鎢酸鉛閃爍晶體的摻雜效應和輻照損傷的研究.pdf

1、為了探索Higgs粒子的存在，歐洲核子研究中心(CERN)將于2005年建成最新的大型強子對撞機(LHC)，這對驗證粒子物理的“標準模型”具有重要意義。作為LHC上緊湊型μ介子螺旋探測器(CMS)的核心部件電磁量能器(ECAL)所選用的閃爍晶體，鎢酸鉛(PbWO4)晶體的閃爍性能及輻照損傷的研究成為近年來國際范圍內閃爍晶體研究的一大熱點問題。作者首次采用正電子湮沒壽命譜對不同組分及不同摻雜PbWO4晶體中鉛空位(VPb)的變

2、化進行系統(tǒng)測試分析，并利用X射線光電子能譜的檢測手段研究晶體中低價氧[O-x(-2＜x＜0)]的變化情況，進而對其微觀缺陷和摻雜機制進行分析和研究，為進一步研究PbWO4晶體的吸收中心和發(fā)光機制提供了實驗依據。主要結論包括：(1)不同的+3價離子在PbWO4晶體中的摻雜機制不同，引入間隙和填隙兩種不同的微結構缺陷。(2)摻鈮樣品中Nb5+占據W6+位使得晶體內部分(WO4)2-根團形成(NbO3+VO)-。(3)富Pb樣品由于

3、晶體生長過程中PbO的揮發(fā)，使得晶體內的VPb濃度仍接近于化學計量比PbWO4晶體。(4)富W樣品VPb濃度增加，低價氧濃度增加，與摻鈮樣品的VPb和低價氧變化趨勢相同。作者進一步按照“未處理→輻照→氧退火”實驗流程的設計，對未處理、輻照后、氧退火不同條件下的透射光譜進行測試，并根據前面研究得到的摻雜機制，對PbWO4晶體的吸收中心問題進行研究，發(fā)現：(1)PbWO4晶體中的350nm吸收中心由WO3+VO引起。[2]45

4、0nm處的淺色心吸收帶與大劑量γ輻照在晶體內產生間隙氧離子相關。(3)出現嚴重輻照損傷的摻鉍PbWO4晶體其輻照損傷機制不同于其他晶體，主要是因為輻照使摻雜元素鉍發(fā)生Bi3+→Bi5+的變價行為，輻照后晶體中Bi5+替代W6+位并使得晶體內部分(WO4)2-根團形成大量的誘導色心。根據前面的結論，作者進而研究了摻雜離子的類型和退火氣氛對PbWO4晶體閃爍性能的影響。本文的工作對指導PbWO4晶體的生長具有一定的幫助和指導意