[论文解读] The Characterization of new Eu2+ doped TlSr2I5 Scintillator Crystals

H. J. Kim, G. Rooh+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2017

Radiation Detection and Scintillator Technologies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究表征了通过双区垂直布里奇曼法生长的Eu2+共掺杂TlSr2I5闪烁晶体，利用137Cs源在662 keV下实现了高亮度输出（70,000 ph/MeV）和优异的能量分辨率（4.2% FWHM）。该材料在463 nm处具有强而宽的发射峰，并表现出两个衰减组分，由于其高有效原子序数（61）和密度（5.30 g/cm³），在高分辨率X射线和γ射线光谱学方面展现出巨大潜力。

ABSTRACT

TlSr2I5: Eu2+ is a newly discovered scintillator and show promising scintillation properties for X- and γ-rays spectroscopy applications. Two zones vertical Bridgman technique is used for the growth of this scintillator. Luminescence properties of the grown crystals are measured under X-ray excitation at room temperature. Pure and Eu2+ doped crystals contained broad emission bands between 445-670 nm peaking at 528 nm and 430-600 nm peaking at 463 nm, respectively. Energy resolution, light yield and decay time profiles are studied under 662 keV γ-ray excitation using 137Cs radioactive source. Energy resolution of 4.2 % (FWHM) is obtained for 3 mol% Eu2+ doped crystal. For the same sample, light yield of 70,000 ph/MeV is also obtained. Three and two decay constants are observed for the pure and Eu2+ doped samples, respectively at room temperature. Effective Z-number and density are found to be 61 and 5.30 g/cm3, respectively.

研究动机与目标

• 开发并表征一种新型闪烁体材料TlSr2I5:Eu2+，用于高能辐射探测。
• 评估纯相与Eu2+掺杂TlSr2I5晶体在X射线激发下的发光性能。
• 在662 keV γ射线激发下测量关键闪烁参数——亮度输出、能量分辨率和衰减动力学。
• 通过元素组成和晶体结构数据计算有效原子序数（Z_eff）和密度，以评估其辐射探测潜力。
• 通过全面的性能评估，确立该材料在X射线和γ射线光谱学应用中的适用性。

提出的方法

• 采用双区垂直布里奇曼技术生长TlSr2I5:Eu2+晶体，以确保高质量和均匀性。
• 在室温下测量X射线激发下的光致发光发射光谱，以确定发射峰位置。
• 使用137Cs γ射线源（662 keV）进行辐照，以在实际条件下评估闪烁性能。
• 利用时间分辨光谱分析衰减时间曲线，测定纯相与掺杂样品的衰减常数。
• 从662 keV峰计算能量分辨率（FWHM），以评估光谱性能。
• 根据元素组成和晶体结构数据，确定有效Z数和密度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在X射线激发下，Eu2+掺杂TlSr2I5的发光发射光谱及其峰值位置是什么？
• RQ2 在662 keV γ射线激发下，TlSr2I5:Eu2+的亮度输出和能量分辨率如何？
• RQ3 在室温下，掺杂晶体的闪烁衰减谱中存在多少个衰减组分？
• RQ4 TlSr2I5:Eu2+的有效Z数和密度是多少？它们如何影响辐射探测效率？
• RQ5 与纯基质晶体相比，Eu2+掺杂如何影响闪烁性能？

主要发现

• Eu2+掺杂TlSr2I5晶体在X射线激发下表现出在463 nm处的宽发射带。
• 在662 keV γ射线激发下，3 mol% Eu2+掺杂样品的亮度输出达到70,000个光子/MeV。
• 在662 keV下，3 mol% Eu2+掺杂晶体的能量分辨率测量值为4.2%（FWHM），表明其具有优异的光谱质量。
• 在室温下，Eu2+掺杂晶体的闪烁衰减谱中观察到两个明显的衰减常数。
• 该晶体的有效Z数计算为61，密度为5.30 g/cm³，表明其对γ射线具有高的阻止能力。
• 纯TlSr2I5晶体在528 nm处表现出宽发射带，而Eu2+掺杂版本则呈现蓝移至463 nm的发射峰。