Введение
Глава 1 Сцинтилляционные процессы в неорганических материалах 13
1.1 Основные сцинтилляционные механизмы 13
1.1.1 Поглощение излучения веществом, образование электронно-дырочных пар и их термализация 13
1.1.2 Перенос энергии от термализованных электронов и дырок к люминесцентным центрам 15
1.1.3 Излучение люминесцентных центров 16
1.2 Применение сцинтилляторов в медицинской томографии 19
1.2.1 Компьютерная рентгеновская и позитрон-эмиссионная томография 19
1.2.2 Требования с сцинтилляторам в медицинской томографии 21
1.3 Активированные церием сцинтилляционные гранаты 23
1.3.1 Люминесценция Ce3+ 23
1.3.2 Кристаллическая структура граната 26
1.3.3 Сцинтилляционные характеристики гранатов, активированных церием 27
1.4 Точечные дефекты в сцинтилляционных гранатах, активированных церием. 34
1.4.1 Типы точечных дефектов 34
1.4.2 Влияние точечных дефектов на сцинтилляционные характеристики гранатов 37
1.4.3 Влияние модификации композиции гранатов на точечные дефекты 40
Глава 2 Методы и объекты исследования 44
2.1 Методика изготовления образцов 44
2.2 Экспериментальное оборудование и методы исследования
2.2.1 Установка для измерения спектров рентгенолюминесценции при непрерывном рентгеновским возбуждении 47
2.2.2 Измерение спектров фотолюминесценции при непрерывном возбуждении и кинетик фотолюминесценции при импульсном возбуждении 48
2.2.3 Установка для измерения времени спада сцинтилляционной вспышки при возбуждении гамма-квантами изотопа 22Na. 50
2.2.4 Измерение времени нарастания сцинтилляционной вспышки 51
2.2.5 Измерение термостимулированной люминесценции 51
2.2.6 Измерение послесвечения после облучения рентгеновским излучением 52
2.2.7 Измерения импульсно-амплитудных спектров 53
2.2.8 Установка для измерения временного разрешения сцинтилляторов 54
2.2.9 Оптический, морфологический и рентгеноструктурный анализы 54
2.3 Методы обработки экспериментальных кривых термостимулированной люминесценции и послесвечения 55
2.3.1 Обработка экспериментальных данных термостимулированной люминесценции 55
2.3.2 Обработка экспериментальных кривых послесвечения 58
2.3.3 Оценка параметров ловушек при помощи связи между измерениями термостимулированной люминесценции и послесвечения 61
Глава 3 Сцинтиляционные и фотолюминесцентные свойства керамик на основе YAG:Ce 62
3.1 Спектрально-кинетические характеристики рентгено- и фотолюминесценции YAG:Ce 63
3.2 Температурная зависимость характеристик люминесценции YAG:Ce
3.2.1 Спектрально-кинетические характеристики фотолюминесценции YAG:Cе при разных температурах 65
3.2.2 Фото- и рентгенолюминесценция YAG:Ce керамик при разных температурах 66
3.3 Процессы захвата и высвобождения носителей заряда из электронных ловушек 67
3.3.1 Термолюминесценция керамик YAG:Ce стимулированная оптическим и рентгеновским возбуждениями в диапазоне 68
3.3.2 Послесвечение YAG:Ce керамик 76
3.5. Заключение к главе 3 79
Глава 4 Влияние замещения ионов Y3+ ионами Gd3+ и Tb3+ на сцинтилляционные характеристики (Y,Gd)3Al5O12:Ce и (Y,Tb)3Al5O12:Ce гранатов 82
4.1 Сцинтилляционные характеристики мультикомпонентных гранатов при замещении ионов
Y3+ ионами Tb3+ 83
4.1.1 Резононансный перенос энергии Tb-Ce в порошкообразных (Y,Tb)3Al5O12:Ce гранатах 83
4.1.2 Катодолюминесценция и медленные компоненты люминесценции порошкообразных (Y,Tb)3Al5O12:Ce 87
4.2 Спектральные характеристики мульти-компонентных гранатов при замещении ионов Y3+ на ионы Gd3+ 90
4.2.1 Длиноволновое смещение спектров фотолюминесценции с добавлением Gd в (Y,Gd)3Al5O12:Ce керамиках 91
4.2.3 Температурная зависимость фото- и рентгенолюминесценции (Y,Gd)3Al5O12:Ce керамик 4.3 Процессы захвата и высвобождения носителей заряда из электронных ловушек 93
4.3.1 Термостимулированная люминесценция (Y,Gd)3Al5O12:Ce керамик 93
4.3.2 Послесвечение (Y,Gd)3Al5O12:Ce керамик 96
4.3.3 Связь послесвечения и термостимулированной люминесценции (Y,Gd)3Al5O12:Ce:Ce керамик 100
4.3.4 Моделирование кривых послесвечения с использованием параметров примесных ловушек. Сравнение с экспериментальными кривыми. 104
4.4 Заключение к главе 4 107
Глава 5 Спектрально-кинетические характеристики и послесвечение мультикомпонентных Y3(Al,Ga)5O12:Ce и Gd3(Al,Ga)5O12:Ce керамик 111
5.1 Спектральные характеристики мульти-компонентных гранатов при замещении ионов Al3+ на
ионы Ga3+ 112
5.1.1 Коротковолновое смещение спектров рентгенолюминесценции с добавлением Ga в структуру Y3(Al,Ga)5O12:Ce и Gd3(Al,Ga)5O12:Ce керамик 112
5.1.2 Кинетические характеристики рентгенолюминесценции Gd3(Al,Ga)5O12:Ce:Ce 113
5.2 Температурная зависимость характеристик люминесценции Gd3(Al,Ga)5O12:Ce и
Y3(Al,Ga)5O12:Ce керамик 117
5.2.1 Температурная зависимость спектров рентгенолюминесценции керамики Gd3Al2Ga3O12:Ce 118
5.2.2 Температурная зависимость люминесценции Gd3(Al,Ga)5O12:Ce и Y3(Al,Ga)5O12:Ce при замещении ионов Al3+ на ионы Ga3+ 119
5.2.3 Температурная зависимость фотолюминесценции Gd3Al3Ga2O12:Ce и Gd3Al2Ga3O12:Ce при изменении концентрации Ce3+ 121
5.3 Процессы захвата и высвобождения носителей заряда из электронных ловушек 122
5.3.1 Термостимулированная люминесценция Y3(Al,Ga)5O12:Ce и Gd3(Al,Ga)5O12:Ce керамик 122
5.3.2 Послесвечение Gd3(Ga,Al)5O12:Ce керамик 132
5.3.3 Оценка параметров ловушек, связанных с примесями иттербия и европия, в Gd3Al2Ga3O12 по связи послесвечения и термостимулированной люминесценции 138
5.3.4 Моделирование кривых послесвечения с использованием параметров примесных ловушек. Сравнение с экспериментальными кривыми. 140
5.3.5 Определение положения дна зоны проводимости мультикомпонетных гранатов 141
5.4 Заключение к главе 5 146
Заключение 151
Благодарности 158
Список сокращений 159
