最外内殻電子励起と原子間輻射遷移の同時許容化による高速・高輝度シンチレータの開発

通过同时允许最外层内壳电子的激发和原子之间的辐射跃迁开发高速、高亮度闪烁体

• 批准号: 22K04695
• 负责人: 大西 彰正
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04695/
• 关键词: 高速シンチレータ; 高速・高輝度シンチレータ

サブナノ秒の時間領域で高効率な放射線検出を可能とするシンチレータ開発は、放射線の高速検出が益々重要度を増している現在、早急に対処すべき課題である。そうした中、本研究では、価電子帯と最外内殻準位間での、原子間輻射遷移によるオージェ・フリー発光遷移過程に着目し、放射線に対して高輝度かつサブナノ秒で応答するシンチレータを開発する。この実現のため、本研究では、従来光学過程がトレードオフの関係にある、原子間輻射遷移と最外内殻電子励起をともに許容化し得る新たな発光原理を提案し、これらの同時許容化を可能とするシンチレータ材の開発を目指している。本研究では、これまでの研究で発見した許容型オージェ・フリー発光物質の最外内殻電子励起過程を許容化するため、最外内殻準位がｐ軌道とｄ軌道の混合軌道で形成されることと、これら軌道に生成する正孔の格子緩和の大きさが有効質量により異なることを利用して目的とする許容化を実現する。研究初年度は、これを可能とするシンチレータ材としてセリウム亜鉛塩化物混晶について、組成比が異なる試料の作製を試みた。試料の作製では、出発試薬の融点の差からブリッジマン法等による溶融を伴う試薬混合による結晶化は試薬の合成に適切ではない可能性を考慮して、まずはそうした可能性を起こさない水溶液蒸発法による作製を選択し、組成比を変化させたいくつかの試料結晶の作製を計画した。この手法による試料作製を継続し、作製された試料に対して分光実験による結晶の質評価を計画した。

随着高速辐射检测变得越来越重要，开发能够在亚纳秒时域内实现高效辐射检测的闪烁体是一个必须尽快解决的问题。在这项研究中，我们重点研究了由于价带和最外层核心能级之间的原子间辐射跃迁而产生的无俄歇发光跃迁过程，并开发了一种在亚纳秒内响应高亮度辐射的闪烁体。为了实现这一目标，在这项研究中，我们提出了一种新的发光原理，允许原子间辐射跃迁和最外层核心电子激发，这在传统光学过程中具有权衡关系，我们的目标是同时允许这两者。开发使这成为可能的闪烁体材料。在本研究中，为了允许在先前研究中发现的许可俄歇发光材料的最外层中发生电子激发过程，最外层内层能级由p和d轨道的混合轨道形成，期望的许可度为。这是通过利用这些轨道中产生的空穴的晶格弛豫的大小根据有效质量而不同的事实来实现的。在研究的第一年，我们尝试制备具有不同成分比例的氯化铈锌混合晶体的样品作为闪烁体材料，使这成为可能。在制备样品时，考虑到由于起始试剂的熔点差异，通过布里奇曼法等涉及熔化的混合试剂进行结晶可能不适合试剂合成，我们首先使用水溶液蒸发法，不会造成这种可能性。我们计划制备几种不同成分比例的样品晶体。我们继续用这种方法制备样品，并计划通过光谱实验来评估所制备样品的晶体质量。