Время-разрешенная оптическая спектроскопия сцинтилляционных кристаллов CsI(Ti) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

МЕЛЕШКО Анна Алексеевна

ВРЕМЯ-РАЗРЕШЕННАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ СяЦТ!)

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск-2009

003487824

Работа выполнена на кафедре лазерной и световой техники ГОУ ВПО «Томский политехнический университет», г. Томск

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Яковлев Виктор Юрьевич Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Огородников Игорь Николаевич;

Защита состоится «29» декабря 2009 г. в 15:00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.02 при ГОУ ВПО «Томский политехнический университет» в аудитории 217 8 учебного корпуса по адресу 634050, г. Томск, ул. Усова, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале научно-технической библиотеки ГОУ ВПО «Томский политехнический университет».

Автореферат разослан «_2£» ноября 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских

доктор физико-математических наук, профессор Тюрин Юрий Иванович

Ведущая организация: Иркутский государственный университет,

г. Иркутск.

и кандидатских диссертаций Д 212.269.02,

доктор физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Хотя в настоящее время появилось много новых коммерчески доступных сцинтилляторов, наиболее предпочтительным сцин-тилляционным материалом по-прежнему является Сз1(Т1), открытый более пятидесяти лет назад. По своим свойствам кристалл Сз1(Т1) приближается к идеальному сцинтиллятору, так как он имеет очень высокую конверсионную эффективность (6400 фотонов/МэВ), относительно быстрое время затухания (680 не), высокую плотность (4,53г/см3) и (54), а также характеризуется высокой радиационной стойкостью. Широкое применение кристаллов Сб1(Т1) в сцинтил-ляционной технике стимулировало многочисленные исследования физических процессов, протекающих в этих кристаллах под действием излучения. В то же время, несмотря на обширную библиографию, остается не выясненным ряд принципиально важных вопросов, связанных с природой сцинтилляционного процесса в этом кристалле, а также с природой и механизмами образования устойчивых при комнатной температуре центров окраски (ЦО), которые могут создаваться в этом кристалле не только ионизирующей радиацией, но и под действием видимого света.

Так, анализ литературных данных показывает, что возникновение сцинтилляций в видимой области спектра вполне однозначно можно связать с рекомбинацией создаваемых под действием ионизирующей радиации Т1° и Ук центров, однако единого мнения о структуре создаваемых при этом центров свечения нет. В различное время выдвигались гипотезы о том, что излучение обусловлено внутрицентровыми переходами в ионе Т1+, донорно-акцепторной рекомбинацией между электронным Т1° и дырочным Ук центрами, излучатель-ной аннигиляцией возмущенных ионами Т1+ двухгалоидных экситонов со структурой (Ь'е)*. Прямых экспериментальных подтверждений правильности и однозначности какой-либо из моделей в литературе не приводится.

Формирование переднего фронта сцинтилляционного импульса при комнатной температуре традиционно связывается с захватом Т1° центрами подвижных выше 90 К Ук центров, но в такой интерпретации не находят объяснения факты несущественной зависимости длительности переднего фронта от сорта ионизирующих частиц (у, р, а, импульсные электронные пучки различной плотности). Существование подобных неоднозначностей препятствует формированию целостных представлений о механизмах люминесценции в кристалле СйСП).

Одной из особенностей этого кристалла является его способность к окрашиванию под действием света видимого диапазона. Известно, что создавае-

мые при этом ЦО эффективно конкурируют с основными активаторными центрами в процессе захвата электронных возбуждений, приводя к изменению спектрального состава и энергетического выхода люминесценции. Основные свойства ЦО и их характеристической люминесценции (спектральные, термические, поляризационные) были установлены еще в 50-е гг. XX века, однако относительно их структуры, а также причин существенного влияния на люминесцентные свойства Сб1(Т1) какой-либо устоявшейся и надежно аргументированной точки зрения нет. Более того, не обсуждается и даже не ставится вопрос о возможных механизмах образования ЦО под действием видимого света. Во многом это связано с отсутствием информации систематического характера о динамике излучательных процессов, составе и кинетике эволюции первичных радиационных дефектов в активированных таллием кристаллах иодида цезия.

Знание природы ЦО и люминесценции, структуры энергетических состояний и механизмов релаксации, туннелирования и термически стимулированных процессов в Св1(Т1) существенно для развития теории щелочных галоидов, легированных легионами. Кроме того, понимание оптических свойств СвКЛ) также необходимо для нахождения оптимальных эксплуатационных качеств этого материала, так как кристаллы Св1(Т1) широко используются в качестве сцинтилляторов. В связи с этим представляется перспективным наряду с традиционной люминесцентной методикой использовать метод абсорбционной спектроскопии с наносекундным временным разрешением, что позволит значительно повысить достоверность идентификации получаемой информации о природе создаваемых радиацией дефектов и динамике рекомбинационных процессов в нано-, микро- и миллисекундном диапазонах.

Цель работы и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является проведение комплексного исследования закономерностей создания и эволюции первичных радиационных дефектов (короткоживущих ЦО и люминесценции) при облучении кристаллов Св1(Т1) импульсными пучками ускоренных электронов и лазерного излучения, а также накопления ЦО под действием оптического излучения и их влияния на люминесцентные свойства Сз1(Т1).

Для достижения цели работы потребовалось решить следующие задачи: I. Проведение систематических исследований спектрально-кинетических характеристик транзитного оптического поглощения и люминесценции образцов Сз1(Т1) различной предыстории при возбуждении импульсными пучками ускоренных электронов и лазерного излучения в широком временном, спектральном и температурном интервалах.

2. Отработка методик исследования процессов создания и преобразования ЦО в различных режимах оптической и термической обработки гамма-облученных образцов, измерения спектров возбуждения объемной фотопроводимости в образцах с различным содержанием таллия.

3. Проведение анализа и определение численных значений констант релаксационных и термоактивированных процессов. Разработка на основе полученных результатов модельных представлений о структуре первичных радиационных дефектов и устойчивых при комнатной температуре ЦО, о механизмах формирования сцинтилляционного импульса в кристаллах Св1(Т1) и накопления в их объеме ЦО под действием света ближнего УФ диапазона.

Научная новизна.

1. Впервые выполнены исследования спектрально-кинетических характеристик короткоживущего оптического поглощения, наводимого в кристаллах СвЦП) импульсными электронными пучками наносекундной длительности и показано, что первичными радиационными дефектами в этих кристаллах являются Т1° и Ук центры окраски;

2. На основе сопоставительного анализа кинетики затухания катодолюми-несценции и переходного оптического поглощения в широком температурном интервале 78 - 300 К установлено, что активаторная люминесценция в Сб1(Т1) возникает в результате туннельных электронных переходов между основными состояниями Т1° и V* центров;

3. Установлено, что происхождение нарастающей ветви сцинтилляционной вспышки кристалла Сз1(Т1) не связано с прыжковой миграцией автолокализо-ванных дырок, как это считалось ранее, а обусловлено процессом термической ионизации Т1° центров.

4. Впервые обнаружено явление возникновения токов сквозной проводимости кристаллов Св1(Т1) под действием фотонов с энергией много меньшей ширины запрещенной зоны и показано, что в кристаллах с содержанием таллия выше 4-10"3 вес. % формируется примесная подзона проводимости;

5. При изучении динамики накопления центров окраски под действием УФ излучения получены результаты, прямо свидетельствующие о том, что центры окраски типа (¡) и (и) имеют электрические заряды противоположного знака по отношению к решетке и показано, что ответственным за изменение сцинтилля-ционных характеристик в радиационно-окрашенных кристаллах Сэ1(Т1) является центр окраски со структурой в виде комплекса (Т12+ус );

6. Впервые предложена схема фотоиндуцированных электронных переходов с переносом заряда, адекватно описывающая явление образования центров

окраски в кристалле Csl(Tl) под действием видимого света;

7. Изучены спектрально-кинетические закономерности люминесценции ЦО и основных активаторных центров при оптическом возбуждении переходов в примесную подзону проводимости и показано, что инерционный процесс испускания люминесценции лимитируется передачей энергии центрам свечения с донорного 62P3i уровня Т1° центра;

8. Получены прямые экспериментальные свидетельства реализации в ра-диационно - окрашенном кристалле CsI(Tl) эффективного безьплучательного переноса энергии от основных активаторных центров к (i) центрам окраски посредством индуктивно-резонансного механизма.

Научная и практическая значимость работы. Полученные в ходе данной работы данные вносят существенный вклад в понимание процессов создания и эволюции первичных радиационных дефектов в кристаллах CsI(Tl) и могут быть использованы для создания новых сцинтилляторов с улучшенными рабочими характеристиками.

Защищаемые положения:

1. Первичными радиационными дефектами, создаваемыми в кристалле CsI(Tl) под действием наносекундных импульсных электронных пучков, являются Т1° и Vk центры окраски; активаторкая люминесценция в CsI(Tl) возникает в результате туннельных электронных переходов между основными состояниями Т1° и Vk центров без промежуточной стадии образования околопримесных двухгалоидных экситонов в триплетном спиновом состоянии.

2.Форма сцинтилляционного импульса при температурах вблизи комнатной обусловлена преимущественно двумя типами процессов: нарастающая ветвь определяется созданием излучающих комплексов [Tl°Vt] двух структурных морфологий в результате захвата Via центрами окраски термически высвобожденных с уровней Т1° центров электронов (элекгронно-рекомбинационный механизм испускания люминесценции); длительность затухания на спадающей ветви определяется временем жизни комплексов [Tl°Vk] до спонтанной туннельной излучательной аннигиляции.

3. Внутри запрещенной зоны широкощелевых кристаллов Csl с содержанием таллия выше 4-10"5 вес.% формируется примесная подзона проводимости, обусловленная 62Р3;2 состоянием Т1° центров.

4.Люминесценция центров окраски, ответственная за изменение спектра сцинтилляций в радиационно-окрашенных кристаллах CsI(Tl), обусловлена дырочными центрами со структурой в виде комплекса [Tl2+vc~]. Механизмом образования стабильных при комнатной температуре центров окраски под действи-

ем видимого света в кристалле СвЦТ!) является фотоиндуцированный перенос электронов валентной зоны на уровни ионов таллия, локализованных вблизи анионных либо катионных вакансий.

5.В кристалле СвЦИ) реализуется эффективный безызлучательный процесс переноса энергии от основных активаторных центров к (¡) центрам окраски со структурой [Т124"ус"] посредством индуктивно-резонансного механизма.

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: И, V и VI Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2005, 2008, 2009); III Всероссийской конференции молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-ем тысячелетии» (Томск, 2006); XII и XIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ» (Томск, 2006, 2007); X Международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах ФХП-10» (Кемерово, 2007); XI Международной школе-семинаре по люминесценции и лазерной физике (Иркутск, 2008); IV Уральском семинаре «Люминесцентные материалы и твердотельные детекторы ионизирующих излучений ТТД-2008» (Екатеринбург, 2008); 7-й Международной конференции "ШМОЕТЯ -2009" (Краков, Польша); 13-й Международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов 11РС-14 (Астана, Казахстан, 2009).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 125 страницах машинописного текста и содержит 51 рисунок и 7 таблиц. Список использованной литературы состоит из 135 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, представлены защищаемые положения и апробация работы.

В первой главе «Оптические свойства кристаллов С$1(Т1)» проводится обзор литературных данных по абсорбционным и люминесцентным свойствам кристалла Св1(Т1). Рассматриваются предложенные в различное время механизмы формирования сцинтилляций в видимой области спектра, а также модели наводимых в кристалле радиацией центров окраски.

В результате проведенного литературного обзора выявлено, что, несмотря на большое число работ, единого мнения о природе активаторной люминесценции на данный момент не существует. Также неясны механизмы образования устойчивых при комнатной температуре центров окраски, которые могут создаваться не только высокоэнергетическим, но и видимым излучением. Исходя из этого, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе «Объекты исследования и техника эксперимента» описаны объекты исследования и использованные в работе методы исследований с описанием экспериментальных установок. Объектами исследования являются монокристалл CsI(Tl) с различным содержанием таллия, выращенные в Институте сцинтилляционных материалов HAH Украины методом вытягивания на затравку в инертной атмосфере. Изучение процессов создания и эволюции дефектов кристаллической структуры, возникающих под действием импульсных электронных (0,25 МэВ, 1...200 А/см2, 15 не) и лазерных (А1203 - Nd3+, 1080 и 540 им, 30 не) пучков, проводилось на импульсном оптическом спектрометре в интервалах значений длин волн 240 - 1100 нм, температуры 78 -350 К с временным разрешением не хуже 7 не. Источниками оптического излучения в установках для исследования фотостимулированных эффектов накопления центров окраски, возбуждения люминесценции и объемной проводимости использовались горелка ртутной лампы ДРЛ-80, импульсный лазер ЛГИ-21 и дейтериевая лампа ДДС-400, соответственно.

В третьей главе «Центры окраски и люминесценция в кристаллах CsI(TI) при импульсном электронном облучении» приведены результаты комплексного исследования спектрально-кинетических характеристик транзитного оптического поглощения (ТОП) и люминесценции, наводимых в CsI(Tl) импульсным электронным облучением, а также их зависимости от температуры и плотности возбуждения. На основании полученных данных выработаны представления о механизмах формирования сцинтилляций в данном кристалле.

Спектры ТОП (рис. 1 а) хорошо описываются набором полос с параметрами, соответствующими известным для полос поглощения Vk центров (полосы при 3,0 и 1,9 эВ), Т1° центров (полосы при 1,35 и 2,25 эВ), а также полосы с максимумом при 2,5 эВ и полушириной 0,37 эВ. В спектрах ТОП отсутствуют полосы, которые можно отнести к электронному компоненту автолокализован-ного экситона (АЛЭ). Первичными дефектами, создаваемыми в кристалле CsI(Tl) под действием электронного облучения, являются, таким образом, пары Т1° и Vk центров окраски.

Спектральный состав импульсной КЛ в видимой области представлен

о

а

60

1

1 л б

3

2

Энергия, эВ

1

2,8

2,3

Энергия, об

1,8

Рис. 1. а - спектры оптического поглощения кристалла CsI(Tl), измеренные через

100 не (кривая У) и 50 мкс (кривая 2) после импульсного облучения; б - спектры катодолюминесценции CsI(Tl) в момент (1) и через 100 не после (2) импульсного облучения. Измерения при 80 К.

преимущественно полосами при 2,25 и 2,55 эВ (рис. 1 б), происхождение которых связывается с излучательной аннигиляцией двухгалоидных околоактива-торных экситонов двух различных структурных конфигураций. Коротковолновая полоса при 3,1 эВ обусловлена внутрицентровыми излучательными переходами в ионе активатора.

Начальные стадии затухания обоих типов спектров (и ТОП, и KJI) содержат по две выраженные экспоненциальные стадии с постоянными времени Ii = 3 мкс, tj = 13 мкс. Этот результат свидетельствует о корреляции между разрушением ЦО, ответственных за наблюдаемое поглощение, и затуханием люминесценции. Установлено также, что значения постоянных времени экспоненциального затухания не зависят от мощности облучения и сделан вывод о мономолекулярной природе релаксационных процессов в микросекундном временном интервале.

Поведение спектров ТОП и KJI на более поздней стадии затухания в мил-лисекундном и секундном временных диапазонах при 80 К характеризуется следующими закономерностями. Уменьшение оптической плотности со временем после облучения происходит однородно по всему спектру. Кинетические кривые спада D(t) не описываются никакой элементарной функцией (рис. 2 а), однако их форма хорошо соответствует зависимостям концентрации дефектов от времени, рассчитанным в рамках феноменологической теории многочастичных процессов для случая статической туннельной парной рекомбинации. Затухание люминесценции (рис. 2 б) описывается гиперболическим законом с показателями аппроксимации от ~ 1 (1,9 эВ) до ~ 2 (2,6 эВ) и, в отличие от ТОП, происходит неоднородно по спектру: свечение в коротковолновой части спектра

0.01

Ь X

о -V— 3.0

1.3

0,0001 0,01 1 Время, с

0.0001

0,001

Время, с

Рис.2. Медленные стадии затухания оптической

2,3 2,0 Энергия, Эв

Рис.3. Спектры КЛ С81(Т1), измеренные с различной временной задержкой относительно

плотности при 1,4 эВ (а) и люминесценции при 1,9 импулыиоблучения при 80 К: эВ (/, б) и 2,6 эВ (2,6) после облучения Св1(Т1) ;~10 -2Г10 '3~10 • при80К. 4~10 '-5-10 с-

затухает быстрее, чем в длинноволновой (рис. 2 б). Это приводит к плавному смещению со временем максимума спектра в низкоэнергетическую область (рис. 3), что также является типичным признаком туннельной люминесценции (т.н. «/-сдвиг» спектра). Подтверждением правильности предположения о туннельной природе рекомбинационных процессов является установление нами факта отсутствия влияния температуры на ход кинетических кривых экспоненциального затухания ТОП и КЛ в широком температурном интервале 78 - 170 К (рис. 5).

В целом, совокупность представленных результатов, прямо показывающих, что спектральный состав наводимого электронным облучением оптического поглощения обусловлен Т10 и Ук центрами окраски, разрушение которых сопровождается испусканием люминесценции в полосах при 2,25 и 2,55 эВ, фактически однозначно исключает возможность описания люминесцентного процесса в терминах модели излучательной аннигиляции двухгалоидных око-лоталлиевых экситонов и позволяет сделать вывод о том, что явления затухания ТОП и КЛ связаны с туннельными излучательными переходами электрона Т1° центра в основное состояние V* центра аналогично тому, как это происходит в донорно-акцепторных парах в полупроводниках. Согласно модели межпримесной излучательной рекомбинации ЕЕ-ХУНПапк, энергия фотонов йш и вероятность (частота) р = 1/т излучательных переходов тем выше, чем меньше расстояние г между рекомбинирующими партнерами в донорно-акцепторных парах:

где Ее - ширина запрещенной зоны, ЕвкЕл- уровни нейтральных донора и акцептора; q - заряд электрона, е - относительная статическая диэлектрическая проницаемость среды.

Вероятность излучательного перехода Б - А определяется перекрытием волновых функций электрона и дырки и экспоненциально убывает с увеличением расстояния:

р. (2) где ав - боровский радиус носителя заряда.

Согласно (1) и (2), наименьшее время рекомбинации и, соответственно, наибольшую энергию фотонов следует ожидать в случае расположения ре-комбинирующих партнеров в соседних узлах кристаллической решетки. В простой кубической решетке кристалла Сб1(Т1) такому расположению соответствует один из двух типов геометрической конфигурации комплексов [Т1°Ук], вид которых показан на рис. 4. В комплексе типа I расстояние между

аЛ шаИ

Т1 и Ук центром составляет величину г'ш г , а в комплексе типа II - ^ " г

(о -постоянная решетки).

Дискретностью значений и Гц и обусловлено, по нашему мнению, происхождение двух полос экспоненциально затухающей люминесценции. В соответствии с (1) и (2), полосу при 2,55 эВ с т = 3 мкс представляется логичным связать с налучательной рекомбинацией в комплексах типа I, а полосу

при 2,25 эВ с т = 14 мкс - в комплексах типа II.

При взаимодействии компонентов пар, находящихся на большем взаимном удалении, существенную роль начинает, по-видимому, играть экранировка со стороны разделяющих их ионов, дискретность решетки перестает проявляться и наблюдается лишь плавное «красное» смещение максимума спектра.

Существенное влияние температуры на кинетические характеристики КЛ сказывается при ее увеличении выше 170 К (Рис. 5, 6). С ростом Т в области 170 - 300 К наблюдается резкое сокращение длительности затухания и возникновение инерционной стадии разгорания при временах намного превышающих длительность импульса возбуждения (рис. б). Ранее возникновение этой стадии связывалось с образованием околоталлиевых экситонов в результате прыжковой диффузии Ук к Т1° центрам, однако проведенные нами эксперименты по варьированию в широких пределах плотности импульсного электронного пучка

Рис. 4. Модель двух типов близких пар [Т1°Ук] в решетке Сб1.

£0

£

s z

Ii

0,1

0,01

1». —

—^- 4. 5 \1\

ч1

1 - . О

б\

-1 -2 -3

0,011 0,009 0,007 0,005 0,003 1/T. 1/K

Рис. 5. Температурные зависимости амплитудных значений (7) и постоянных времени спада оптической плотности при 1,4 эВ (2,4,); постоянных времени затухания (5,5) и стадии нарастания (б) люминесценции при 2,25 эВ.

10000 5

giooo

5 100 £

10

--------~ -

£ ------------

i

о!?"

----------

------

0 2 4 Время, икс

Рис. 6. Осциллограммы вспышек КЛ кристалла Сэ1:4-10"2 вес.% Т1 при 2,25 эВ при различных значениях температуры: / - 78; 2 -120; 3 - 155; 4- 167; 5- 171; б- 189; 7199; 5-250 К.

позволили однозначно установить, что ответственный за стадию нарастания процесс имеет мономолекулярную природу и не связан, следовательно, с ре-комбинационной сборкой комплексов [Т1°Ук] в результате прыжковой диффузии Ук к одиночным Т1° центрам. Единственным альтернативным механизмом сборки таких комплексов является захват термически освобожденных с одиночных Т1° центров электронов на комплексы [Т1+Ук] (\\а центры). В таком представлении время экспоненциального нарастания ДО имеет смысл времени жизни электрона на Р-уровне Т1° центра до его термического освобождения. Время жизни (т„„) связано с температурой следующим образом:

•ЧгГ

(3)

Здесь р - вероятность термической ионизации Т1° центра, со - частотный фактор; Еа - энергия термической активации процесса. Найденное из наклона зависимости б на рис. 5 значение энергии термической активации Е„ = 0,13 ± 0,01 эВ имеет простой физический смысл энергетического зазора между основным 6гР\п состоянием Т1° центра и дном зоны проводимости, роль которой в кристаллах с высоким содержанием активатора выполняет, по нашим представлениям, примесная подзона таллия.

В четвертой главе «Фотоиндуцированные процессы с переносом заря-, да в кристалле С$ЦТ1)» приводятся экспериментальные результаты исследова-

ние

ния высоковозбужденных состояний короткоживущих центров окраски методом двухкаскадного возбуждения, а также сравнительных исследований спектров возбуждения фотопроводимости в кристаллах с различным содержанием активатора.

При двухкаскадном возбуждении облучение кристалла лазерным импульсом (1080 нм), который приходится на длинноволновый край полосы поглощения при 1,35 эВ, обусловленной, возбуждением переходов из основного 62Р1/2 в возбужденное 6:Рзд состояние Т1° центра, приводит к уменьшению оптической плотности в полосе поглощения Т1° центров (рис. 7 а). Процесс разрушения центров после лазерного воздействия описывается такой же временной зависимостью, что и после облучения первым, электронным, импульсом, и содержит экспоненциальные компоненты с т = 3 и 13 мкс. Эти компоненты обусловлены спонтанной излучательной аннигиляцией комплексов [Т1°Ук] двух структурных морфологий. Так как к моменту действия лазерного импульса большая часть таких комплексов уже разрушена, и в кристалле содержатся преимущественно

Время, мкс бремя, мкс

Рис. 7. Кинетические кривые оптической плотности при 1,6 эВ (а) и люминесценции при 2,25 эВ (б) Сз1(Т1) при последовательном возбуждении электронным пучком и лазерным излучением 1080 нм при 80 К.

изолированные друг от друга Т1° и Ук центры, то возникновение этих компонент следует считать обусловленным фотоиндуцированным переносом электронов от изолированных Т1° центров на У^д центры с образованием комплексов [Т!1^.

К такому же выводу приводят и результаты люминесцентных измерений при каскадном возбуждении (рис. 7 б). Крутой фронт нарастания импульса говорит о существовании малоинерционного механизма образования связок [Т1°Ук] под действием низкоэнергетического лазерного излучения.

Прямая экспериментальная проверка гипотезы о существовании примесной подзоны проводимости внутри запрещенной зоны кристаллов Сз1(Т1) была

î §

û ! ° §

f\2

и V

200

о 300

Длина волны, нм

400

Рис. 8, Спектры возбуждения объемной фотопроводимости кристаллов Св1 с содержанием Т1 0,00015 вес. % (/) и 0,05 вес. % (2). Тиэм ~ 295 К.

сделана на основе сравнительных исследований спектров возбуждения фотопроводимости в кристаллах с различным содержанием активатора. Измерения

тока проводились по нашей просьбе коллегами из Института сцинтилляционных материалов НАН Украины (г. Харьков).

В кристаллах с низким (0,00015 вес. %) содержанием таллия проводимость возникает под действием света из области края фундаментального поглощения Csl (2 на рис. 8). В кристаллах с высоким (0,05 вес. %) содержанием таллия максимум спектра возбуждения проводимости приходится на 330 нм (/ на рис. 8), что соответствует

длинноволновому краю А-полосы поглощения ТГ центров и является прямым доказательством существования в кристаллах CsI(Tl) примесной подзоны проводимости.

Приведенные выше результаты, демонстрирующие пространственный перенос электронов при оптическом возбуждении переходов 62Pin —»62РЗП в Т1° центрах при 80 К, позволяют считать ответственным за проводящее состояние кристалла именно возбужденный 62Pjq уровень Т1° центра.

В пятой главе «Образование центров окраски в CsI(TI)» представлены результаты сравнительного изучения оптико-абсорбционных характеристик центров окраски, создаваемых в кристалле CsI(TI) высокодозным у-облучением и фотонами с энергией значительно меньшей ширины запрещенной зоны кристалла.

В спектре наведенного у-радиацией С°Со, 1-Ю6 Гр) оптического поглощения образца CsI(Tl), измеренного при 295 К, наблюдаются полосы ЦО двух типов, обозначаемых (i) и (ii) (рис. 9,1.). Центры (ii) типа фо-300 400 500 600 700 soc 900 îoooiiocizoa тонеустойчивы и могут быть

„ „ „ Длина волны. НМ полностью разрушены светом

Рис. 9. Спектры оптического поглощения

кристаллов CsI(Tl): у-облученного (1), обес- из области полосы П0ГЛ0ЩеНИЯ цвеченного светом 436 нм (2) и отожженного этих Центров при 436 нм (2 на при 450 К (3).

рис. 9). Термически неустойчивые (¡) центры разрушаются при отжиге при 450 К (5 на рис. 9). В спектрах термически обесцвеченных кристаллах, по сравнению с необлученными, наблюдается сдвиг края спектра поглощения в длинноволновую сторону. Этот эффект связывается нами с влиянием кулоновского поля наведенных у-облучением собственных дефектов, таких как анионные и катионные вакансии, на уровни валентных электронов и уровни Р-состояния ТГ центров. Действительно, при создании вакансии в ближайшем окружении Т1+ центра следует ожидать понижения уровня Р(ТГ) в связке (Т1\,+) и повышения уровней энергии валентных электронов в связках (ТГус~). В обоих случаях ожидается возникновение разрешенных переходов с поглощением фотонов в более

S(Cs*)

-S(CsV)

Р<тГ) -

- -P(TI V)

^Jf (Vi-центр Р(1Ч")1

0,5 •

С 0,4 -

о 0,3

-10 0 10 20 30 40 50 Время, мин

Рис. 11. Кривые изменения оптической плотности после УФ облучения (365,4 нм) в течение минуты:

1 - при 2,69 эВ (центры (¡)),

2 - при 2,88 эВ (центры (и)).

Р(П 5(Т1У

Рис. 10. Зонная диаграмма кристалла CsI(Tl), содержащего одиночные вакансии анионов (О и катионов (vc~). Стрелками показаны разрешенные электронные переходы с поглощением фотонов из ближней УФ области.

длинноволновой области по сравнению с необлученным кристаллом (см. рис. 10).

Обесцвеченные высокотемпературным отжигом образцы при длительном хранении на свету вновь приобретали окраску, сопоставимую по интенсивности с наведенной у-радиацией. Изучение динамики накопления ЦО в режиме им-пульсно-периодического воздействия излучения ближнего УФ-диапазона показало, что кинетические кривые изменения оптической плотности (рис. 11) имеют две стадии. Первая стадия быстрого роста является общей для обоих типов центров. На протяжении медленной (многие десятки минут) стадии происходит уменьшение избыточного по отношению к исходному числу (ii) центров при синхронном нарастании числа (i) центров.

Инверсный ход зависимостей 1 и 2 на рис. 11 является серьезным аргументом в пользу заключения о том, что центры типов (¡) и (и) несут электрические заряды противоположного знака. Структура (И) центра в настоящее время представляется в виде комплекса Т1°у,\ в котором избыточный отрицательный заряд Т1° центра компенсируется анионной вакансией.

Природа ЦО (0 типа до настоящего времени не установлена, хотя именно эти центры являются ответственными за изменение сцинтилляционных характеристик радиационно-обпученных кристаллов С81(Т1).

Учитывая полученные данные, показывающие, что ЦО (1) и (н) имеют противоположные знаки, структуру центров типа (0 логично представить в виде антиморфного по отношению к (п) центру комплекса Т12\Г, в котором избыточный по отношению к решетке заряд Т1:+ центров стабилизируется отрицательно заряженными катионными вакансиями. Этот комплекс ориентирован в решетке по оси Сд, что хорошо согласуется с литературными данными.

В шестой главе «Люминесценция ЦО в силънооблученных кристаллах С$1(Т1)» приведены результаты исследования закономерностей люминесценции ЦО при электронном и импульсном оптическом возбуждении. Предложен механизм, позволяющий объяснить явление возбуждения люминесценции светом ближнего УФ диапазона.

3 2.5 2 1.5 1 2,5 2 1,5

Энергия. эБ Энергия, эВ

Рис. 12. Спектры КЛ, измеренные в момент окончания импульса облучения при 80 К: а - необлученный образец, б - окрашенный у-облучением.

Сопоставление спектров КЛ в исходном не облучавшемся и у-окрашенном образцах (а и б на рис. 12) позволяет выявить следующие изменения, вызванные центрами окраски:

• в спектре катодолюминесценции окрашенных кристаллов появляется новая полоса с максимумом при 2,1 эВ и полушириной 0,2 эВ. Полоса с такими параметрами наблюдалась ранее в спектрах фотолюминесценции окрашенных

кристаллов и считается обусловленной центрами окраски (1) типа;

• профиль спектра эмиссии окрашенного кристалла искажен глубоким узким провалом в области 2,59 эВ, соответствующей максимуму одной из полос поглощения (¡) центров.

Окрашивание кристалла приводит к сокращению длительности люминесценции, особенно на начальных стадиях. Значения постоянных времени затухания свечения в полосах 2,25 и 2,55 эВ сокращаются с 13 и 3,6 мкс до 10 и 3,0 мкс, соответственно. Кривая затухания катодолюминесценции при 2,1 эВ (рис. 13), хорошо описывается тремя экспонентами с постоянными времени 1,0, 3,0 и 10,0 мкс. Сокращение времени затухания свечения комплексов [Т1°Ук] в

ёод

0,01

к ------ ------

■у:* V

1 \

30

окрашенном кристалле, а также присутствие в кинетике затухания люминесценции (0 центров временных компонентов, типичных для люминесценции Т1+ центров, свидетельствуют о возможности безызлучательной передачи энергии центрам окраски от возбужденных акгиваторных ТГ центров.

Возникновение провала в спектре на рис. 12 б, как показали расчеты, не связано с ре-абсорбцией люминесценции ТГ центров центрами окраски (1) типа. Кроме того, контур провала соответствует именно спектру возбуждения люминесценции в полосе 2,1 эВ, а не спектру поглощения облученного кристалла. Поэтому мы считаем, что причиной обсуждаемых эффектов является передача энергии от комплексов [ПЧу к ЦО (¡) типа по более эффективному, чем перепогпощение, резонансному механизму. Как показали выполненные оценки, в использованных нами мощностных режимах возбуждения среднее расстояние между активаторным центром в возбужденном состоянии (донор) и центром окраски (акцептор) составляет величину около 100 - 200 нм, что соответствует выполнению условия реализации индуктивно- резонансного механизма передачи энергии.

При изучении характеристик люминесценции, возбуждаемой импульсами лазерного излучения (337 нм, 15 не), наблюдались закономерности, которые можно обобщить следующим образом (см. рис. 14):

• Заселение излучательных состояний ЦО после окончания импульса возбуждения обусловлено реализацией двух процессов: атермического и термиче-

о 10 20

Время, мкс Рис. 13. Кинетика затухания катодолюминесценции у-облученного кристалла при 2,1 эВ (80 К).

1000

0,012

0,002

ски активированного с энергией активации 0,035 эВ при не зависящем от температуры характеристическом времени затухания люминесценции ЦО.

• Увеличение интенсивности люминесценции ТГ центров с ростом Т характеризуется энергией термической активации 0,35 эВ и сопровождается пропорциональным сокращением постоянной времени затухания (зависимости 2,3 на рис. 14).

Собственные времена жизни Т12+ус~ и ТГ центров в излучательных состояниях составляют величину около 10 не, поэтому происхождение медленно затухающего компонента и синхронный характер затухания свечения центров обоих типов следует связать с существованием некоторого общего для них канала медленного заселения излучательных состояний центров путем передачи энергии с некоторого высоковозбужденного донорного уровня. Этот уровень спосо-

0,007 1/Т.1/К

Рис. 14. Температурные зависимости амплитудных значений интенсивности люминесценции неокрашенного кристалла при 2,25 эВ (/) и через 100 не после окончания импульса облучения 337 нм (2), 3 - температурная зависимость постоянной времени затухания люминесценции.

бен создаваться фотонами с энергией из области А-полосы поглощения Т1+ центров и имеет представленную кривой 3 на рис. 14 температурную зависимость времени жизни. Учитывая, что облучение С51(Т1) светом ближнего УФ диапазона сопровождается явлениями переноса заряда и, в частности, созданием Т1° центров, а также тот факт, что люминесценция основных активаторных центров может возникать при оптическом возбуждении частично разрешенных переходов б2Р1я 62Р3/2 в Т1° центре, для описания наблюдаемых закономерностей нами привлекаются процессы с участием основного и возбужденного состояний Т1° центра и возникновение медленно затухающей (т = 0,9 мке) стадии в кинетике люминесценции связывается нами с частично разрешенными излучательными переходами X —»Ф в Т1° центре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований с использованием методов импульсной абсорбционной и люминесцентной спектроскопии с наносекундным временным разрешением впервые изучены закономерности создания и эволюции первичных радиационных дефектов при облучении кристаллов CsI(Tl) импульсными пучками ускоренных электронов и лазерного излучения, а также накопления ЦО под действием оптического излучения ближнего УФ диапазона, влияние наводимых облучением ЦО на люминесцентные свойства CsI(Tl).

Основные результаты и выводы работы заключаются в следующем:

1.При исследовании спектрально-кинетических характеристик короткожи-вущих центров окраски и люминесценции, наводимых в активированных таллием кристаллах иодистого цезия при облучении импульсными электронными пучками, установлено, что первичными радиационными дефектами в кристалле CsI(Tl) являются Т1° и Vic центры окраски.

2.На основе сопоставительного анализа кинетики затухания катодолюми-несценции и переходного оптического поглощения в широком температурном интервале 78 - 300 К установлено, что активаторная люминесценция в CsI(TI) возникает в результате туннельных электронных переходов между основными состояниями Т1° и Vk центров. Длительность экспоненциального затухания люминесценции определяется временем жизни комплексов [Tl°Vk] двух структурных морфологий до спонтанной излучательной аннигиляции, без промежуточной стадии образования пертурбированных ионами Т1+ экситонов (12~е~)' в три-плетном спиновом состоянии.

3.При исследованиями влияния температуры и плотности импульсного пучка электронов на характеристики люминесценции установлено, что возникновение инерционной стадии разгорания при Т > 170 К не связано с созданием околопримесных двухгалоидных экситонов в результате прыжковой миграции Vk к Т1° центрам (дырочно-рекомбинационный механизм), как это считалось ранее, а обусловлено образованием комплексов [Tl°Vk] в результате захвата термически высвобожденных в 6Р (TJ) подзону проводимости электронов Т1° центров на комплексы [T1+VJ (элсктронно-рекомбинационный механизм).

4.Выполненными впервые исследованиями спектров возбуждения объемной проводимости кристаллов CsI(TI) установлен факт возникновения внутреннего фотоэффекта под действием фотонов го области 2,9 - 4,0 эВ и получены тем самым прямые экспериментальные свидетельства существования в этих кристаллах примесной подзоны проводимости.

5. Условием формирования примесной подзоны проводимости является взаимное перекрытие волновых функций 6Р состояния таллия. Показано, что соответствующее выполнению этого условия критическое значение расстояния между ионами примеси находится внутри диапазона (6 - 38) нм.

6. При изучении влияния у-облучения и высокотемпературного отжига на спектры оптического поглощения кристаллов Сз1(Т1) обнаружен эффект «длинноволнового смещения» края поглощения Т1+ центров. Этот эффект связывается с влиянием анионных и катионных вакансий, наведенных облучением, на энергетические уровни ионов ближайшего окружения. Предложена схема электронных переходов, впервые позволяющая объяснить возможность окрашивания кристаллов Св1(Т1) под действием дневного света.

7. При изучении динамики накопления ЦО под действием УФ излучения получены результаты, прямо свидетельствующие о том, что ЦО типа (0 и (¡0 имеют электрические заряды противоположного знака по отношению к решетке. Предложена модель (¡) центров в виде комплекса (Т12Ч>С~), в котором избыточный положительный заряд иона Т12* компенсируется отрицательным зарядом катионной вакансии.

8.Получены экспериментальные свидетельства реализации в окрашенном кристалле Св1(Т1) эффективного безызлучательного переноса энергии от основных активаторных центров к (¡) центрам окраски посредством индуктивно-резонансного механизма, а именно: возникновение провала в спектре излучения основных активаторных центров при 80 К, сокращение времен жизни комплексов Т1°Ук типа I и И, появление интенсивной полосы свечения ©-центров, в кинетике затухания которой содержатся те же временные стадии, что и в затухании люминесценции основных активаторных центров.

9. Предложена модель процессов, адекватно описывающая набор данных, полученных при изучении спектрально-кинетических характеристик импульсной фотолюминесценции ЦО, предполагающая, что свечение ЦО обусловлено передачей энергии с общего для них донорного уровня Ф состояния 62Рш Т1° центра, а свечение основных активаторных центров - передачей энергии с уровня X состояния 62Р3/2 Т1° центра.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мелешко А.А., Яковлев В.Ю. Импульсная катодолюминесценция монокристаллов CsI(Tl) // Материалы II Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». - Томск, 16-20мая2005.-С. 60 - 62.

2. Мелешко А.А., Яковлев В.Ю. Фотолюминесценция в кристаллах CsI(Tl) II Материалы III Всероссийской конференции молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии». - Томск, 2006. - С. 86 -88.

3. Яковлев В.Ю., Мелешко А.А. Свойства радиационных центров окраски в кристаллах CsI(Tl) // Материалы XII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ». - г. Томск, 27-31 марта 2006 г. - Т. 1.-С. 121-123.

4. Мелешко А.А., Трефилова Л.Н., Яковлев В.Ю. Центры окраски в сильно-облученных кристаллах CsI(Tl) // Материалы XIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ». - Томск, 26-30 марта 2007. - Т. 2. - С. 153 - 155.

5. L.Trefilova, B.Grinyov, V.Alekseev, I.Golub, V. Yakovlev, Meleshko A.A. Peculiarity of energy transfer in irradiated CsI(Tl) crystal // Известия вузов. Физика. -2006.-№ 10. Приложение.-С. 141-144.

6. L.Trefilova, B.Grinyov, V.Alekseev, I.Golub, V. Yakovlev, Meleshko A.A. The reasons the scintillation efficiency decrease of CsI(Tl) crystals exposed by the high-dosed radiation // Radiation Measurements. - 2007. - №42. - C. 839-842.

7. Мелешко A.A., Трефилова Л.Н., Яковлев В.Ю. Центры окраски и люминесценция в сильнооблученных кристаллах CsI(TI) // Материалы Международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах (ФХП-10)». - Кемерово, 10-12 октября 2007 г,- Т. 1. - С. 99 - 102.

8. Alekseev V., Golub I., Grinberg M., Grinyov В., Kornylo A., Meleshko A.A., Trefilova L., Yakovlev V. Resonant interaction of defects in irradiated CsI(Tl) crystals // Optical Materials. - 2008. - №30. - C. 711-713.

9. Yakovlev V., Meleshko A.A., Trefilova L. Color centers in heavily irradiated CsI(Tl) crystals // Journal of Luminescence. - 2008. - №128. - C. 1447-1453.

Ю.Мелешко A.A., Яковлев В.Ю. Импульсная фотолюминесценция у-окрашенных кристаллов CsI(Tl) // Материалы V Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». - Томск, 20-23 мая 2008. - С. 62 - 64.

1 l.Trefilova L., Grinyov В., Alekseev V., Mitichkin A., Yakovlev V.Yu., Melesh-ko A. Photo- and radiation-stimulated processes in CsI(Tl) crystals // IEEE Transactions on Nuclear Science, 2008. T. 55. - №3 - C. 1-7.

12.Мелешко A.A., Трефилова JI.H., Яковлев В.Ю. Время-разрешенная оптическая спектроскопия кристаллов CsI(Tl) // Тезисы докладов IV Уральского семинара «Люминесцентные материалы и твердотельные детекторы ионизирующих излучений (ТТД-2008)». Екатеринбург, 13-14 ноября 2008 г.: УГТУ-УПИ,

2008. - С. 89-90.

13.Yakovlev V., Trefilova L„ Meleshko A.A. Time-resolved optical spectroscopy of Csl(Tl) crystals by pulsed electron beam irradiation // Journal of Luminescence. -

2009. - №129. - C. 790-796.

14.Яковлев В.Ю., Трефилова Л.Н., Мелешко A.A., Ганжа Ю.С. Природа процессов люминесценции в CsI(Tl) при возбуждении импульсным электронным пучком // Изв. вузов. Физика. - 2009. - № 8/2. - С. 235 - 238.

15.Гринев Б., Трефилова Л., Кудин А., Алексеев В, Овчаренко Н., Шпилин-ская А., Яковлев В., Мелешко А. Роль активатора в образовании радиационных дефектов, ответственных за послесвечение CsI(Tl) // Изв. вузов. Физика. - 2009. -№8/2.-С. 34-37.

Подписано в печать 24.11.2009 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. 1,26. Тираж 110 экземпляров. Отпечатано ООО "CDS ff+4**«"- Заказ № 05/5. Адрес: 634034, г. Томск, ул. Усова, 4а-150, т. (38-22) 224-789

Список сокращений.

Введение

1. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ Сз1(Т1)

1.1. Спектры активаторного поглощения.

1.2. Радио- и фотолюминесценция кристаллов Сз1(Т1)

1.2.1. Спектры люминесценции

1.2.2. Кинетика люминесценции.

1.2.3. Запасание светосуммы и термостимулированная люминесценция.

1.2.4. Механизмы формирования сцинтилляций

1.2.4.1. Внутрицентровые переходы в ионе Т1+.

1.2.4.2. Донорно-акцепторные пары Т1°-Ук.

1.2.4.3. Автолокализованные экситоны, возмущенные ионом Т1+.

1.3. Оптические свойства радиационно-окрашенных кристаллов Сз1(Т1)

1.4. Модели ЦО

1.4.1. Р и Ук центры окраски

1.4.2. Т1° и Т12+центры

1.4.3. Сложные активаторные центры.

1.4.4. Комплекс Т1°Уа+.

1.5. Постановка задачи.

2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Измерение спектров стационарного поглощения.

2.2. Установка импульсной оптической спектрометрии

Импульс-1».

2.3. Измерение спектров фотопроводимости

3. ЦО И ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В КРИСТАЛЛАХ Сз1(Т1) ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ

3.1. Спектры ТОП и люминесценции при Т = 80 К

3.2. Кинетика затухания ТОП и люминесценции

3.3. Температурные зависимости ТОП и люминесценции

3.4. О механизме формирования сцинтилляций в кристалле Сб1(Т1)

3.5. Выводы по главе

4. ФОТОИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА В КРИСТАЛЛЕ Сб1(Т1)

4.1. Образование излучающих комплексов [Т1°Ук] при импульсном каскадном возбуждении.

4.2. Фотоиндуцированная проводимость.

4.3. Выводы по главе 4.

5. ОБРАЗОВАНИЕ ЦО В Сз1(Т1).

5.1. Спектры дополнительного поглощения у-облученных кристаллов.

5.2. Создание ЦО под действием света ближнего УФ диапазона.

5.2.1. Динамика накопления ЦО

5.2.2. Структура и механизмы образования ЦО.

5.3. Влияние термо- и фотобработки на спектры оптического поглощения у- и фотоокрашенных кристаллов.

5.4. Выводы по главе

6. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ЦО В СИЛЬНООБЛУЧЕННЫХ

КРИСТАЛЛАХ Сз1(Т1).

6.1. Импульсная катодолюминесценция радиационно-окрашенных кристаллов СбЦТГ)

6.2. О механизмах передачи энергии.

6.3. Закономерности люминесценции ЦО при импульсном оптическом возбуждении.

6.3.1. Спектры и кинетика затухания люминесценции ЦО при внутрицентровом и УФ возбуждении.

6.3.1.1. Т = 80 К.

6.3.1.2. Т = 295 К.

6.3.2. Влияние температуры на характеристики фотолюминесценции при импульсном возбуждении.

6.3.2.1. Люминесценция Т1 ус центров окраски.

6.3.2.2. Люминесценция основных активаторных центров „

6.3.3. О механизмах возбуждения люминесценции светом ближнего УФ диапазона.

6.4. Выводы по главе

Актуальность темы. Хотя в настоящее время появилось много новых коммерчески доступных сцинтилляторов, наиболее предпочтительным сцинтилляционным материалом по-прежнему является Сз1(Т1), открытый более пятидесяти лет назад. По своим свойствам кристалл Сз1(Т1) приближается к идеальному сцинтиллятору, так как он имеет очень высокую конверсионную эффективность (6400 фотонов/МэВ), относительно быстрое время затухания (680 не), высокую плотность (4,53г/см3) и Ъ^ (54), а также характеризуется высокой радиационной стойкостью. Широкое применение кристаллов Сз1(Т1) в сцинтилляционной технике стимулировало многочисленные исследования физических процессов, протекающих в этих кристаллах под действием излучения. В то же время, несмотря на обширную библиографию, остается не выясненным ряд принципиально важных вопросов, связанных с природой сцинтилляционного процесса в этом кристалле, а также с природой и механизмами образования устойчивых при комнатной температуре ЦО, которые могут создаваться в этом кристалле не только ионизирующей радиацией, но и под действием видимого света.

Так, анализ литературных данных показывает, что возникновение сцинтилляций в видимой области спектра вполне однозначно можно связать с рекомбинацией создаваемых под действием ионизирующей радиации Т1° и Ук центров, однако единого мнения о структуре создаваемых при этом центров свечения нет. В различное время выдвигались гипотезы о том, что излучение обусловлено внутрицентровыми переходами в ионе Т1+, донорно-акцепторной рекомбинацией между электронным Т1° и дырочным У^ центрами, излучательной аннигиляцией возмущенных ионами Т1+ двухгалоидных экситонов со структурой (1г~е)\ Прямых экспериментальных подтверждений правильности и однозначности какой-либо из моделей в литературе не приводится.

Формирование переднего фронта сцинтилляционного импульса при комнатной температуре традиционно связывается с захватом Т1° центрами подвижных выше 90 К Ук центров, но в такой интерпретации не находят объяснения факты несущественной зависимости длительности переднего фронта от сорта ионизирующих частиц (у, р, а, импульсные электронные пучки различной плотности). Существование подобных неоднозначностей препятствует формированию целостных представлений о механизмах люминесценции в кристалле Сз1(Т1).

Одной из особенностей этого кристалла является его способность к окрашиванию под действием света видимого диапазона. Известно, что создаваемые при этом ЦО эффективно конкурируют с основными активаторными центрами в процессе захвата электронных возбуждений, приводя к изменению спектрального состава и энергетического выхода сцинтилляций. Основные свойства ЦО и их характеристической люминесценции (спектральные, термические, поляризационные) были установлены еще в 50-е гг. прошлого века, однако относительно их структуры, а также причин существенного влияния на люминесцентные свойства Сз1(Т1) какой-либо устоявшейся и надежно аргументированной точки зрения не существует. Более того, не обсуждается и даже не ставится вопрос о возможных механизмах образования ЦО под действием видимого света.

Во многом это связано с отсутствием информации систематического характера о динамике излучательных процессов, составе и кинетике эволюции первичных радиационных дефектов в активированных таллием кристаллах иодида цезия.

Знание природы ЦО и люминесценции, структуры энергетических состояний и механизмов релаксации, туннелирования и термически стимулированных процессов в Сб1(Т1) существенно для развития теории щелочных галоидов, легированных шпионами. Кроме того, понимание оптических свойств Сз1(Т1) также необходимо для нахождения оптимальных эксплуатационных качеств этого материала, так как кристаллы, Сз1(Т1) широко используются в качестве сцинтилляторов.

В связи с этим представляется перспективным наряду с традиционной люминесцентной методикой использовать метод абсорбционной спектроскопии с наносекундным временным разрешением, что позволит значительно повысить достоверность идентификации получаемой информации о природе создаваемых радиацией дефектов и динамике рекомбинационных процессов в нано-, микро- и миллисекундном диапазонах.

Цель работы и задачи исследования.

Целью диссертации является проведение комплексного исследования закономерностей создания и эволюции первичных радиационных дефектов (короткоживущих ЦО и люминесценции) при облучении кристаллов Сз1(Т1) импульсными пучками ускоренных электронов и лазерного излучения, а также накопления ЦО под действием оптического излучения и их влияния на люминесцентные свойства Сб1(Т1).

Для достижения цели работы потребовалось решить следующие задачи'.

1. Проведение систематических исследований спектрально-кинетических характеристик транзитного оптического поглощения и люминесценции образцов Сб1(Т1) различной предыстории при возбуждении импульсными пучками ускоренных электронов и лазерного излучения в широком временном, спектральном и температурном интервалах.

2. Отработка методик исследования процессов создания и преобразования ЦО в различных режимах оптической и термической обработки гамма-облученных образцов, измерения спектров возбуждения объемной фотопроводимости в образцах с различным содержанием таллия.

3. Проведение анализа и определение численных значений констант релаксационных и термоактивированных процессов. Разработка на основе полученных результатов модельных представлений о структуре первичных радиационных дефектов и устойчивых при комнатной температуре ЦО, о механизмах формирования сцинтилляционного импульса в кристаллах

Сб1(Т1) и накопления в их объеме ЦО под действием света ближнего УФ диапазона.

Научная новизна.

1. Впервые выполнены исследования спектрально-кинетических характеристик короткоживущего оптического поглощения, наводимого в кристаллах Сз1(Т1) импульсными электронными пучками наносекундной длительности и показано, что первичными радиационными дефектами в этих кристаллах являются Т1° и Ук центры окраски;

2. На основе сопоставительного анализа кинетики затухания катодолюминесценции и переходного оптического поглощения в широком температурном интервале 78 - 300 К установлено, что активаторная люминесценция в Сз1(Т1) возникает в результате туннельных электронных переходов между основными состояниями Т1° и Ук центров;

3. Впервые обнаружено явление возникновения токов сквозной проводимости кристаллов Сз1(Т1) под действием фотонов с энергией много меньшей ширины запрещенной зоны и показано, что в кристаллах с

•7 содержанием таллия выше 4-10" вес. % формируется примесная подзона проводимости.

4. При изучении динамики накопления центров окраски под действием УФ излучения получены результаты, прямо свидетельствующие о том, что центры окраски типа (1) и (и) имеют электрические заряды противоположного знака по отношению к решетке и показано, что ответственным за изменение сцинтилляционных характеристик в радиационно-окрашенных кристаллах Сз1(Т1) является центр окраски со структурой в виде комплекса (Т12+у<Г).

5. Впервые предложена схема фотоиндуцированных электронных переходов с переносом заряда, адекватно описывающая явление образования центров окраски в кристалле Сз1(Т1) под действием видимого света;

6. Изучены спектрально-кинетические закономерности люминесценции ЦО и основных активаторных центров при оптическом возбуждении переходов в примесную подзону проводимости и показано, что инерционный процесс испускания люминесценции лимитируется передачей энергии

2 О центрам свечения с донорного 6 Р3/2 уровня Т1 центра.

7. Получены прямые экспериментальные свидетельства реализации в окрашенном кристалле Сз1(Т1) эффективного безызлучательного переноса энергии от основных активаторных центров к (V) центрам окраски посредством индуктивно-резонансного механизма.

Научная и практическая значимость работы. Полученные в ходе данной работы данные вносят вклад в понимание процессов создания и эволюции первичных радиационных дефектов в кристаллах Сз1(Т1) и могут быть использованы для создания новых сцинтилляторов с улучшенными характеристиками.

Защищаемые положения:

1. Первичными радиационными дефектами, создаваемыми в кристалле Сз1(Т1) под действием наносекундных импульсных электронных пучков, являются Т1° и Ук центры окраски; активаторная люминесценция в Сз1(Т1) возникает в результате туннельных электронных переходов между основными состояниями Т1° и Ук центров без промежуточной стадии образования околопримесных двухгалоидных экситонов в триплетном спиновом состоянии, как это считалось ранее.

2. Форма сцинтилляционного импульса при комнатной температуре определяется преимущественно двумя типами процессов: нарастающая ветвь определяется созданием излучающих комплексов [Т1°Ук] двух структурных морфологий в результате захвата УкА центрами окраски термически высвобожденных с уровней Т1° центров электронов (электронно-рекомбинационный механизм испускания люминесценции); длительность затухания на спадающей ветви определяется временем жизни комплексов [Т1°Ук] до спонтанной туннельной излучательной аннигиляции.

3. Внутри запрещенной зоны широкощелевых кристаллов Сб1 с т содержанием таллия выше 4*10 вес.% формируется примесная подзона

2 О проводимости, обусловленная 6 Р3/2 состоянием Т1 центров.

4. Люминесценция центров окраски, ответственная за изменение спектра сцинтилляций в радиационно-окрашенных кристаллах Сз1(Т1), обусловлена дырочными центрами со структурой в виде комплекса [Т1~ ус"]. Механизмом образования стабильных при комнатной температуре центров окраски под действием видимого света в кристалле Сз1(Т1) является фотоиндуцированный перенос электронов валентной зоны на уровни ионов таллия, локализованных вблизи анионных либо катионных вакансий.

5. В кристалле Сз1(Т1) реализуется эффективный безызлучательный процесс переноса энергии от основных активаторных центров к (¡) центрам окраски со структурой [Т1~ ус ] посредством индуктивно-резонансного механизма.

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: II, V и VI Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2005, 2008, 2009); III Всероссийской конференции молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-ем тысячелетии» (Томск, 2006); XII и XIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ» (Томск, 2006, 2007); X Международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах ФХП-10» (Кемерово, 2007); XI Международной школе-семинаре по люминесценции и лазерной физике (Иркутск, 2008); IV Уральском семинаре «Люминесцентные материалы и твердотельные детекторы ионизирующих излучений ТТД-2008» (Екатеринбург, 2008); 13-й Международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов КРС-14 (Астана, Казахстан, 2009).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ. Основное содержание диссертации отражено в 7 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 136 наименований. Основная часть работы изложена на 111 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 7 таблиц.

Основные результаты и выводы работы заключаются в следующем:

1. Первичными радиационными дефектами, создаваемыми в кристалле Сз1(Т1) импульсным электронным пучком, являются Т1° и Ук центры окраски.

Активаторная люминесценция в Сз1(Т1) возникает в результате туннельных электронных переходов между основными состояниями Т1° и Ук центров: Длительность экспоненциального затухания люминесценции* определяется временем жизни комплексов [Т1°Ук] двух структурных морфологий до спонтанной излучательной аннигиляции, без промежуточной стадии образования пертурбированных ионами Т1+ экситонов (12~е~)* в триплетном спиновом состоянии.

2. Возникновение инерционной стадии разгорания активаторной люминесценции при Т>170К не связано с созданием околопримесных двухгалоидных экситонов в результате прыжковой миграции Ук к Т1° центрам (дырочно-рекомбинационный механизм), как это считалось ранее, а обусловлено образованием комплексов [Т1°Ук] в результате захвата термически высвобожденных в 6Р (Т1) подзону проводимости электронов Т1° центров на комплексы [ГГ1^] (электронно-рекомбинационный механизм).

3. Опытами по импульсному каскадному возбуждению кристаллов Сз1(Т1) установлено, что оптическое возбуждение переходов б2Р1/2 —>62Р3/2 в Т1° центрах при 80 К приводит к созданию комплексов [П"^] двух структурных морфологий. Показано, что образование этих комплексов является результатом фотоиндуцированного переноса электронов от одиночных Т1° центров на уровни Укл центров, минуя собственную 68(Сб+) зону проводимости.

4. Выполненными впервые исследованиями спектров возбуждения объемной проводимости кристаллов Сз1(Т1) установлен факт возникновения токов проводимости под действием фотонов из области 2,9 - 4,0 эВ и получены тем самым прямые экспериментальные свидетельства существования в этих кристаллах примесной подзоны проводимости.

Условием формирования примесной подзоны проводимости является взаимное перекрытие волновых функций 6Р состояния таллия. Показано, что соответствующее выполнению этого условия критическое значение расстояния между ионами примеси находится внутри диапазона (6 — 38) нм.

5. При изучении влияния у-облучения и высокотемпературного отжига на спектры оптического поглощения кристаллов Сз1(Т1) обнаружен эффект «длинноволнового смещения» края поглощения Т1+ центров. Этот эффект связывается с влиянием анионных и катионных вакансий, наведенных облучением, на энергетические уровни ионов ближайшего окружения. Предложена схема электронных переходов, впервые позволяющая объяснить возможность окрашивания кристаллов Сз1(Т1) под действием дневного света.

6. При изучении динамики накопления ЦО под действием УФ излучения получены результаты, прямо свидетельствующие о том, что ЦО типа 0) и (И) имеют электрические заряды противоположного знака по отношению к решетке. Предложена модель (V) центров в виде комплекса (Т12+ус-), в котором избыточный положительный заряд иона Т12+ компенсируется отрицательным зарядом катионной вакансии.

7. Получены экспериментальные свидетельства реализации в окрашенном кристалле Сз1(Т1) эффективного безызлучательного переноса энергии от основных активаторных центров к (1) центрам окраски посредством индуктивно-резонансного механизма, а именно: возникновение провала в спектре излучения основных активаторных центров при 80 К, сокращение времен жизни комплексов Т1°Ук типа I и II, появление интенсивной полосы свечения (^-центров, присутствие в кинетике затухания полосы (1) центров временных стадий, характерных для Т1°Ук центров.

8. Предложена модель процессов, адекватно описывающая набор данных, полученных при изучении спектральных и температурно-зависящих характеристик фотостимулированной люминесценции ЦО, предполагающая, что свечение ЦО обусловлено передачей энергии с общего для них

2 , 0 донорного уровня Ф состояния 6 Р1/2 Т1 центра, а свечение основных активаторных центров - передачей энергии с уровня X состояния 62Рз/2 Т1° центра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований с использованием методов импульсной абсорбционной и люминесцентной спектроскопии с наносекундным временным разрешением впервые изучены закономерности создания и эволюции первичных радиационных дефектов при облучении кристаллов Сз1(Т1) импульсными пучками ускоренных электронов и лазерного излучения, а также накопления ЦО под действием оптического излучения ближнего УФ диапазона и их влияние на люминесцентные свойства Сз1(Т1).

1. Моргенштерн З.Л., Щукин И.П. Люминесценция центров окраски в кристаллах Cs1.Tl) // Оптика и спектроскопия. — 1956. - Т. 1, №2. - С. 190-197.

2. Яковлев В.Ю. Создание центров окраски в кристаллах Csl при импульсном электронном облучении // ФТТ. 1984. - Т. 26, вып. 11. - С. 3334-3337.

3. Nagirnyi V., Stolovich A., Zazubovich S. Pecularities of triplet relaxed excited-state structure and luminescence of a CsI:Tl crystal // J. Phys.: Condens. Matter. 1995. -V. 7. - P. 3637-3653.

4. Spaeth J-M., Meise W., Song K.S. The nature of x-ray-induced luminescence and hole centers in CsI:Tl studied by optically detected electron paramagnetic resonance // J. Phys.: Condens. Matter. 1994. -V. 6. - P. 3999-4008.

5. Quaranta A., Gramegna F., Kravchuk V., Scian C. Radiation damage mechanisms in CsI(Tl) studied by ion beam induced luminescence // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res.: B. 2008. - V. 266. - P. 2723-2728.

6. Masunaga S., Morita I., Ishiguro M. Optical properties of CsI:Tl, CsBs:Tl // J. Phys. Soc. Japan. 1966. -V. 21, №24. - P. 638-644.

7. Stillman M.J., Jacobs P.W.M., Oyama Cannon K., Simkin D.J. Absorption and magnetic circular dichroism spectra of CsI:Tl+ // Phys. Status Solidi b. -1984.-V. 124.-P. 261-270.

8. Chernov S.A., Trinkler L., Popov A.I. Photo- and thermo-stimulated luminescence of Csl-Tl crystal after UV light irradiation at 80 К // Radiation Effects and Defects in Solids. 1998. - V. 143. - P. 345-355.

9. Simkin D.J., Belliveau T.F., Sivasankar V.S. et al. Luminescence of In+ and Tl+ in Alkali halides with the cesium chloride structure // J. Lumin. 1984. -V. 31, №2.-P. 320-322.

10. Asami K., Naka Т., Ishiguro M. Assignment of the Optical Absorption Bands in CsI:Tl and CsBr:Tl by Application of High Pressure // Phys. Status Solidi b.- 1981.-V. 104, №1.-P. 145-149.

11. Asami К., Ishiguro M. Pressure Effects on the Absorption and Emission of FA Centers in KC1 // Phys. Status Solidi b. 1983. - V. 120, №2. - P. 205209.

12. Asami K., Ishiguro M. Emission spectra in KI:T1 and RbI:Tl phosphors with CsCl-type structure // Phys. Rev. B. 1979. - V. 19, №11. - P. 5902-5905.

13. Eppler R.A., Drickamer H.G. The effect of pressure on the spectra of the Tl+ ion in alkali halide lattices // J. Phys. Chem. Solids. 1958. - V. 6, №2-3. -P. 180-183.

14. Masunaga S., Ishiguro M. Absorption Spectra of Rubidium Halide-Thallium Phosphors with the CsCl-Type Structure // J. Phys. Soc. Japan. 1968. - V. 25, №5.-P. 1337-1342.

15. Гутан В.Б., Шамовский JI.M., Дунина А.А., Горобец Б.С. Два типа центров люминесценции в CsI(Tl) // Оптика и спектроскопия. 1974. -Т. 37, вып.4.-С.717-723.

16. Gwin R., Murray R.B. Scintillation process in CsI(Tl) // Phys. Rev. 1963. -V. 131, №2.-P. 501-508.

17. Woody C.L., Kierstead J.A., Levy P.W., Stoll S. Radiation Damage in undoped Csl and CsI(Tl). // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1992. - V.39, №4. - P. 524-531.

18. Babin V., Kalder K., Krasnikov A., Zazubovich S. Luminescence and defects creation under photoexcitation of CsI:Tl crystals in Tl+ -related absorption bands // J. Lumin. 2002. - V. 96. - P. 75-78.

19. Nikl M., Hlinka J., Mihokova E. et al. Decay kinetics of CsI:Tl luminescence excited in the A absorption band // J. Phys.: Condens. Matter. 1994. - V. 6. -P. 293-300.

20. Ranfagni A., Mugnai D., Bacci M. et al. The optical properties of thalliumlike impurities in alkali halide crystals // Adv. Phys. 1983. - V. 32, №6. - P. 823-905.

21. Jacobs P.W.M. Alkali halide crystals containing impurity ions with the ns2 ground-state electronic configuration // J. Phys. Chem. Solids. 1991. - V.52, №1.-p. 35-67.

22. Zazubovich S. Polarization spectroscopy of ns2 impurity ions in alkali halides I I Int. J. Mod Phys. В. 1994. - V. 8. - P. 985-1031.

23. Nagirnyi V., Zazubovich S., Zepelin V. et al. A new model for the visible emission of the CsI:Tl crystal // Chem. Phys. Lett. 1994. -V. 227, №4-5. -P. 533-538.

24. Song K.S., Williams R.T. Self Trapped Excitons / ed. M. Carbona et al. -Berlin: Springer. 1993. -105 p.

25. Закис Ю.Р., Канторович JI.H., Котомин E.A., и др. Модели процессов в широкощелевых твердых телах с дефектами. Рига: Зинатне. - 1991. -382 с.

26. Боган Я.Р., Валбис Я.А., Кандерс У.К. Туннельная люминесценция чистых и активированных Т1 и Ag щелочно-галоидных кристаллов // Изв. АН ЛатвССР: Сер. Физ. и Техн. Наук. 1973. - Т 73. - С. 741-746.

27. Чернов С.А., Попов А.И., Тринклер Л.Э. Процессы возбуждения люминесценции в сцинтилляционном кристалле CsI(Tl) // Оптика и спектроскопия. 1996. - Т. 80, №4. - С. 661-664.

28. Valentine J.D., Moses W.W., Derenzo S.E. et al. Temperature dependence of Csl(TI) gamma-ray excited scintillation characteristics // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res.: A. 1993. -V. 325. - P. 147-157.

29. Babin V., Fabeni P., Kalder K. et al. Photo- and thermally stimulated luminescence and defects in UV-irradiated CsI:Tl and CsI:Pb crystals // Rad. Meas. 1998. - V. 29. - P. 333-335.

30. Barland M., Duval E., Nouailhat A., Aegerter M. Migration of Vk centers in Csl crystal // J. Phys. C: Solid State Phys. 1981. - V. 14, №29. - P. 42374245.

31. Song K.S. On the migration of Vk-centers in alkali halides // J. Phys. Chem. Solids.-V. 31, №6.-P. 1389-1397.

32. Pilloud J.J., Jaccard C. Dynamic properties of X2~ centres in cesium halides // Phys. Stat. Sol. B. 1979. -V. 92. - P. 233-239.

33. Sidler Т., Pellaux J.-P., Nouailhat A., Aegerter M.A. Study of Vk centres in Csl crystals // Sol. State Commun. 1973. - V. 13, №4. - P. 479-482.

34. Pellaux J.-P., Sidler Т., Nouailhat A., Aegerter M.A. Radio and thermoluminescence studies in Csl doped with F centres // Sol. State Commun. 1973. -V. 13, №7. - P. 979-981.

35. Лущик Ч.Б. Электронные возбуждения и электронные процессы в люминесцирующих ионных кристаллах // Труды ИФА АН ЭССР. 1966. -№31.-С. 19-83.

36. Fukuda A. Jahn-Teller effect on the structure of the emission produced by excitation in the A band of KT.Tl-type phosphors. Two types of minimum on the Г4(3Т14) adiabatic potential-energy surface // Phys. Rev. B. 1970. -№1. -P. 4161-4178.

37. Seitz F. Imperfections in Nearly Perfect Crystals / ed. by W. Shockley. New York: Wiley. - 1952. - 490 p.

38. Illingworth R. Luminescence decay of KI(T1), KBr(Tl), and KCl(Tl) // Phys. Rev. A 1964. -V. 13, № 2. - P. 508-517.

39. Donahue J., Teegarden K. Luminescence from Perturbed Exiton States // J. Phys. Chem. Sol. 1968. -V. 29, №12. - P. 2141-2151.

40. Towayama Т., Morita I., Ishiguro M. The Luminescence in CsI:Tl // J. Phys. Soc. Japan.-1968.-V. 25, №4.-P. 1133-1138.

41. Song K.S., Leung C.H., Spaeth J.M. Zero-field splitting of the self-trapped exciton in alkali fluorides and alkaline-earth fluorides // J. Phys.: Condens. Matter. 1990. -V. 2, № 30. - P. 6373-6379.

42. Song K.S., Leung C.H. A theoretical study of the pi -luminescence from self-trapped excitons in alkali halide crystals // J. Phys.: Condens. Matter. 1989. -V. 1, № 44. - P. 8425-8435.

43. Song K.S., Baetzold R.C. Structure of the self-trapped exciton and nascent Frenkel pair in alkali halides: An ab initio study // Phys. Rev. B. 1992. - V. 46.-P. 1960-1969.

44. Baetzold R.C., Song K.S. Transient absorption energies of the self-trapped exciton in alkali halide crystals // Phys. Rev. B. 1993. - V. 47. - P. 1199— 1202.

45. Williams R.T., Song K.S., Faust W.L., Leung C.H. Off-center self-trapped excitons and creation of lattice defects in alkali halide crystals // Phys. Rev. B. 1986. -V. 33. - P. 7232-7240.

46. Kan'no К., Tanaka K., Kosaka H. et al. Decay time measurements of intrinsic luminescence in alkali halides using single-bunched light pulses from UVSOR // Phys. Scr. — 1990. -V. 41, №4. P. 120-123.

47. Kan'no K., Tanaka K., Hayashi T. New aspects of intrinsic luminescence in alkali halides // Rev. Solid State Sci. 1990. - V. 4. - P. 383-386.

48. Matsumoto Т., Kawata Т., Miyamoto A., Kan'no K. Time-resolved spectroscopic study on the type I self-trapped excitons in alkali halide crystals. I. Emission spectra and decay behavior // J. Phys. Soc. Japan. -1992. V. 61, № 11. - P. 4229-4241.

49. Matsumoto Т., Kawata Т., Miyamoto A., Kan'no K. Proc. 12th Int. conf. on defects in insulating materials / ed. O. Kanert, J.-M. Spaeth. Singapore: World Scientific. - 1993, P. 327-329.

50. Rabin H., Klick C.C. Formation of F centers at low and room temperatures // Phys. Rev.-1960.-V. 117, №4.-P. 1005-1010.

51. Townsend P.D. A new interpretation of the Rabin and Klick diagram // J. Phys. Chem: Solid State Phys. 1973. -V. 6. - P. 961-966.

52. Смольская Л.П., Колесникова Т.A. // Оптика и спектроскопия. 1979. -Т. 47.-С. 292-295.

53. Ковалева Л.В., Нагорная Л.Л., Шпилинская Л.Н. Влияниекислородсодержащих примесей на окрашиваемость кристаллов CsI(T^) // Рост и свойства кристаллов. Харьков: ВНИИ монокристаллов. -1980.-№6.-С. 24-27.

54. Смольская Л.П. Фотохимическое и радиационное окрашивание детекторов ионизирующих излучений на основе иодидов щелочных металлов // Изв. АН СССР Сер. физ. 1986. - Т. 50, №3 - С. 547-550.

55. Смольская Л.П., Колесникова Т.А. Фотохимическое и радиационное окрашивание детекторов CsI(T¿) // ЖПС. 1986. - №1.- С. 2-15.

56. Trefilova L.N., Kudin A.M., Kovaleva L.V. et al. Role of sodium in radiation defect formation in Csl ciystals // Rad. Meas. 2001. - V. 33. - P. 687-692.

57. Трефилова JI.H. Роль примесных ионов СОз " в процессах создания центров свечения и окраски в кристаллах иодида цезия: Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.10. Харьков. -2000. - 151с.

58. Березин И.А., Горбачев В.М., Кузянов В.В. и др. Радиационные эффекты в монокристаллах иодистого цезия, активированного таллием, при воздействии гамма-излучения // Атомная энергия. 1973. - Т. 35, №5. -С. 364-366.

59. Феофилов. П.П. Анизотропия люминесценцирующих центров окраски в кристаллах CsI(Tl) // Оптика и спектроскопия. 1956. - Т. 1. - С. 952954.

60. Зазубович С.Г., Штанько В.И. Парные активаторные центры окраски в кристалле CsBr(In) // Оптика и спектроскопия. 1970. - Т. 29, №.1. -С. 109-118.

61. Осьминин B.C., Зазубович С.Г. Поляризованная люминесценция парных активаторных центров в необлученных и в рентгенизированных кристаллах CsBr(Ga) и CsI(Ga) // Оптика и спектроскопия. 1970. - Т. 29, №.5.-С. 925-930.

62. Медников А.К., Штанько В.И. Люминесценция сложных активаторных центров в кристаллах галогенидов цезия // Труды 25 Всесоюзной конференции по люминесценции. — Львов. 1978. - С. 88-90.

63. Медников А.К., Штанько В.И. Радиационные превращения в кристаллах CsI(Tl) // Технология, процессы, аппараты и качество промышленных люминофоров. Ставрополь: ВНИИ люминофоров. - 1978. - С. 61-65.

64. Trefilova L., Charkina Т., Kudin A. et al. Radiation defects creation in CsI(Tl) crystals and their luminescence properties // J. Lumin. 2003. - V. 102-103.-P. 543-550.

65. Van Puymbroeck W., Andriessen J., Schoemaker D. Complex Ga°(4p1) and In^P1) in KC1. Electron-spin-resonance study // Phys. Rev. B. 1981. - V. 24, №5.-P. 2412-2429.

66. Нагли JI.E., Станько Н.Г. Фотоионизация ионов Т1+ в кристалле КС1-Т1, NaCl-Tl интенсивным возбуждением в А-полосе поглощения // Изв. АН Латв. ССР. 1986. - № 3. - С. 30-35.

67. Dietrich Н.В., Purdy А.Е., Murray R.B., Williams R.T. Kinetics of self-trapped holes in alkali-halide crystals: experiments in Nal(Tl) and KI(T1) // Phys. Rev. B. 1973. - V. 8, №12. - P. 5894-5901.

68. Rogulis U., Spaeth J.-M., Cabria I. et al. Optical properties of Tl2+ hole centres in alkali halides. Part I: Investigation with optical detection of paramagnetic resonance // J. Phys.: Condens. Matter. 1998. - №10. - P. 6473- 6482.

69. Hadley W.B., Polick S., Kaufman R.G., Hersh H.N. Energy storage and luminescence in KI:T1 at low temperatures // J. Chem. Phys. — 1966. — V. 45, №6.-P. 2040-2048.

70. Hersh H.N. Color centers in KI containing impurity electron acceptors KI-T1 // J. Chem. Phys. 1959. - V. 30. - P. 790-800.

71. Кинк P.А. Дис. д-ра. физ.-мат. наук. 1968.

72. Михальченко Г.А., Кондратько М.Я., Виноградова Т.Г. Стабильные центры окраски в галогенидах цезия // ЖПС. 1966. - №4. - С.278-280.

73. Штанько В.И. Коллоидообразование в кристаллах CsBr-In, инициируемое ионизирующим излучением: Автореф. дисс. канд. хим. наук: физическая химия № 073. Ленинград, 1969. - 19 с.

74. Rogulis U., Spaeth J.-M., Elsts Е., Dolgopolova A. Tl-related radiation defects in CsI(Tl) // Rad. Meas. 2004. - V. 38. - P. 389-392.

75. Globus M.E., Grinyov B.V. // Inorganic scintillation crystals: new and traditional materials. Kharkov, Ukraine: Acta Press. - 2000. - P. 146-153.

76. Baranov P.G., Khramtsov A. EPR study of impurity colour centres in P-state in alkali halides // Phys. Stat. Solidi B. 1980. - V. 101. - P. 153-161.

77. Goovaerts E., Andriessen J., Nistor S.V., Schoemaker D. Electron-spin-resonance study of the atom defects in KC1 and relativistic many-body analysis of the hyperfine structure. // Phys. Rev. B. 1981. - V. 24. - P. 2949.

78. Ueta M., Kondo Y., Hirai M., Yoshinary T. F-centre formation in KC1 by a pulsed electron beam at 80 К // J. Phys. Soc. Japan 1969. - V. 26, №4. - P. 1000-1006.

79. Биллер B.K., Яковлев В.Ю. Радиационное создание дефектов в кристаллах KI при облучении мощным потоком электронов наносекундной длительности // ФТТ. 1980. - Т. 22, вып. 8. - С. 22502252.

80. Парфианович И.А., Пензина Э.Э. Электронные центры окраски в ионных кристаллах. Иркутск: Вост.-Сиб. кн. Изд. 1977, - 208 с.

81. Герш Х.Н. В кн.: Центры окраски в ЩГК. М.: Иностр. Лит. 1958. - С. 150-153.

82. Konitzer J., Hersh. Н. Color centers in X-rayed or ultraviolet-irradiated potassium iodide // J. Phys. Chem. Sol. 1966. -V. 27, №4. - P. 771-781.

83. Goryletsky V.I., Zaslavsky B.G., Kudin A.M. et al. // Materials of electronic engineering, Moscow, MISiS. 2000. - P. 37-40.

84. Полосы поглощения F-центров только при малых конц. Т1

85. Avakian P., Smakula A. Color centers in cesium halide single crystals // Phys. Rev. 1960. - V. 131, №6. - P. 2007-2014.

86. Rabin H., Schulman J.H. Color centres in CsCl-type alkali halides // Phys. Rev.-1962.-V. 125.-P. 1584-1596.

87. Delbecq C.J., Ghosh A.K., Yuster P.H. Trapping and annihilation of electrons and positive holes in KC1-T1C1 // Phys. Rev. V. 151, №2. - P. 599-609.

88. Delbecq C.J., Ghosh A.K., Yuster P.H. 2P1/2-+2P3/2 transitions of Tl° in alkali-halide crystals // Phys. Rev. 1967. -V. 154. - P. 797-798.

89. Mollenauer F., Vieira N.D., Szeto L. Optical properties of the T1°(I) center in KC1 //Phys. Rev. B. 1982. -V. 27, № 9. - P. 5332-5346.

90. Ahlers F J., Lohse F., Sparth J.M., Mollenauer L.F. Magneto-optical studies of atomic thallium in KC1: Magnetic circular dichroism tagged by spin resonance // Phys. Rev. B. 1983. -V. 28, №3. - P. 1249-1255.

91. Thoms M., von Seggern H., Winnacker A. Optical and thermal properties of electron- and hole-trapping sites in the x-ray storage phosphor RbI:X (X=T1+, In+, Pb2+, Eu2+) // J. Appl. Phys. 1994. - V. 76, №3. - P. 18001808.

92. Ohno N. Time resolved photoluminescence of exciton-polaritons in orthorhombic Til // J. Lum. 2006. - V. 119-120. - P. 47-50.

93. Смольская Л.П., Ковалева Л.В., Саломатов B.T. и др. Центры свечения и механизм образования активаторных центров А20(А2+) в кристаллах CsI(T^) // Монокристаллы, их получение и свойства. Харьков: ВНИИ монокристаллов. - 1982. -№8. - С. 11-17.

94. Штанько В.И., Колотилин В.В., Котов Г.В. Коагуляция примесных радиационных дефектов в кристаллах CsBr-In. // Журн. физ. хим. 1980. - Т. 54, №10. - С. 2578-2582.

95. Shpilinskaja L.N., Zosim D.I., Kovaleva L.V. et al. // Proceedings of 5th International conference on inorganic scintillators and their applications, Moscow. 1999. - P. 538-540.

96. Захряпин, Гладышев Г.Е., Громов JI.A. Диффузия таллия в поле у-излучения // ФТТ. 1983. - Т. 25, №4. - С. 1152-1154.

97. Gellermann W., Koch К.Р., Luty F. Recent progress in color center lasers // Laser Focus. 1982. - №4. - p. 71-78.

98. Trefilova L., Grinyov В., Alekseev V. et al. Peculiarity of energy transfer in irradiated CsI(Tl) crystal // Изв. вузов. Физика. 2006. - №10. Приложение. - С. 141-144.

99. Bieler Ch., Burkart D., Marks J. et al. Radiation damage of BGO and CsI(Tl) crystals // Nucl. Inst. Meth.: A. 1985. - V. 234. - P. 435-442.

100. Kobayashi M., Sakuragi S. Radiation damage of CsI(Tl) crystals above 103 rad // Nucl. Inst. Meth. A. 1987. - V. 254. - P. 275-280.

101. Zhu R.Y. Radiation damage in scintillating crystals // Proceedings of 4th International conference on inorganic scintillators and their applications, Shanghai, China, September 22-25, 1997. P. 73-89.

102. Woody C.L., Kierstead J.A., Levy P.W., Stoll S. Radiation damage in undoped Csl and CsI(Tl) // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1992. - V. 39, №4. - P. 524-531.

103. Hamada M.M., Costa F.E., Shimizu S., Kubota S. Radiation damage of CsI(Tl) scintillators: blocking of energy transfer process of Vk centers to Tl+ activators // Nucl. Instr. Meth.: A. 2002. - V. 486. - P. 330-335.

104. Юб.Гафиатулина E.C., Чернов C.A., Яковлев В.Ю. Создание экситонов и дефектов в кристалле Csl при импульсном электронном облучении // ФТТ. 1998. - Т. 40, №4. - С. 640-644.

105. Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М.: Сов. Радио. - 1974. - 255 с.

106. Яковлев В.Ю., Трефилова Л.Н., Мелешко А.А., Ганжа Ю.С. Природа процессов люминесценции в CsI(Tl) при возбуждении импульсным электронным пучком // Изв. вузов. Физика. 2009. - №8/2. - С. 235-238.

107. Yakovlev V., Trefilova L., Meleshko A. Time-resolved optical spectroscopy of CsI(Tl) crystals by pulsed electron beam irradiation // J. Lumin. 2009. -V. 129. -P.790-796.

108. Быстропротекающие радиационно-стимулированные процессы в щелочно-галоидных кристаллах / Алукер Э.Д., Гаврилов В.В., Дейч Р.Г., Чернов С.А. Рига: Зинатне, 1987. - 183 с.113. .Формула Смакулы-Декстера

109. Kuzovkov V.N., Kotomin Е.А. Many-particle effects in accumulation kinetics of Frenkel defects in crystals // J. Phys. C. 1984. - V. 17, №13. - P. 22832292.

110. Колотилин В.В., Штанько В.И. Собственные дырочные центры в облученных кристаллах Csl // ФТТ. 1984. - Т. 26, № 1. - С. 236-238.

111. Кравченко В.А., Лисицын В.М., Яковлев В.Ю. Оптическое поглощение и люминесценция автолокализованных экситонов в Csl при импульсном электронном возбуждении // ФТТ. 1985. - Т. 60, №3. - С. 662-664.

112. Schnorer H., Kuzovkov V.N., Blumen A. Segregation in annihilation reactions without diffusion: Analysis of correlations // Phys. Rev. Lett. -1989.-V. 63.-P. 805-808.

113. Williams F.E. Theory of the energy levels of donor-acceptor pairs // J. Phys. Chem. Solids. 1960. - V. 12, №3-4. - P. 265-275.

114. Popov A.I., Chernov S.A., Trinkler L.E. Time-resolved luminescence of Csl-T1 crystals excited by pulsed electron beam // Nucl. Inst. & Meth. B. 1997. -V. 122, №3.-P. 602-605.

115. Денисов E.T. Кинетика гомогенных химических реакций: Учеб. пособие для хим. спец. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш.шк., 1988. -391 с.

116. Eby F.S., Teegarden К J., Dutton D.B. Ultraviolet absorption of alkali halides // Phys. Rev. 1959. - V. 96, №4. - P. 911-920.

117. Акустические кристаллы. Спр-к. Блистанов А.А., Бондаренко B.C., Чкалова В.В. и др. Под ред. М.П. Шаскольской. М.: Наука. - 1982. -632 с.

118. Trefilova L., Grinyov В., Alekseev V. et al. The reasons the scintillation efficiency decrease of CsI(Tl) crystals exposed by the high-dosed radiation // Rad. Meas. -2007. -V. 42.-P. 839-842.

119. Alekseev V., Golub I., Grinberg M. et al. Resonant interaction of defects in irradiated CsI(Tl) crystals // Optical Materials. -2008. V. 30. - P. 711-713.

120. Yakovlev V., Meleshko A., Trefilova L. Color centers in heavily irradiated CsI(Tl) crystals // J. Lumin. 2008. - V. 128. - P. 1447-1453.

121. Trefilova L., Grinyov В., Yakovlev V.Yu. et al. Photo- and radiation-stimulated processes in CsI(Tl) crystals // IEEE Transact. Nucl. Sei. 2008. -V. 55, №3 - P. 1-7.

122. Воробьев A.A. Центры окраски в щелочногалоидных кристаллах. -Томск: изд-во ТПУ. 1968. - 390 с.

123. Мелешко A.A., Яковлев В.Ю. Импульсная фотолюминесценция у-окрашенных кристаллов CsI(Tl) // Материалы V Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (20-23 мая). Томск, 2008. - С. 62-64.

124. Grinyov В., Trefilova L., Golub I. et al. Peculiarity of energy transfer-in irradiated Cs(Tl) // Proceedings of 13th International conference on radiation physics and chemistry of inorganic materials. Tomsk, 2006. -, P. 141-144.

125. Яковлев В.Ю. Закономерности создания короткоживущих радиационных дефектов в ЩГК. Дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.04.10. -Томск.-1996.-243 с.

126. Förster Th. Zwischenmolekulare Energiewanderung und Fluoreszenz // Ann. Der. Phys. 1948. -V. 437, №1-2. -P. 55-75.

127. Belogurov S., Bressi G., Iannuazzi D. et al. Infrared scintillation in crystals // Proceedings of the 5 Int. conf. on inorganic scintillators and their Industrial application SCINT-5. Moscow. - 2000. - P. 304-308.

128. Бермант А.Ф., Араманович И.Г. Краткий курс математического анализадля втузов. -М. 1971.-736 с. 136.Алукер Э.Д., Лусис Д.Ю., Чернов С.А. Электронные возбуждения и радиолюминесценция щелочно-галоидных кристаллов. - Рига, Зинатне, -1979.-252 с.С124