700 К.

Базовые сведения для определения кинетических параметров кривых ТЛ получены по данным зависимости выхода ТЛ в пике около 700 К от скорости нагрева при пустых термически более глубоких ловушках.

Наблюдаемое смещение температуры максимума пика ТЛ в сторону более высоких температур и рост его величины с увеличением скорости нагрева, качественно соответствовали закономерностям формальной кинетики. Однако падение светосуммы с ростом скорости нагрева свидетельствовало о процессе температурного тушения люминесценции, оцениваемого коэффициентом термического тушения или эффективностью люминесценции ц(Т). По аналогии с уравнением, описывающим тушение люминесценции в основном пике при 450 К, предполагалось, что аналитическое выражение для коэффициента температурного тушения и более высокотемпературных пиков имеет такой же вид:

где Ж (эВ) — энергия активации температурного тушения, интерпретируемая как энергетический барьер, который должен быть преодолен электроном в возбужденном состоянии, чтобы совершить безызлучательный переход в основное состояние или быть захваченным на термически более глубокий уровень; С — безразмерный множитель; к=8,61(Г5 эВ/К — постоянная Больцмана; Т— абсолютная температура.

Интенсивность кривых ТЛ, испытывающих тушение, описывается эмпирическим уравнением вида:

где г](Т) — температурно-зависимая люминесцентная эффективность в соответствии с уравнением (1), /ц„? - реальная интенсивность ТЛ, не испытавшая тушение. В соответствии с уравнением (2), 1тчнаходят из уравнения:

На рис. 5 приведен общий вид экспериментальной (испытывающей тушение, кривая 1) и реконструированной кривой ТЛ около 700 К (кривая 2), для случая пустых глубоких ловушек.

По реконструированной кривой ТЛ возможно определить реальные значения энергии активации Е и частотного фактора л. Рассчитанные значения Ж, С, Е и $ с помощью стандартного уравнения для ТЛ первого порядка кинетики (4) использованы для построения кривой ТЛ.

1ч=1,тд -П(Т),

С2)

1„пЯ= 1ч/п(Т),

(3)

1(Т) =

где по — концентрация электронов в ловушке, ЛТ= g■fl - поправка на разность температур между образцом и нагревателем, [1 (К/с) - скорость нагрева.

Сравнение рассчитанной кривой с экспериментально полученной, показало хорошее совпадение их высокотемпературных частей и существенные отличия в низкотемпературной области.

Последнее обстоятельство явилось основанием предполагать неэлементарность экспериментальной кривой свечения с пиком около 700 К и рассматривать его как состоящим из суммы двух пиков, обеспечивающих его низкотемпературную и высокотемпературную составляющие с разными коэффициентами тушения.

Коррекция параметров тушения высокотемпературной составляющей пика и подбор параметров тушения низкотемпературной компоненты позволили определить значения: \У1пика = 0,8 эВ и С1пика = 1,6-107, 1У2тка= 1,7 эВ и С2т1ка= 1,3-Ю12. Основные кинетические параметры низкотемпературной компоненты пика ТЛ около 700 К составили: Е = 2,02 эВ, 5 = 1,15-10'4 с1, 1¥=0,8 эВ, а высокотемпературной: Е=2,13 эВ, 5 = 1,15- 10й с1¥= 1,7 эВ. Сравнение расчетной и экспериментальной кривых свечения около 700 К показывает, что максимальная степень их несоответствия при изменении скорости нагрева от 0,5 до 3 К/с с шагом 0,5 К/с не превышает 10,2 %.

Реконструированные параметры ловушек, ответственных за ТЛ при 700 К, определенные для образцов с пустыми глубокими ловушками использованы для моделирования кривых ТЛ с заполненными глубокими ловушками. В качестве критерия точности моделирования полагалось условие, чтобы при изменении скорости нагрева в исследуемом диапазоне, результаты моделирования отличались от экспериментальных кривых ТЛ не более, чем на 10 %. Таким образом, установлено, что ТЛ около 700 К обусловлена двумя электронными ловушками с реальной термической глубиной Е=2,02 и 2,13 эВ, имеющими разные параметры тушения IV, соответственно 0,8 и 1,7 эВ, и отличающиеся механизмом взаимодействия с термически более глубокими ловушками.

Сравнение параметров кривых термовысвечивания с максимумом около 700 К образцов с пустыми и заполненными глубокими ловушками, показало, что заполнение глубоких ловушек приводило не к росту выхода ТЛ в пике при 700 К, а, напротив, к его снижению. Этот результат был прямо противоположен наблюдаемому росту выхода ТЛ в основном пике при заполнении ловушек, ответственных за пик при 700 К.

Температура, К Рис. 5. Кривые ТЛ около 700 К: экспериментальная (1) и реконструированная (2) для скорости нагрева 2 К/с.

Обнаружено, что при последовательном возбуждении образцов УФ излучением при температурах 823 и 573 К наблюдается пик при 900 К. Исследования этого пика методом вариации скоростей нагрева при считывании ТЛ установили падение выхода ТЛ с ростом скорости нагрева и второй порядок кинетики процесса. Реконструкция пика и последующий расчет по алгоритму, разработанному для анализа пика при 700 К, позволили определить реальную термическую глубину ловушки, ответственной за ТЛ около 900 К, равную 3,2 эВ и энергию активации тушения Ж=2,5 эВ. При данных параметрах моделирование пика при 900 К, несоответствие расчетных и экспериментальных результатов не превышало 8,4 %. Падение выхода ТЛ в пике при 900 К предполагает присутствие термически еще более глубоких ловушек.

Достоверность результатов расчета истинных параметров ловушек, ответственных за ТЛ при 700 и 900 К путем реконструкции экспериментальных кривых подтверждена применением используемого алгоритма реконструкции и последующего анализа для определения истинных параметров ловушек, ответственных за основной пик ТЛ при 450 К, известных из литературы. Полученные в работе кинетические параметры пика при 450 К, ¡¥=1,080 эВ, Е=1,35 эВ хорошо совпадают с имеющимися в литературе: \¥== 1,085 эВ, Е = 1,44 эВ (для смешанного порядка кинетики, равного 0,25). Для скоростей 1-8 К/с экспериментальные кривые ТЛ при 450 К отличались от рассчитанных не более чем на 9,1 %.

На рисунке 6 приведены экспериментальные кривые термовысвечивания образцов анион-дефектного корунда с пустыми и заполненными глубокими ловушками и их разложение на низкотемпературную и высокотемпературную компоненты.

Рис. 6. Экспериментальные кривые ТЛ около 700К (1), низко- и высокотемпературные компоненты пика (2 и 3) и их сумма (4) при скорости нагрева 2 К/с. а) - с пустыми глубокими ловушками, Ь) - с заполненными глубокими ловушками.

В таблице 1 приведены значения кинетических параметров экспериментальных и реконструированных пиков ТЛ около 450, 700 и 900 К.

1,0-i

570 600 630 660 690 720 750 780

Температура, К а

540 570 600 630 660 690 720 750

Температура, К b

Таблица 1 - Экспериментальные и реконструированные значения параметров кривых свечения и ловушек, ответственных за пики ТЛ, анион-дефектного корунда при скорости нагрева 2 К/сек__

Экспериментальный пик Реконструированный пик

Гпубокие ловушки опустошены Тт,К Уд Е, эВ в, с' С IЫ, эВ Е, эВ в, с"'

443 0,43 0,98 1,7-1010 449 2,2-10'2 1,08 1,35 2,2-10и

713 0,40 1,25 4,2-Ю7 688 1,6-107 0,8 2,02 1,15-10й

720 1,3-10" 1,7 2,13 1,15-10и

Гпубокие ловушки заполнены 663 0,83 - - 679 1,6-107 0,8 2,02 1,85-10'4

720 1,3-1012 1,7 2,13 1,15-10й

870 0,48 3,1 3-10" 869 3,3-10и 2,5 3,2 5,6-10"

* - Значение температуры максимума реконструированного ТЛ пика приведены с учетом поправки АТ=

В пятой главе приводятся результаты измерений спектра ТЛ и РЛ для основного пика и пика около 700 К, спектры ОП и ФЛ образца анион-дефектного корунда подвергнутого термооптической обработке.

В результате измерения ТЛ в полосах свечения Б - и Р+ - центров основного пика при 450 К в циклах возбуждение УФ-излучением при комнатной температуре - считывание происходит падение выхода ТЛ в полосе Р - центров (420 нм) и его рост в полосе люминесценции Р+-центров (330 нм). Доминирующей при этом остается полоса свечения Р - центров.

Возбуждение образцов УФ-излучением при 573 К приводит к существенному перераспределению спектрального состава ТЛ в основном пике. В спектре свечения появляется полоса свечения Р+ - центров, которая за 1-5 минут возбуждения становится доминирующей.

Облучение образцов при 823 К приводит к появлению в спектре ТЛ основного пика новой полосы при 500 нм и новому перераспределению полос свечения Р - и Р+ - центров, доминирующей вновь становится полоса люминесценции Р - центров (рис. 7а, кривые 2-4).

В случае возбуждения образцов при 973 К в спектре ТЛ основного пика также присутствуют три полосы. Доминирующим остается свечение в полосе 420 нм, а интенсивности полос при 330 и 500 нм значительно снижаются, по сравнению с возбуждением при 823 К.

Спектр пика ТЛ около 700 К имеет единственную полосу 330 нм. При последовательном облучении УФ при 823 и 573 К, т.е. при заполнении ловушек, термическая глубина которых выше 823 К, в спектре пика ТЛ около 700 К появляется полоса 500 нм (рис 7Ь, кривая 2).

а ь

Рис. 7. Спектры ТЛ в основном пике при 450 К (а) и пике при 700 К (Ь) образцов анион-дефектного а-А1203.

a) Время облучения УФ излучением при температуре 823 К: 1 - 0 мин, исходный; 2 - 1 мин; 3-5 мин; 4-15 мин.

b) 1 - исходный, после нагрева до 1170 К в темноте; 2 - после облучения УФ излучением последовательно при 823 и 573К

Динамика преобразования центров, ответственных за спектральный состав ТЛ в основном пике, изучена после возбуждении образцов УФ-излучением в температурном интервале 323-1173 К с шагом около 50 К (рис. 8).

Рис. 8. Спектры ТЛ в основном пике образцов анион-дефектного а-А1203 в зависимости от температуры предварительного облучения УФ-излучением; 1 - интенсивность свечения в полосе 330 нм; 2 - 420 нм; 3 - 500 нм. Тонкими линиями показаны кривые ТЛ при 450 700 и 900 К.

В интервале термооптической обработки 323-673 К обнаружен рост интенсивности полосы 330 нм (кривая 1) и синхронное с ним падение интенсивности свечения в полосе 420 нм (кривая 2). В температурном интервале 673-898 К интенсивность люминесценции в полосе 330 нм, пройдя максимальное значение снижается почти до исходного уровня, в то время как интенсивность в полосе 420 нм синхронно возрастает, превышая исходный уровень, и появляется полоса 500 нм (кривая 3). В диапазоне термической обработки 898-1173 К интенсивность всех трех полос падает до исходных уровней при 323 К.

Сходный с обнаруженной закономерностью динамикой преобразования центров в ТЛ основного пика установлен по данным РЛ. В исходном состоянии или после нагрева образцов до 573 К, без УФ-облучения, в спектре ТЛ доминирует полоса свечения Р - центров (420 нм), интенсивность свечения Р+ -центров при этом мала. Термооптическая обработка образцов при 573 К приводит к перераспределению интенсивностей свечения в полосах Б - и Р+ -центров. Интенсивность свечения в полосе Р+ - центров существенно возрастает и становится соизмеримой с интенсивностью свечения Р - центров. Кроме того, в спектре РЛ обнаружено свечение в новой полосе около 280 нм. При термооптической обработке при 823 К доминирующей вновь становится полоса свечения 420 нм и появляется полоса 500 нм. Облучение при 973 К приводило к снижению выхода РЛ во всех трех полосах, особенно в полосе 330 нм.

В спектрах оптического поглощения образцов после термооптической обработки обнаружены полосы поглощения при 205, 230, 260, 300 и 355 нм. Три первые из них хорошо известны и принадлежат Б - и Р+ - центрам. Полоса поглощения при 300 нм приписана - центрам (кислородная дивакансия с четырьмя электронами), а полоса 355 нм - Р2+-центрам (кислородная дивакансия с тремя электронами), таблица 2.

Таблица 2. - Идентификация центров люминесценции анион-дефектного корунда

Пик поглощения, нм (eV) Пик люминесценции, HM (eV) Символ центра

330 (3,8) 420 (3,0) 440 (2,8) 500 (2,4) 550 (2,2)

205 (6,0) + F

230; 260 (5,4; 4,8) + Ґ

300(4,1) + f2

355(3,5) + F2

285(4,3) + + Fr

Дополнительные подтверждения образования сложных F2 - центров в результате термооптической обработки кристаллов анион-дефектного корунда при 900 К получены по данным спектров возбуждения фотолюминесценции в полосе 500 нм, в которых присутствуют полоса поглощения 300 нм (рис 9а).

Измеренные спектры возбуждения фотолюминесценции в полосах 440 и 550 нм соответствуют поглощению в полосах 285 и 355 нм и свидетельствуют о

присутствии в образцах анион-дефектного корунда Р22+ - центров, индуцированных термооптической обработкой при температуре около 900 К (рис. 9Ь и 9с).

При обсуждении моделей механизмов Р+ —► Р - конверсии предпочтение отдано туннелированиго электронов из валентной зоны на свободный уровень возбужденного (Р+)* - центра с образованием Р - центра в основном состоянии, способного образовывать агрегатный Р2 - центр.

240 270 300 330

Длина волны,нм а

220 240 260 280 300 320 340 360 Длина волны,нм b

Рис. 9. Спектры возбухедения фотолюминесценции в полосах 500 (а), 440 (Ь) и 550 нм (с) образцов анион-дефектного а-А1203, облученных УФ-излучением при 900 К. 1 - экспериментальные данные; 2 -полосы гауссовой формы, суммой которых аппроксимируются экспериментальные кривые.

240 260 280 300 320 340 360 380 400 Длина волны, нм с

Высказано предположение, что альтернативным туннелированию из валентной зоны источником электронов, необходимых для Р+ —* Р - конверсии, может являться ионизация Р+ - центра с образованием свободного электрона и кислородной вакансии, потерявшей оба электрона, Р2+ - центра.

По данным комплексных исследований ТЛ, РЛ, ОП предложены модели образования Р2 - центров в разных зарядовых состояниях (Р2+ и Р22+), связанные с последовательным Р —» Р+ —> Р —> Р2 - преобразованием. Физической основой преобразования являются ионизация электронных центров под действием УФ-излучения, усиленная температурой, и возрастающая диффузионная подвижность дефектов в процессе нагрева кристаллов от 323 до 973 К.

Выявлено сходство в деталях стимулированного температурой образования сложных центров Р2 - типа в кристаллах а-А1203 с радиационными

дефектами и в анион-дефектных кристаллах а-А1203, облученных УФ-излучением при температурах 323-1173 К. Основной причиной наблюдаемых аналогий является высокая концентрация исходно созданных изолированных Р -и Р+ - центров и их диффузионная подвижность в исследуемом диапазоне температур.

Основные результаты и выводы по диссертационной работе

Проведенные систематические исследования люминесценции кристаллов анион-дефектного корунда в интервале температур 300-900 К и анализ полученных результатов позволяют сделать следующие выводы:

1. Установлено, что повышение чувствительности кристаллов анион-дефектного корунда к излучению в основном пике зависит от числа циклов «облучение при комнатной температуре - нагрев». При этом происходит накопление электронов, освободившимися при считывании ТЛ в основном пике, в электронных ловушках, ответственных за высокотемпературные пики ТЛ.

2. Проведено исследование альтернативного способа заполнения глубоких ловушек, в соответствии с которым, облучение исследуемых кристаллов производится при температурах 573 и 823 К УФ-излучением. Интерактивный характер связи ловушек, ответственных за основной пик ТЛ и ОСЛ, с термически более глубокими электронными ловушками аргументирован данными ступенчатого отжига образцов с контролем «приобретенной» ТЛ- и ОСЛ - чувствительности. По мере термического опустошения глубоких ловушек «приобретенная» ТЛ- и ОСЛ- чувствительность возвращается к исходным значениям.

3. При облучении исследуемых образцов рентгеновским излучением при 573 К обнаружен новый пик ТЛ около 823 К, не наблюдающийся при возбуждении образцов в этих же условиях УФ-излучением. Чувствительность основного пика при этом увеличилась только в 3-5 раз, а на кривой ступенчатого отжига «приобретенной» чувствительности на фоне падения имеется локальный максимум, по температурному положению совпадающий с температурным диапазоном локализации пика ТЛ при 823 К. По совокупности признаков ловушка, ответственная за ТЛ около 823 К, предварительно классифицирована как дырочная по своей природе.

4. Обнаружено, что на ТЛ в районе 700 К существенно влияет состояние заселенности ловушек, термическая глубина которых превышает 823 К. Заполнение последних приводит к деформации формы пика при 700 К, указывая на его сложное строение, состоящее из двух компонент, обусловленных двумя типами ловушек и обеспечивающими его низкотемпературную и высокотемпературную составляющие. Соотношение выхода ТЛ между компонентами пика при 700 К изменяется при заполнении более глубоких ловушек, его низкотемпературная компонента увеличивается по мере заполнения глубоких ловушек, в то время как высокотемпературная падает. Изохронный отжиг образцов с контролем «приобретенной» чувствительности в пике при 700 К при заполненных более глубоких ловушках показывает, что в интервале

отжига 823-973 К выход TJI увеличивается, затем стабилизируется при 9731073 К, после чего начинает снижаться, возвращаясь к исходному значению при 1073-1123 К, что позволяет предполагать о существовании глубокой электронной ловушки около 1100 К, связанной с низкотемпературной компонентой пика при 700 К.

5. Изучены особенности TJI около 700 К кристаллов анион-дефектного корунда с пустыми термически более глубокими ловушками в зависимости от скорости нагрева при считывании. Обнаружено падение выхода TJI с ростом скорости нагрева, которое связывается с эффектом температурного тушения люминесценции. Разработан алгоритм реконструкции кривых TJI, который включает следующие основные этапы: аналитическое описание зависимости положения температуры максимума TJI от скорости нагрева; определение скорости нагрева, при которой эффект температурного тушения пренебрежимо мал; аналитическое описание реальной зависимости выхода TJI от скорости нагрева и определение с ее помощью параметров тушения: энергии активации W, безразмерного множителя С и коэффициента температурного тушения t](T). Реальная кривая TJI, не испытывающая тушения Iq(T), получена из соотношения Iimq(T) = Iq(T) / t](T), где Iq(T) - экспериментально полученная кривая TJI. Показано, что экспериментальная кривая свечения с пиком около 700 К представляет собой сумму двух пиков с параметрами: WlmKa = 0,8 эВ и С1тт = 1,6107, W2miKa=l,7 эВ и С2пика= 1,3-10'2, Е1пиш = 2,02 эВ и з,„иы =1,15-10ы с', Е2тка =2,13 эВ и s2m,Ka = 1,1510 4 с'. Указанные значения подтверждены при моделировании кривых TJI с заполненными глубокими ловушками

6. Обнаружено, что при последовательном возбуждении образцов УФ-излучением при температурах 823 и 573 К наблюдается пик при 900 К. Реконструкция пика и последующий расчет по алгоритму, разработанному для анализа пика при 700 К, позволили определить реальную термическую глубину ловушки, ответственной за TJI около 900 К, равную 3,2 эВ и энергию активации тушения IV= 2,5 эВ. Достоверность результатов расчета истинных параметров ловушек, ответственных за TJI при 700 и 900 К путем реконструкции экспериментальных кривых подтверждена применением используемого алгоритма реконструкции и последующего анализа для определения восстановленных параметров ловушек, ответственных за основной пик ТЛ при 450 К известных из литературы.

7. Возбуждение образцов УФ-излучением при 573 К приводит к существенному перераспределению спектрального состава TJI в основном пике. В спектре свечения появляется полоса свечения F+ - центров, которая за 1-5 минут возбуждения становится доминирующей. Дополнительное возбуждение образцов при 823 К приводит к появлению в спектре TJI основного пика новой полосы при 500 нм и перераспределению полос свечения F - и F+ - центров, доминирующей становится полоса люминесценции F - центров. Возбуждение образцов при 973 К вновь видоизменяет спектр ТЛ в основном пике. Доминирующим становится свечение в полосе 420 нм, а интенсивности полос

при 330 и 500 им значительно снижаются, по сравнению с возбуждением при 823 К.

8. Динамика преобразования центров, ответственных за спектральный состав TJI в основном пике, изучена после возбуждении образцов УФ - излучением в температурном интервале 323-1173 К с шагом около 50 К. В интервале термооптической обработки 323-673 К обнаружен рост интенсивности полосы 330 нм и синхронное с ним падение интенсивности свечения в полосе 420 нм. В температурном интервале 673-898 К интенсивность люминесценции в полосе 330 нм, пройдя максимальное значение, снижается почти до начального уровня, в то время как интенсивность в полосе 420 нм синхронно возрастает, превышая исходный уровень, и появляется полоса 500 нм. В диапазоне термической обработки 898-1173 К интенсивность TJI во всех трех полосах падает до уровней при 323 К. Схожий, с обнаруженной закономерностью динамики преобразования центров в TJI основного пика, механизм установлен по данным PJL

9. В спектрах оптического поглощения образцов после термооптической обработки обнаружены полосы поглощения при 205, 230, 260, 300 и 355 нм. Три первые из них хорошо известны и принадлежат F - и F+ - центрам. Полоса поглощения при 300 нм приписана F2 - центрам (кислородная дивакансия с четырьмя электронами), а полоса 355 нм - F2+ - центрам (кислородная дивакансия с тремя электронами). При обсуждении моделей механизмов F+ —► F - конверсии предпочтение отдано туннелированию электронов из валентной зоны на свободный уровень возбужденного (F+) - центра с образованием F -центра в основном состоянии, способного образовывать агрегатный F2 - центр.

10. На основании полученных результатов предложен и запатентован ряд разработок, направленных на расширение функциональных возможностей стандартных ТЛ детекторов ядерных излучений ТЛД-500К.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Мильман И.И., Моисейкин Е.В., Никифоров C.B., Соловьев C.B., Ревков И.Г., Литовченко E.H. Роль глубоких ловушек в люминесценции анион-дефектных кристаллов А1203:С // ФТТ, - 2008, - Т. 50, выпуск 11. - С. 19911995.

2. Соловьев C.B., Моисейкин Е.В., Литовченко E.H., Ревков И.Г., Мильман И.И. Глубокие ловушки в кристаллах А1203:С // Изв.вузов. Физика. — 2009. — №8/2.-С. 223-226.

3. Мильман И.И., Моисейкин Е.В., Соловьев C.B., Ревков И.Г., Литовченко E.H. Повышение эффективности возбуждения оптически стимулированной люминесценции дозиметрических кристаллов а-А120з:С // Изв.вузов. Физика. — 2009.-№8/2.-С. 122-125.

4. Соловьев C.B., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Термо-фотоиндуцированное преобразование центров люминесценции в анион-дефектных кристаллах alpha-А120з // ФТТ, - 2012, - Т. 54, выпуск 4, - С. 683-690.

В других изданиях

5. Соловьев C.B., Моисейкин Е.В., Литовченко E.H., Ревков И.Г. Рентгенолюминесценция а-А1203:С при высоких температурах // 14-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. Сборник тезисов, материалы конференции. — С. 147.

6. Литовченко E.H., Соловьев C.B., Ревков И.Г. Эффект оптического обесцвечивания в ТЛ кристаллах анион-дефектного корунда // 14-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. Сборник тезисов, материалы конференции. - С. 119.

7. Ревков И.Г., Соловьев C.B., Литовченко E.H. Рентгенолюминесценция кристаллов, анион-дефектных а-А1203 // 14-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых учёных. Сборник тезисов, материалы конференции. — С. 142.

8. Соловьев C.B. Спектральные особенности ТЛ в кристаллах анион-дефектного корунда А1203:С // Сборник тезисов докладов Иссык-Кульской международной летней школы по радиационной физике, новым материалам и информационных технологиям SCORPh-2008.-2008.- С. 39.

9. Milman I.I., Litovchenko E.N., Moiseykin E.V., Solovev S.V., Revkov I.G. Deep traps in a-Al203:C dosimetric crystals // 7th European Conference on Luminescent detectors and transformers of Ionizing Radiation "LUMDETR 2009", Book of abstracts, - 2009. - P. 223.

10. Соловьев C.B., Моисейкин E.B., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Термо-фотоиндуцированное преобразование F и F+ - центров в анион-дефектных кристаллах а-А1203:С // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. -Екатеринбург. УрФУ. - 2010. - Вып. 27. - С. 65-73.

11. Соловьев C.B., Моисейкин Е.В., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Термо-фотоиндуцированное преобразование спектра ТЛ в дозиметрических кристаллах а-А1203:С // Научный журнал «Физика». Материалы международной конференции по радационной физике, новым материалам и информационным технологиям SCORPh-2010. — 2010. — №1. — С. 184-190.

12. Соловьев C.B., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Термо-фотоиндуцированное преобразование центров люминесценции в анион-дефектных а-А1203:С // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. - Екатеринбург. УрФУ. — 2011. — Вып. 28.-С. 60-79.

13. Соловьев C.B., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Глубокие ловушки в люминесценции аниондефектных кристаллов а-А1203:С // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. — Екатеринбург. УрФУ. — 2011. — Вып. 28. — С. 130-146.

14. Соловьев C.B., Мильман И.И., Моисейкин Е.В., Сюрдо А.И. Термолучевая обработка твердотельного детектора ионизирующих излучений на основе оксида алюминия // Тезисы 8-й международной конференции «Ядерная и радиационная физика», — Алматы, Казахстан. - 2011. - С. 247-248.

15. Хамидулина И.С., Тесленко О.С., Соловьев C.B., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Оптически стимулированная люминесценция кристаллов SrF2:Eu //

Проблемы спектроскопии и спектрометрии. — Екатеринбург. УрФУ. — 2011. — Вып. 29.-С. 43-51.

16. Мильман И.И., Сюрдо А.И., Соловьев С.В., Абашев P.M. Новые возможности повышения выхода оптически стимулированной люминесценции аниондефектного корунда // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. — Екатеринбург. УрФУ. - 2011. - Вып. 29. - С. 63-72.

17. Soloviev S.V., Milman 1.1., Surdo A.I. Calculation of kinetic parameters high-temperature TL peaks of anion-defective corundum // 3th International congress on radiation physics, high current electronics, and modification of materials, Abstract book,-2012,-P. 138.

18. Litovchenko E.N., Soloviev S.V., Milman I.I., Moiseykin E.V., Surdo A.I. Influence of thermobeam processing on TL and OSL properties of the solid-state detector of ionizing radiation on the basis of anion-defective corundum // 3th International congress on radiation physics, high current electronics, and modification of materials, Abstract book, — 2012, — P. 127.

Патенты РФ

1. Патент на изобретение №2346296. Способ измерения дозы в твердотельных детекторах ионизирующих излучений на основе оксида алюминия, накопленной при повышенной температуре окружающей среды. /Мильман И.И., Моисейкин Е.В., Никифоров С.В., Ревков И.Г., Литовченко Е.Н., Соловьев С.В. / Заявка 16.07.2007, Опубликован 10.02.2009.

2. Патент на изобретение №2399928. Способ возбуждения дозиметрического сигнала оптически стимулированной люминесценции детекторов ионизирующих излучений на основе оксида алюминия / Мильман И.И., Кружалов А.В., Моисейкин Е.В., Ревков И.Г., Литовченко Е.Н., Соловьев С.В., Сюрдо А.И. / Заявка 23.03.2009, Опубликован 20.09.2010.

3. Патент на изобретение №2399831. Способ получения длительного послесвечения люминофоров оптических излучателей / Курмаев Э.З., Мильман И.И., Литовченко Е.Н., Соловьев С.В., Ревков И.Г., Федоренко В.В., Бунтов Е.А./ Заявка 17.03.2009, Опубликован 20.09.2010.

4. Патент на изобретение №2393505. Способ определения распределения плотности потока электронов по его сечению / Курмаев Э.З., Мильман И.И., Литовченко Е.Н., Соловьев С.В., Ревков И.Г., Федоренко В.В., Бунтов Е.А. / Заявка 28, 05.05.2009, Опубликован 27.06.2010.

5. Патент на изобретение № 2390798. Способ измерения дозиметрического термолюминесцентного сигнала, накопленного в твердотельном детекторе ионизирующих излучений на основе оксида алюминия / Курмаев Э.З., Мильман И.И., Литовченко Е.Н., Соловьев С.В., Ревков И.Г., Федоренко В.В. / Заявка 18.02.2009, Опубликован 27.05.2010.

Подписано в печать 12.10.2012. Формат А5. Бумага для множ. ап. Тираж 120 экз. Отпечатано в ОАО «Уралгипромез», 620062, г.Екатеринбург, пр. Ленина, 60а.

Введение

Список основных сокращений и обозначений

1. Люминесценция дефектов в кристаллах а-А

1.1. Дефекты и люминесценция кристаллов а-А12Оз

1.2. Радиационное окрашивание

1.3. Термохимическое окрашивание

1.4. Комбинированные методы

1.5. Центры окраски в а-А

1.6. Преобразование центров окраски в а-А

1.7. Глубокие ловушки в а-А

1.8. Кинетика TJI

1.9. Реконструкция и температурное тушение кривых TJI

1.10. Нерешенные вопросы и направление исследования

1.11. Цель работы и задачи исследования

2. Экспериментальный комплекс, объекты и методы исследования

2.1. Характеристики исследуемых образцов

2.2. Экспериментальный комплекс

2.3. Источники излучения

2.4. Методика регистрации TJI

2.5. Методика регистрации спектра термолюминесценции

2.6. Методика регистрации фототрансферной термолюминесценции

2.7. Методика регистрации оптически стимулированной люминесценции

2.8. Методика регистрации рентгенолюминесценции

2.9. Методика регистрации спектров оптического поглощения

2.10. Методика регистрации спектров фотолюминесценции

2.11. Методика заполнения глубоких ловушек

2.12. Методика выполнения изохронного отжига 46 2.13 Выводы

3. Глубокие ловушки в люминесценции анион-дефектного корунда

3.1. Влияние глубоких ловушек на основной пик ТЛ

3.2. Заполнение глубоких ловушек УФ-излучением

3.3. Влияние заполненных глубоких ловушек на ОС Л

3.4. Фототрансферная термолюминесценция

3.5. Заполнение глубоких ловушек рентгеновским излучением

3.6. Взаимодействие между глубокими ловушками

3.7. Выводы

4. Расчет кинетических параметров высокотемпературных пиков ТЛ анион-дефектного корунда

4.1. Пик ТЛ около 700 К при пустых глубоких ловушках

4.2. Пик ТЛ около 700 К при заполненных глубоких ловушках

4.3. ТЛ около 900 К

4.4. Проверка способа реконструкции кривых ТЛ на примере основного пика ТЛ

4.5. Выводы

5. Термо- фотоиндуцированное проеобразование центров люминесценции в анион-дефектных кристаллах а-А

5.1. Спектральные особенности ТЛ анион-дефектного корунда

5.2. Преобразование спектров ТЛ

5.3. Преобразование спектров РЛ

5.4. Преобразование спектров ОП и ФЛ

5.5. Обсуждение результатов

5.6. Выводы 117 Основные результаты и выводы 121 Библиографический список

Актуальность темы

Люминесценция твердых, жидких и газообразных сред, как физическое явление, является чрезвычайно востребованным во многих областях науки и техники. Современные достижения в физике конденсированного состояния, технологии выращивания кристаллов с заданными люминесцентными свойствами, методах направленного изменения этих свойств, позволили создать широкую номенклатуру материалов для практического применения их в качестве детекторов ионизирующих излучений и нейтронов. Наибольшее распространение такие детекторы получили при решении задач спектрометрии ядерных излучений в режиме реального времени и длительного сохранения информации о параметрах радиационных полей после окончания их воздействия. Последнюю группу в этой номенклатуре представляют твердотельные интегральные запоминающие детекторы, основанные на явлениях термостимулированной люминесценции (ТЛ), оптически стимулированной люминесценции (ОСЛ), радиолюминесценции (РЛ) и фототрансферной люминесценции (ФТТЛ).

Актуальность фундаментальных исследований, проводимых в этом направлений физики конденсированного состояния, следует из анализа областей применения запоминающих радиационно-чувствительных сред в современной мировой практике ТЛ дозиметрии, представленных в таблице 0.1 [1]. Здесь же приведены главные характеристики ТЛ детекторов: эффективный атомный номер, спектр люминесценции, относительная чувствительность, дозовый диапазон, фединг, являющиеся базовыми количественными ориентирами при создании новых и модификации имеющихся твердотельных дозиметрических сред.

В последние годы оптически стимулированная люминесценция становится все более популярным методом регистрации ионизирующих излучений, а ее физические и аппаратурные аспекты активно развиваются в ведущих дозиметрических лабораториях мира. В качестве основных

Таблица 0.1 - Список основных материалов детекторов ионизирующих излучений и нейтронов [1]

Международное название Материал Область применения Эффективный атомный номер Спектр свечения, нм Чувствительность к 60Со относительно 1лР Ход с жесткостью Диапазон доз Фединг

TLD-100 Медицина 8,2 350-600 1 1,25 10 мкГр -10 Гр 5% в год при 20 •с

TLD-100H 1лР М&Си,Р Дозиметрия персонала и окружающей среды 8,2 400 15 0,98 1 мкГр-10 Гр Незначительный

TLD-600 (изотоп 6Ь1) Mg.Ii Нейтронная дозиметрия 8,2 350-600 1 1,25 10 мкГр-10 Гр 5% в год при 20 •с

TLD-600H (изотоп 6Ь0 1лР М§,Си,Р Нейтронная дозиметрия 8,2 400 15 0,98 1 мкГр-10 Гр Незначительный

TLD-700 (изотоп 7Ь|) 1лР Mg.Ii гамма и бета излучение 8,2 350-600 1 1,25 10 мкГр -10 Гр 5% в год при 20 •с

TLD-700H (изотоп 7Ь|) Ь1р М&Си,Р гамма и бета излучение окружающей среды 7,4 400 15 0,98 1 мкГр-10 Гр Незначительный

TLD-200 СаР2 Оу Дозиметрия окружающей среды 16,3 Пик при 483,5 30 при 576,5 нм -12,5 0,1 мкГр-10 Гр 10% за первые 24 часа, 16% всего за 2 недели

TLD-400 СаР2 Мп Дозиметрия окружающей среды и высокодозная 16,3 440-600 (пик при 500) 10 -13 0,1 мкГр — 100 Гр 8% за первые 24 часа, 12% всего за 3 месяца

TLD-500 А1203:С Дозиметрия персонала и окружающей среды 10,2 420 30 2,9 0,05 мкГр -1Гр 3% в год

TLD-800 Ь12в407 Мп Высокодозная дозиметрия 7,4 530-630 (пик при 605) 0,15 0,9 0,5 мГр -105Гр <5% за 3 месяца

TLD-900 СаБОг Оу Дозиметрия окружающей среды 15,5 480 570 20 12,5 1 мкГр-100 Гр 2% за первый месяц, 8% всего за 6 месяцев преимуществ ОСЛ дозиметрии, по сравнению с традиционной ТЛД, считают отсутствие необходимости нагрева детекторов и связанных с ним проблем: обеспечение воспроизводимых законов нагрева, термическое тушение люминесценции, приводящее к зависимости выхода ТЛ от скорости нагрева, тепловое излучение нагретых элементов блока детектирования, существенное сокращение времени считывания информации. В основе метода лежит оптическое свобождение носителей заряда с уровней захвата (ловушек), заполненных при облучении ионизирующей радиацией, и регистрация люминесценции, обусловленной рекомбинацией освобожденных носителей на центрах люминесценции. Выход ОСЛ оказывается пропорциональным поглощенной дозе излучения и зависит от длины волны стимулирующего света. Метод ОСЛ интенсивно развивается в направлениях создания материалов детекторов и регистрирующей аппаратуры. В таблице 0.2 приведены химическим состав, тип легирующеи примеси, относительная чувствительность, диапазон линейности дозовой характеристики, длина волны стимуляции, длина волны основного эмиссионного пика, фединг и эффективный атомный номер изученных соединений, потенциально пригодных для применения их в ОС Л дозиметрии.

Таблица 0.2. - Химический состав, тип легирующей примеси, относительная чувствительность, диапазон линейности дозовой характеристики, длина волны стимуляции, длина волны основного эмиссионного пика, фединг, эффективный атомный номер

OSL material Relative OSL Sensitivity Linear dose range wavelength range/peak (run) Stimulation-wavelength (nm) Main emission-wavelength (nm) Fading rate ZEff; (Tissue=7.4)

А1203:С 1.00 nGy-10Gy 450-550 -420 <5%/y 11.3

ВеО -1.00 nGy-10Gy -435 -335 6% in 1st 10 h and then nil 7.2

MgO:Tb -1.00 100nGy- lOGy 500-560 375, 420, 440, 470, 500, 650 43% in 1st 36 h and then nil 10.8

NaMgF3:Eu -10.0 |iGy -lOOGy -470 360 40% in 1 st 24 h and then nil 10.4

KMgF3:Ce -10.0 lnGy- lOGy -470 -360 High and 4UK Self-irradiation. 14.7

Li2AI204:Tb -0.01 200|iGy- lOGy <532 370, 420 and 440 50% in 1st 50 h 9.74

Mg2Stô4:Tb -0.11 30nGy- lOGy <532 370, 420 and 440 30% in 1st 10 h and then 0 11.23

Mg2Si04:Tb,Co -0.08 40(xGy- lOGy <532 370, 420 and 440 30% in 1st 10 h and then nil 11.23

KCI:Eu -1.00 100nGy- lOGy 500-560 350480 and 560700 High and 40K Self-irradiation 18.1

KBr:Eu -1.00 100nGy- lOGy 500-560 350480 and 560700 High and 40K 31.76

NH4)2SiF6:TI -0.02 > few mGy 470 300-370 Self-irradiation 80% in 1st 10 h 10.31

Y3AI5012:C -0.10 lOmGy-lOOGy 500-560 350-480 and 560-700 Negligible in 2 months 33.81

Данные таблиц 0.1 и 0.2 содержат далеко не полный перечень областей практического применения явления люминесценции. В последние годы они существенно расширились. Помимо радиационной дозиметрии, физика и техника ТЛ и/или ОСЛ, РЛ, ФТТЛ используются в определении возраста геологических и археологических объектов, компьютерной радиографии и медицинской томографии, 20 дозиметрии и 20 дозовом картографировании, создании сенсорных датчиков для измерения температуры в труднодоступных местах. В соответствии с этими направлениями ведется систематический поиск новых люминесцентных материалов, способных в максимальной степени удовлетворять требованиям, предъявляемым к их свойствам в соответствии с планируемым практическим применением [3].

Результаты поисков новых технологий получения или направленного изменения люминесцентных свойств, как вновь синтезированных, так и известных материалов, регулярно обсуждаются на специализированных международных конференциях, систематизируются и обобщаются в монографиях и статьях научных журналов [4-12].

Объектом исследований в данной работе являлся монокристаллический номинально чистый анион-дефектный оксид алюминия а-А1203 [13]. На базе этого материала реализован, получивший распространение по всему миру, термолюминесцентный детектор, получивший название в отечественной литературе ТЛД-500К. По международной классификации и в списке современных реально используемых и перспективных материалов ионизирующих излучений и нейтронов, как это показано в таблицах 0.1 и 0.2, данный детектор известен как а-А1203:С или ТЫ>500.

Лидирующим положением среди других ТЛ и ОСЛ материалов кристаллы анион-дефектного а-А12Оз обязаны уникальному сочетанию дозиметрических свойств с радиационной и термической стойкостью, высокой теплопроводностью, химической инертностью, оптической прозрачностью от ультрафиолетового до инфракрасного диапазонов длин волн. Из таблиц 0.1 и 0.2, анализа современной литературы виден постоянный интерес к люминесцентным свойствам анион-дефектного корунда, поэтому продолжение исследований в этой области является актуальной задачей.

Цели и задачи работы

Целью работы являлось экспериментальное исследование уровней захвата носителей заряда, ответственных за появление пиков ТЛ в диапазоне температур 300-900 К, изучение способов возбуждения пиков, спектра их свечения, реконструкция и расчет кинетических параметров, исследование влияния заполненности глубоких уровней захвата на весь комплекс люминесцентных явлений в кристаллах номинально чистого анион-дефектного корунда: ОС Л, ФТТЛ, РЛ, а также изучение закономерностей термо-фотоиндуцированных преобразований центров окраски и их связей со спектральным составом и чувствительностью ТЛ в основном дозиметрическом пике при 450 К.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Модернизировать экспериментальный комплекс для измерений высокотемпературной ТЛ, возбужденной УФ или рентгеновским излучением при любой температуре в интервале 300-900 К, снабдив его каналами для регистрации спектрального состава люминесценции.

2. Разработать методики интегрального и избирательного заполнения глубоких ловушек.

3. Исследовать зависимости выхода ТЛ и ФТТЛ, интенсивности и временных характеристик затухания ОСЛ от уровня заполнения глубоких ловушек.

4. На основании экспериментально полученных высокотемпературных кривых термовысвечивания, разработать методику, провести реконструкцию и получить реальные кривые ТЛ, не подверженные эффекту термического тушения, определить их кинетические параметры.

5. Изучить динамику превращений Б- и - центров в сложные центры

- типа в процессе облучения образцов УФ-излучением при изотермическом нагреве в интервале 300-900 К и их вклад в изменение спектрального состава ТЛ в основном пике.

6. Осуществить идентификацию образующихся центров, разработать модельные представления о происходящих процессах при термооптической обработке.

7. Провести анализ полученных результатов с точки зрения возможности их использования для модификации свойств исследуемого материала, полезной для практического использования и новых вариантов применения в дозиметрии, основанной на люминесцентных свойствах изученного материала.

Научная новизна

1. Впервые получены экспериментальные доказательства реальности существования интерактивного механизма взаимодействия между центрами захвата носителей заряда различной термической глубины, влияющего на весь комплекс люминесцентных свойств (TJI, OCJI, ФТТЛ, РЛ) кристаллов анион-дефектного корунда.

2. Установлена неэлементарность пика ТЛ около 700 К. Показано, что ТЛ около 700 К обусловлена двумя электронными ловушками, имеющими разные параметры тушения и отличающиеся механизмом взаимодействия с термически более глубокими ловушками.

3. Впервые разработана методика и произведена реконструкция экспериментальных кривых термовысвечивания в области 700 и 900 К, испытывающих термическое тушение, в результате которой получены кривые ТЛ, не подверженные термическому тушению, а также определены их действительные кинетические параметры.

4. Впервые показана возможность фото-термостимулированного преобразования простых одиночных F-центров в сложные центры F2- типа в разных зарядовых состояниях и их влияние на спектральный состав РЛ, основного пика ТЛ при 450 К и высокотемпературных пиков ТЛ при 700 и 900 К, предложены модели механизмов трансформации центров.

5. Приведены косвенные экспериментальные доказательства существования в кристаллах анион-дефектного корунда глубокой ловушки около 1073-1123 К, оказывающей влияние на TJI вблизи 700 К.

6. В кристаллах анион-дефектного корунда, облученных рентгеновским излучением при температурах выше 500 К обнаружен новый центр захвата носителей заряда вблизи 823 К, имеющий, предположительно, дырочную природу.

Защищаемые положения

1. Наибольшее влияние на люминесценцию в основном пике оказывает степень заполнения ловушек, ответственных за пик TJI вблизи 700 К. Пик TJI при 700 К обусловлен двумя электронными ловушками, имеющими разные параметры тушения и отличающиеся механизмами взаимодействия с более глубокими ловушками, которые эффективно опустошаются вблизи 900 и 1100 К.

2. Пики TJI при 700 и 900 К испытывают тушение, их выход люминесценции снижается с ростом скорости нагрева при считывании.

3. Изменение формы и спектра пика TJ1 при 700 К после УФ-облучения в интервале температур 823-900 К связано с появлением нового дефектного образования, излучающего в области 500 нм

4. В интервале температур облучения УФ 323-673 К наблюдается конверсия центров люминесценции F —> F+, а в диапазоне 673-898 К преобладает конверсия вида F+ —> F с последующим образованием F2 (F2+, F22+) - центров. При термооптической обработке в интервале температур 323-673 К полоса свечения F+- центров в спектре TJI становится доминирующей, в результате наблюдается рост интегральной чувствительности в основном пике в 5-30 раз.

5. Термооптическая обработка приводит к заполнению носителями заряда глубоких уровней захвата, активирует образование новых центров люминесценции и таким образом позволяет целенаправленно изменять интенсивность и спектральный состав ТЛ, ОСЛ, ФТТЛ и РЛ кристаллов анион-дефектного корунда.

Практическая значимость работы

Изученные особенности люминесценции, связанные с механизмом интерактивного взаимодействия центров захвата носителей заряда различной энергетической глубины в кристаллов анион-дефектного корунда, положены в основу разработки ряда принципиально новых применений стандартных ТЛ-ОСЛ детекторов ядерных излучений ТЛД-500К. В частности, на основе комплекса экспериментальных результатов по исследованию люминесцентных свойств анион-дефектных монокристаллов а-А1203 получены патенты РФ на:

1. Способ измерения дозы в твердотельных детекторах ионизирующих излучений на основе оксида алюминия, накопленной при повышенной температуре окружающей среды. Основой способа является изученная в работе зависимость выхода ОСЛ от состояния заселенности глубоких ловушек. С его помощью возможно измерение доз, накопленных при температуре окружающей среды выше 530 К.

2. Способ возбуждения дозиметрического сигнала оптически стимулированной люминесценции детекторов ионизирующих излучений на основе оксида алюминия. В основу способа положены результаты изучения спектров оптического опустошения основной ловушки и параметров ОСЛ. Положительными эффектами являются: сокращение времени считывания, повышение чувствительности, точности, надежности и достоверности измерений доз, а также эффективное опустошение дозиметрических ловушек в детекторах ТЛД-500К перед их применением в ТЛ-дозиметрии, заменяющее термообработку детекторов.

3. Способ измерения дозиметрического термолюминесцентного сигнала, накопленного в твердотельном детекторе ионизирующих излучений на основе оксида алюминия. Изобретение относится к способам измерения дозы, накопленной в твердотельных термолюминесцентных детекторах ионизирующих излучений на основе кристаллов и нанокерамики оксида алюминия, и может быть использовано для повышения надежности, точности и достоверности метода, проводимых с его помощью измерений. Основной результат - устранение зависимости выхода термолюминесцентных твердотельных термолюминесцентных детекторов ионизирующих излучений на основе кристаллов и нанокерамики оксида алюминия от скорости нагрева детекторов при считывании.

Кроме того, в ходе выполнения работы были разработаны:

1. Способ получения длительного послесвечения люминофоров оптических излучателей. Изобретение относится к способу получения люминесцентных излучателей оптических фотонов видимого и инфракрасного диапазона длин волн, основанных на длительном послесвечении люминофоров, после прекращения их возбуждения ионизирующим излучением. Основной результат - расширение функциональных возможностей контроля фотоприемных устройств, повышение уровня радиационной и экологической безопасности.

2. Способ определения распределения плотности потока электронов по его сечению. Изобретение относится к способам измерения параметров направленного излучения, включая измерение таких характеристик потоков заряженных частиц, как их пространственное распределение по плотности и дозам с помощью люминесцентных детекторов ионизирующих излучений. Результат - расширение возможностей исследований, создания и контроля ускорительной техники, изделий сильноточной электроники.

Личный вклад автора

Все результаты работы, вынесенные на защиту и приведенные в разделе «научная новизна», получены лично автором, а также в сотрудничестве с коллегами по кафедрам "Экспериментальная физика" и "Физические методы и приборы контроля качества" Физико-технологического института УрФУ и

Института промышленной экологии УрО РАН. Участие в работе каждого сотрудника отражено в совместных публикациях по теме диссертации.

Апробация работы

Материалы диссертации представлены на 6 конференциях: на Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых ВНКСФ-14 (Уфа, 2008); на международной конференции по радиационной физике SCORP-2008 (Каракол, Киргизия, 2008); 7lh European Conference on

Luminescent detectors and transformers of Ionizing Radiation "LUMDETR 2009" th

Krakyw, Poland, 2009); на 14 International Conference on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials (Астана, Казахстан, 2009); на международной конференции по радационной физике, новым материалам и информационным технологиям SCORPh-2010 (Каракол, Киргизия, 2010); на 8-й международной конференции «Ядерная и радиационная физика» (г. Алматы, Казахстан, 2011).

Результаты исследований изложены в 21 публикации, в том числе, в 4 статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК, в 6 статьях в различных сборниках и материалах конференций, в 6 тезисах докладов на международных и российских конференциях и в 5 патентах РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. С учетом 24 таблиц, 50 рисунков и библиографического списка из 100 наименований, общий объем диссертации составляет 137 страниц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Проведенное систематическое исследование люминесценции кристаллов анион-дефектного корунда в интервале температур 300-900 К и анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:

1. Установлено, что повышение чувствительности кристаллов анион-дефектного корунда к излучению в основном пике зависит от числа циклов «облучение при комнатной температуре - нагрев». При этом происходит накопление электронов, освободившимися при считывании ТЛ в основном пике, в электронных ловушках, ответственных за высокотемпературные пики ТЛ.

2. Проведено исследование альтернативного способа заполнения глубоких ловушек, в соответствии с которым, облучение исследуемых кристаллов производится при температурах 573 и 823 К УФ-излучением. Интерактивный характер связи ловушек, ответственных за основной пик ТЛ и ОСЛ, с термически более глубокими электронными ловушками дополнительно аргументирован данными ступенчатого отжига образцов с контролем «приобретенной» ТЛ- и ОСЛ- чувствительности. По мере термического опустошения глубоких ловушек «приобретенная» ТЛ- и ОСЛ-чувствительность возвращается к исходным значениям. Показано, что при пустых ловушках, обеспечивающих ТЛ в основном пике, и заполненных ловушках, ответственных за пик ТЛ около 700 К, последние могут опустошаться под действием света. В результате интенсивность пика ТЛ при 700 К снижается, а освобожденные электроны захватываются термически менее глубокими ловушками, обеспечивая появление ТЛ в основном пике с интенсивностью пропорциональной потере электронов в ловушке, обеспечивающей ТЛ при 700К.

3. Рассчитаны параметры кривых затухания ОСЛ в зависимости от уровня заполнения глубоких ловушек, регулируемого временем облучения образцов УФ-излучением при 670 К. Кривые затухания ОСЛ хорошо описываются суммой двух экспонент, соответствующих быстрой и медленной компонентам затухания. По мере заполнения глубоких ловушек выход ОСЛ и время затухания ее составляющих возрастают. Сложный характер зависимости параметров ОСЛ от состояния глубоких ловушек обусловлен двумя конкурирующими процессами: оптически стимулированным опустошением носителей из основной ловушки с одновременным ее заполнением за счет фото-стимулированного переселения зарядов из глубокой ловушки на основную.

4. При облучении исследуемых образцов рентгеновским излучением при 573 К обнаружен новый пик ТЛ около 823 К, не наблюдающийся при возбуждении образцов в этих же условиях УФ-излучением. Чувствительность основного пика при этом увеличилась только в 3-5 раз, а на кривой ступенчатого отжига «приобретенной» чувствительности на фоне падения имеется локальный максимум, по температурному положению совпадающий с температурным диапазоном локализации пика ТЛ при 823 К. По совокупности признаков ловушка, ответственная за ТЛ около 823 К, предварительно классифицирована как дырочная по своей природе.

5. Обнаружено, что на ТЛ в районе 700 К существенно влияет состояние заселенности ловушек, термическая глубина которых превышает 823 К. Заполнение последних приводит к деформации формы пика при 700 К, указывая на его сложное строение, состоящее из двух компонент, обусловленных двумя типами ловушек и обеспечивающими его низкотемпературную и высокотемпературную составляющие. Соотношение выхода ТЛ между компонентами пика при 700 К изменяется при заполнении более глубоких ловушек, его низкотемпературная компонента увеличивается по мере заполнения глубоких ловушек, в то время как высокотемпературная падает. Изохронный отжиг образцов с контролем «приобретенной» чувствительности в пике при 700 К при заполненных более глубоких ловушках показывает, что в интервале отжига 823-973 К выход ТЛ увеличивается, затем стабилизируется при 973-1073 К, после чего начинает снижаться, возвращаясь к исходному значению при 1073-1123 К, что позволяет предполагать о существовании глубокой электронной ловушки около 1100 К, связанной с низкотемпературной компонентой пика при 700 К.

6. Изучены особенности TJI около 700 К кристаллов анион-дефектного корунда с пустыми термически более глубокими ловушками в зависимости от скорости нагрева при считывании. Обнаружено падение выхода TJI с ростом скорости нагрева, которое связывается с эффектом температурного тушения люминесценции. Разработан алгоритм реконструкции кривых TJI, который включает следующие основные этапы: аналитическое описание зависимости положения температуры максимума TJI от скорости нагрева; определение скорости нагрева, при которой эффект температурного тушения пренебрежимо мал; аналитическое описание реальной зависимости выхода TJ1 от скорости нагрева и определение с ее помощью параметров тушения: энергии активации W, безразмерного множителя С и коэффициента температурного тушения rj(T). Реальная кривая TJ1, не испытывающая тушения Iq(T), получена из соотношения 1игщ(Т) =Iq(T) / rj(T), где Iq(T) - экспериментально полученная кривая TJI. Показано, что экспериментальная кривая свечения с пиком около 700К представляет собой сумму двух пиков с параметрами: WlnUKa = 0,8 эВ и С1 пиКа = 1,610\ W2nuKa=:l,7 эВ и С2пика= 1,3"м'2, Е1пика = 2,02 эВ и s]nuKa =1,151014 с1, E2nUKa =2,13 эВ и s2nUKa = 1,15-1014 с1. Указанные значения подтверждены при моделировании кривых TJI с заполненными глубокими ловушками

7. Обнаружено, что при последовательном возбуждении образцов УФ-излучением при температурах 823 и 573 К наблюдается пик при 900 К. Исследования этого пика методом вариации скоростей нагрева при считывании TJI позволили установить падение выхода TJ1 с ростом скорости нагрева и второй порядок кинетики процесса. Реконструкция пика и последующий расчет по алгоритму, разработанному для анализа пика при 700 К, позволили определить реальную термическую глубину ловушки, ответственной за TJI около 900 К, равную 3,2 эВ и энергию активации тушения W= 2,5 эВ. Падение выхода TJI в пике при 900 К предполагает присутствие термически еще более глубоких ловушек. Достоверность результатов расчета истинных параметров ловушек, ответственных за ТЛ при 700 и 900 К путем реконструкции экспериментальных кривых подтверждена применением используемого алгоритма реконструкции и последующего анализа для определения истинных параметров ловушек, ответственных за основной пик ТЛ при 450 К известных из литературы. Полученные в работе кинетические параметры пика при 450 К, 1¥=1,080 эВ, Е=1,35 эВ хорошо совпадают с имеющимися в литературе: Ж= 1,085 эВ, Е = 1,44 эВ (для смешанного порядка кинетики равного 0,25).

8. Измерения ТЛ в полосах свечения Б- и центров основного пика при 450 К в циклах возбуждение УФ-излучением при комнатной температуре -считывание приводит к падению выхода ТЛ в полосе Б - центров (420 нм) и его росту в полосе люминесценции - центров. Доминирующей при этом остается полоса свечения Б - центров. Возбуждение образцов УФ-излучением при 573 К приводит к существенному перераспределению спектрального состава ТЛ в основном пике. В спектре свечения появляется полоса свечения

- центров, которая за 1-5 минут возбуждения становится доминирующей. Дополнительное возбуждение образцов при 823 К приводит к появлению в спектре ТЛ основного пика новой полосы при 500 нм и перераспределению полос свечения Б- и - центров, доминирующей становится полоса люминесценции Б - центров. Возбуждение образцов при 973 К вновь видоизменяет спектр ТЛ в основном пике. Доминирующим становится свечение в полосе 420 нм, а интенсивности полос при 330 и 500 нм значительно снижаются, по сравнению с возбуждением при 823 К.

9. Динамика преобразования центров, ответственных за спектральный состав ТЛ в основном пике, изучена после возбуждении образцов УФ-излучением в температурном интервале 323-1173 К с шагом около 50 К. В температурном интервале 673-898 К интенсивность люминесценции в полосе 330 нм, пройдя максимальное значение, снижается почти до начального уровня, в то время как интенсивность в полосе 420 нм синхронно возрастает, превышая исходный уровень, и появляется полоса 500 нм. В диапазоне термической обработки 898-1173 К интенсивность ТЛ во всех трех полосах падает до уровней при 323 К. Схожий, с обнаруженной закономерностью динамики преобразования центров в TJI основного пика, механизм установлен по данным PJI. В исходном состоянии или после нагрева образцов до 573 К без УФ-облучения в спектре TJI доминирует полоса свечения F - центров (420 нм), интенсивность свечения F+ - центров при этом мала. Термооптическая обработка образцов при 573 К приводит к перераспределению интенсивностей свечения в полосах F и F+- центров. Интенсивность свечения в полосе F+ -центров существенно возрастает и становится соизмеримой с интенсивностью свечения F - центров. Кроме того, в спектре PJI обнаружено свечение в новой полосе около 280 нм. При термооптической обработке при 823 К доминирующей вновь становится полоса свечения 420 нм и появляется полоса 500 нм. Облучение при 973 К приводило к снижению выхода PJI во всех трех полосах, особенно в полосе 330 нм.

10. В спектрах оптического поглощения образцов после термооптической обработки обнаружены полосы поглощения при 205, 230, 260, 300 и 355 нм. Три первые из них хорошо известны и принадлежат F- и F+ -центрам. Полоса поглощения при 300 нм приписана F2 - центрам (кислородная дивакансия с четырьмя электронами), а полоса 355 нм — F2+ - центрам ((кислородная дивакансия с тремя электронами). Дополнительные подтверждения образования сложных F2 - центров в результате термооптической обработки кристаллов анион-дефектного корунда при 900 К, получены по данным спектров возбуждения фотолюминесценции в полосе 500 нм, в которых помимо основных полос при 330 и 360 нм присутствуют менее интенсивные полосы при 220 и 280 нм. При обсуждении моделей механизмов F+ —»■ F - конверсии предпочтение отдано туннелированию электронов из валентной зоны на свободный уровень возбужденного (F+)* - центра с образованием F - центра в основном состоянии, способного образовывать агрегатный F2 - центр. Выявлено сходство в деталях стимулированного температурой образования сложных центров F2 - типа в кристаллах а-А1203 с радиационными дефектами и в анион-дефектных кристаллах а-А1203, облученных УФ-излучением при температурах

323-1173 К. Основной причиной наблюдаемых аналогий является высокая концентрация исходно созданных изолированных Б и - центров и их диффузионная подвижность в исследуемом диапазоне температур. 11. На основании полученных результатов предложен и запатентован ряд разработок, направленных на расширение функциональных возможностей стандартных ТЛ детекторов ядерных излучений ТЛД-500К.

1. Materials and Assemblies for Thermoluminescence Dosimetry. http://ww.thermo.com/eThermo/CMA/PDFs/Product/productPDF25878.pdf. 2007.

2. Pradhan A.S., Lee J.I. and Kim J.L. Recent developments of optically stimulated luminescence materials and techniques for radiation dosimetry and clinical application // Journal of Medical Physics. 2008. - V.33(3). - P. 85-99.

3. Yukihara E.G., Milliken E.D., Oliveira L.C. et. al. Systematic development of new thermoluminescence and optically stimulated luminescence materials. // J. Of Luminescence.-2011, doi: 10.1016/j.jlumin. 2011.12.018.

4. Chen R., McKeever S.W.S. Theory of Thermoluminescence and Related Phenomena. World Scientific, Singapore. - 1997. - 586 p.

5. Furetta C. Handbook of Thermoluminescence. World Scientific Publishing Co. Ptc. Ltd. 5 Toh Tuck link, Singapore 596224. - 2003. - 463 p.

6. Botter-Jensen L., McKeever S.W.S., Wintle A.G. Optically Stimulated Luminescence Dosimetry. Elsevier. Amsterdam. - 2003. - 355 p.

7. Yukihara E.G., McKeever S.W.S. Optically Stimulated Luminescence: Fundamentals and Applications. Jonn Wiley & Sons, Chichester, West Sussex, UK, -2011.

8. Leblans P., Vandenbrocke D. and Willems P. Storage Phosphors for Medical Imaging. // Reviev. Materials. 2011. - No. 4(6). - P. 1034-1086.

9. McKeever S.W.S. Optically stimulated Luminescence: A brief overview. // Radiation Measurements.-2011.-No. 46.-P. 1336-1341.

10. Chen R. and Pagonis V. Thermally and Optically Stimulated Luminescence: A Simulation Approach. Wiley, Chichester, West Sussex, UK. - 2011. - 434 p.

11. Yukihara E. G., Gasparian P. B. R., Sawakuchi G. O., Ruan C., Ahmad S., Kalavagunta C., Clouse W.J., Sahoo N. and Titt U. // Medical applications of optically stimulated luminescence dosimeters (OSLDs), Radiat. Meas. 2010. - No. 45. - P. 658-662.

12. Levy P.W. Annealing of the Defects and Colour Centres in Unirradiated and in Reactor Irradiated A1203 // Discussions of the Faraday Society. 1961. - No. 31. - P. 118-129.

13. Bunch J.M. and Clinard F.W.Jr. Damage of Single-Crystals A1203 by 14 MeV Neutrons // Journal of American Ceramic Society. 1974. - Vol.57, N 6. - P. 279280.

14. Turner T.J., Crawford J.H.Jr. Nature of the 6.1-eV band in neutron-irradiated A1203 single crystals // Physical Review B: Solid State. 1976. - Vol. 13, No. 4. - P. 1735-1740.

15. Pells G.P. and Phillips D.C. Radiation Damage of a-Al203 in the HVEM. 1. Temperature dependence of the displacement threshold // Journal of Nuclear Materials. 1979. - Vol. 80. - P. 207-214.

16. Compton W.D. and Arnold G.W. Jr. Radiations Effects in Fused Silica and a-A1203 //Discussion of the Faraday Society. 1961. - No. 31. - P. 130-139.

17. Pells G.P. and Phillips D.C. Radiation Damage of a-Al203 in the HVEM. 2. Radiation damage at high temperature and high dose // Journal of Nuclear Materials. 1979.-Vol. 80.-P. 215-222.

18. Arnold G.W., Krefft G.B. and Norris C.B. Atomic displacement and ionization effects on the optical absorption and structural properties of ion-implanted A1203 // Applied Physics Letters. 1974. - Vol. 25, No 10. - P. 540-542.

19. Чайковский Э.Ф., Батуричева З.Б., Шахнович М.И., Таран А. А. Образование центров окраски в монокристаллах лейкосапфира, облученного ионами аргона // ЖПС. 1982. - Том 27, № 5. - С. 860-862.

20. Эварестов Р.А., Котомин Е.А., ЕрмошкинА.Н. Молекулярные модели точечных дефектов в широкощелевых твердых телах. Рига: Зинатне. - 1983. -287 с.

21. Лущик Ч.Б., Лущик А.Ч. Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твердых телах. М.:Наука. - 1989. - 264 с.

22. Закис Ю.Р., Канторович Л.Н., Котомин Е.А., Кузовков В.Н., Тале И.А., Шлюгер А.Л. Модели процессов в широкощелевых твердых телах с дефектами. Рига: Зинатне. - 1991. - 382 с.

23. Hughes А.Е. and Henderson В. Color Centers in Simple Oxides // Points Defects in Solids / Ed.by J.H. Crawford, Jr. and L.M.Slifkin. Plenum Press, New York-London. - 1972. - Vol. 1. - P. 381-490.

24. Henderson В., Wertz J.E. Defects in the Alkaline Earth Oxides with Applications to Radiation Damage and Catalysis. London, Taylor & Francis. -1977.- 159 p.

25. Henderson B. On the Nature, Characterisation and Applications of Point Defects in Insulators // Radiation Effect. 1982. - Vol. 64. - P. 35-47.

26. Tench A.J. and Duck M.J. Radiation Damage in Oxides: Defect Formation in MgO // Journal of Physics C: Solid State Physics. 1973. - Vol. 6. - P. 1137-1148.

27. Tench A.J. and Duck M.J. Radiation Damage in Oxides: Defect Formation in CaO and SrO // Journal of Physics C: Solid State Physics. 1975. - Vol. 8, No. 3. -P. 257-270.

28. Wilks R.S. Radiation Damage in BeO, A1203 and MgO // Journal of Nuclear Materials. 1968. - Vol. 26, No. 2. - P. 137-173.

29. Crawford J.H.Jr. Defects and Defect Processes in Ionic Oxides: Where Do We Stand Today? // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 1984. -P. 159-165.

30. Cheng L.J. and Corbett J.W. Defect Creation in Electronic Materials //Proceedings of the IEEE. 1974. - Vol. 62, No 9. - P. 1208-1214.

31. Clinard F.W., Hurley G.F., Hobbs L.W. Neutron Irradiation Damage in MgO, A1203 and MgAl204 Ceramics // Journal of Nuclear Materials. 1982. - Vol. 108/109.-P. 655-670.

32. Шварц К. К., Экманис Ю. А. Диэлектрические материалы: Радиационные процессы и радиационная стойкость. Рига.: Изд. Зинатне. - 1989. - 188 с.

33. Sonder Е. and Sibley W.A. Defect Creation by Radiation in Polar Crystals //Points Defects in Solids / Ed. by J.H.Crawford, Jr. and L.M. Slifkin. Plenum, New York-London. - 1972. - Vol. 1. - P. 201-290.

34. Lee K.H., Crawford J.H. Additive Coloration of Sapphire // Applied Physics Letters. 1978. - Vol. 33, No. 4. - P. 273-275.

35. Muthe K.P., Kulkarni M.S., Rawat N.S. et al. Melt processing of alumina in graphite ambient for dosimetric applications // Journal of Luminescence. 2008. -No. 128.-P. 445-450.

36. Yang X., Li H., Cheng Y. et al. Growth of highly sensitive thermoluminescent crystal a-Al203:C by the temperature gradient technique // Journal of Crystal Growth. -2008.-P. 3800-3803.

37. Akselrod M.S. and Akselrod A.E. New A1203:C, Mg Crystals for Radiophotoluminescent Dosimetry and Optical Imaging // Radiation Protection Dosimetry. 2006. - Vol. 119, No. 1-4. - P. 218-221.

38. Akselrod M.S., Akselrod A.E., Orlov S.S. et.al. Fluorescent Aluminium Oxide Crystals for Volumetric Optical Data Storage and Imaging Applications // Journal of Fluorescence.-2003.-Vol. 113, No. 6.-P. 503-511.

39. Егоров Л.П., Затуловский Л.М., Кравецкий Д.Я. и др. Аппаратурное оформление процесса выращивания профилированых кристаллов сапфира способом Степанова // Изв. АН СССР. Сер.Физ. 1979. - Т. 43, № 9, - С. 1947 -1952.

40. Itou М., Fujiwara A. and Uchino Т. Reversible Photoinduced Interconversion of Color centers in a A1203 Prepared under Vacuum. // J. Phys. Chem. - 2009. -Vol. 113.-P. 20949-20957.

41. Evans B. D. A review of the optical properties of anion lattice vacancies, and electrical conduction in a AI2O3: their relation to radiation - induced electrical degradation. // Journal of Nuclear Materials. - 1995. - Vol. 219. - P. 202-223.

42. Song Yin, Xie Er qing, Zhang Chong - hong et al. Photoluminescence character of Xe ion irradiated sapphire. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. - 2008. - No. 266. - P. 2998-3001.

43. Zhang M.F., Zhang H.L., Han J.C. et al. Effect of neutron irradiation and subsequent annealing on the optical characteristics of sapphire. // Physica. — 2011. — No. 406. P. 494.

44. Lee K.H. Luminescence of the F Center in Sapphire / K.H. Lee and J.H. Crawford // Phys. Rev. B. 1979. - Vol. 19, No. 6. - P. 3217-3221.

45. Кортов B.C., Мильман И.И., Слесарев А.И. Конверсия F <-> F+- центров в кристаллах анион-дефектного корунда // Письма в ЖТФ. 1999. - Т. 25, - С. 66.

46. Pelenyov V.E., Kortov V.S., Milman I.I. The interaction of deep traps in anion-defective a A1203 // Radiation Measurements. - 2001. - Vol. 33. - P. 629.

47. Weinstein I.A., Pelenyov V.E., Kortov V.S. The effect of thermally stimulated photoconversion of oxygen centres and the sensitivity of TLD-500 dosimetric crystals // Radiat. Prot. Dosim. 2002. - Vol. 100. - P. 159.

48. Weinstein I.A. and Pelenyov V.E. F- —» F+- centers transformation in mechanisms of sensitization of TLD-500 // Radiation Measurements. 2004. - Vol. 4-6.-P. 421.

49. Кортов B.C., Мильман И.И. Термостимулированная люминесценция дозиметрических кристаллов а-А1203 // Известия ВУЗов, Физика. — 1996. -№11.-С. 145-161.

50. Milman I.I., Kortov V.S. and Nikiforov S.V. An Interactive Process in the Mechanism of the Thermally Stimulated Luminescence of Anion-Defective a-Al203 Crystals // Radiation Measurements. 1998. Vol. 29, No. 3-4. - P. 401-410.

51. Кортов B.C., Мильман И.И., Никифоров C.B., Пеленев B.E. Механизм люминесценции F-центров в анион-дефектных монокристаллах оксида алюминия // ФТТ. 2003. - Т. 45, вып. 7. - С. 1202-1208.

52. Kortov V.S., Milman I. I., Nikiforov S.V., Moiseykin E.V. The role of deep traps in the luminescence mechanism of anion-defective single crystals of aluminum oxide//Phys.Stat. Sol. 2005.-No. 1. - P. 515- 518.

53. Кортов B.C., Мильман И.И., Никифоров C.B., Моисейкин E.B. Механизм формирования нелинейности дозового выхода термостимулированной люминесценции анион-дефектных кристаллов а-А1203 // Физика твердого тела. 2006. - Том 48, выпуск 3. - С. 421-426.

54. Kortov V.S., Milman I.I., Nikiforov S.V., Moiseikin E.V. and Kondrashov S.V. Nonlinear dose dependence in TLD-500 detectors resulting from interactiveinterference of traps // Radiation Measurements. 2007. Doi:10.1016/j radmeas 02.068.

55. Кортов B.C., Мильман И.И., Никифоров C.B., Моисейкин E.B., Овчинников М.М. Фототрансферная термолюминесценция в анион-дефектных кристаллах а-А1203// ФТТ. 2004. - Том 46, вып. 12, - С. 2143-2147.

56. Colyott L.E., Akselrod M.S. and McKeever S.W.S. Phototransferred Thermoluminescence in Alpha-Al203:C // Radiation Protection Dosimetry. 1996. -Vol. 65, No.1-4. - P. 263.

57. Мильман И.И., Моисейкин E.B., Никифоров C.B. Оптически стимулированная люминесценция дозиметрических кристаллов анион-дефектного корунда // Журнал прикладной спектроскопии. 2005. - Том 72, №1, - С. 140-142.

58. Lo D., Lawless J.L., Chen R. Superlinear dose dependence of high temperature thermoluminescence peak in A1203:C // Radiation Protection Dosimetry. 2006. — Vol. 119.-P. 71-74.

59. Моисейкин E.B. Интерактивное взаимодействие ловушек в кристаллах анион-дефектного оксида алюминия. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Екатеринбург 2011. 126 с.

60. Kafadar V.E. Thermal quenching of thermoluminescence in TLD-200, TLD-300 and TLD 400 after (3 - irradiation // Phisica B. - 2011. - Vol. 406. - P. 537-540.

61. Spooner N.A., Franklin A.D. Effect of heating rate on the red TL of quartz // Radiation Measurements. 2002. - Vol. 35. - P. 59-66.

62. Kitis G., Papadopoulos J.G., Charalambous S. and Tuyn J.W.N. The Influence of Heating Rate on the Response and Trapping Parameters of a A1203 :C // Radiation Protection Dodimetry. - 1994. - Vol. 55, No. 3. - P. 183-190.

63. Vinceller S., Molnar G., Berkane-Krachai A. and Iaconi P. Influence of Thermal Quenching on the Thermostimulated Processes in a A1203, Role F and F+ centres // Radiation Protection Dosimetry. - 2002. - Vol. 100, No. 1-4. - P.79-82.

64. Akselrod M.S., Agersnap Larsen N., Whitley V. and McKeever S.W.S. Thermal Quenching of F-centre Luminescence in a-Al203:C // Radiation Protection Dosimetry. 1999. Vol. 84(1). - P. 39-42.

65. Nikiforov S.V., Milman I.I., Kortov V.S. Thermal and optical ionization of F -centers in the luminescence mechanism of anion-defective corundum crystals // Radiation Measurements. 2001. - Vol. 33. - P. 547.

66. Molnar G., Benabdesselam M., Borossay J., Iacconi P., Lapraz D., Akselrod M. Influence of the irradiation temperature on the dosimetric and high temperature TL peaks of a A1203:C // Radiation Protection Dosimetry. - 2002. - Vol. 100. - P. 139.

67. Pagonis V., Chen R., Maddrey J. W., Sapp B. Simulation of time resolved photoluminescence experiments in a - A1203 :C // J. of Luminescence. - 2011. - Vol. 131.-P. 1086-1094.

68. Jose M.T., Anishia S.R., Annalakshmi O., Ramasamy V. Determination of the Thermoluminescence Kinetic Parameters of Thulium Doped Calcium Borate. // Radiation Measurements. 2011. doi: 10.1016/j.radmeas.2011.08.001.

69. Sibedi В., Polymeris G.S., Tsirliganis N.C., Pagonis V., Kitis G. Reconstruction of Thermally Quenched Glow Curves in Quartz // Radiation Measurements. -2012. doi: 10.1016/j.radmeas. 2012.01.016.

70. Dallas G.I., Afouxenidis D., Stefanaki E.C., Tsagas N.F., Polimeris G.S., Tsirliganis N.C. and Kitis G. Reconstruction of the thermally quenched glow-curve of A1203 :C // Phys. Stat. Sol. (a). 2008. - Vol. 205, No. 7. - P. 1672-1679.

71. Mandowski A., Bos A. J. J., Mandowska E., Orzechowski J. Monte-Carlo method for determining the quenching function from variable heating rate measurements // Radiation Measurements. 2010. - Vol. 45. -P. 284-287.

72. Соловьев C.B., Моисейкин E.B., Литовченко E.H., Ревков И.Г., Мильман И.И. Глубокие ловушки в кристаллах А1203:С // Изв.вузов. Физика. 2009. -№8/2. - С. 223-226.

73. Соловьев C.B., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Глубокие ловушки в люминесценции анион-дефектных кристаллов а-А1203:С // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. Екатеринбург. УрФУ. - 2011. - Вып. 28. - С. 130-146.

74. Мильман И.И., Моисейкин Е.В., Никифоров C.B., Соловьев C.B., Ревков И.Г., Литовченко E.H. Роль глубоких ловушек в люминесценции анион-дефектных кристаллов А1203:С // ФТТ. 2008, - Т. 50, вып. 11. - С. 1991-1995.

75. Мильман И.И., Сюрдо А.И., Соловьев C.B., Абашев P.M. Новые возможности повышения выхода оптически стимулированной люминесценции аниондефектного корунда. // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. -Екатеринбург. УрФУ. 2011. - Вып. 29. - С. 63-72.

76. Литовченко E.H., Соловьев C.B., Ревков И.Г. Эффект оптического обесцвечивания в ТЛ кристаллах анион-дефектного корунда // 14-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. Сборник тезисов, материалы конференции. С. 119.

77. Мильман И.И., Моисейкин Е.В., Соловьев C.B., Ревков И.Г., Литовченко E.H. Повышение эффективности возбуждения оптически стимулированной люминесценции дозиметрических кристаллов а-А1203:С // Изв. вузов. Физика. -2009. №8/2. - С. 122-125.

78. Ефимов A.A., Сюрдо А.И., Мильман И.И. Оптически стимулированная люминесценция электронно-облученных кристаллов корунда // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. Екатеринбург, УрФУ. - 2011. - Выпуск 28. -С. 94-108.

79. Соловьев C.B., Моисейкин Е.В., Литовченко E.H., Ревков И.Г. Рентгенолюминесценция а-А1203:С при высоких температурах. // 14-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. Сборник тезисов, материалы конференции. С. 147.

80. Ревков И.Г., Соловьев C.B., Литовченко E.H. Рентгенолюминесценция кристаллов анион-дефектных а-А1203 // 14-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. Сборник тезисов, материалы конференции. С. 142.

81. Pagonis V., Kitis G., Furetta С. Numerical and practical exercises in thermoluminescence. 2006. - 209 p.

82. Furetta C., Weng P.S. Operational thermoluminescence dosimetry. 1998. -252 p.

83. Соловьев C.B., Моисейкин Е.В., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Термо-фотоиндуцированное преобразование F и F+ центров в анион-дефектных кристаллах а-А1203:С // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. -Екатеринбург, УрФУ. - 2010. - Вып. 27. - С. 65-73.

84. Соловьев C.B., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Термо-фотоиндуцированное преобразование центров люминесценции в анион-дефектных а-А1203:С // Проблемы спектроскопии и спектрометрии. Екатеринбург, УрФУ. - 2011. -Вып. 28. - С. 60-79.

85. Соловьев С.В., Мильман И.И., Сюрдо А.И. Термо-фотоиндуцированное преобразование центров люминесценции в анион-дефектных кристаллах alpha-А1203 // ФТТ. 2012. - Том 54, выпуск 4. - С. 683-690.

86. Moritani К., Takagi I., Moriama Н. Production behavior of irradiated defects in a alumina and sapphire under ion beam irradiation // Journal of materials. - 2004. -Vol. 326.-P. 106.

87. Pogatshnic G.L., Chen Y., Evans B.D. A Model of Lattice Defects in Sapphire / Pogatshnik G.J., Chen Y., Evans B.D. //IEEE Transactions on Nuclear Science. -1987.- Vol. 34.- 1709.

88. Izerrouken M., Benyahia T. Absorption and photoluminescence study of A1203 single crystal irradiated with fast neutrons // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2010. - Vol. 268. - P. 2987.

89. Tale I., Piters T.M., Barboza Flores M. et al. Optical properties of complex anion vacancy centres and photo-excited electronic processes in anion defective a -A1203 // Radiation Protection Dosimetry. - 1996. - Vol. 65. - P. 235.

90. Monge M.A., Gonzalez R., Munos Santiuste J.E. et al. Photoconversion F+ -centers in neutron-irradiated MgO // Nuclear Instruments and Methods B. 2000. -Vol. 166.-P. 220.

91. Ryabchuk V. Photophysical processes related to photoadsorption and photocatalysis // International Journal of Photoenergy. 2004. - Vol. 06. - P. 95.