Температурно-зависимые сцинтилляционные процессы в многокомпонентных алюмогранатах, легированных церием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Веневцев Иван Дмитриевич

• Веневцев Иван Дмитриевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Веневцев Иван Дмитриевич

Введение

Глава 1. Сцинтилляционные процессы в неорганических материалах

1.1. Основные сцинтилляционные механизмы

1.1.1. Поглощение излучения, образование электронно-дырочных пар, термализация

1.1.2. Миграция электронных возбуждений к люминесцентным центрам

1.1.3. Излучение люминесцентных центров

1.2. Основные характеристики сцинтилляторов

1.2.1. Световыход, спектр излучения и время высвечивания

1.2.2. Плотность и радиационная стойкость

1.2.3. Температурная стабильность

1.3. Применение сцинтилляторов в медицинской томографии

1.3.1. Компьютерная и позитронно-эмиссионная томография

1.3.2. Требования к сцинтиллятору в медицинской томографии

1.4. Многокомпонентные алюмогранаты, активированные церием

3+

1.4.1. Люминесцентные характеристики Ce

1.4.2. Влияние композиции граната на его сцинтилляционные характеристики

1.5. Температурно-зависимые характеристики многокомпонентных гранатов

1.5.1. Зависимость времени высвечивания Ce3+ от температуры

1.5.2. Высокотемпературное тушение интенсивности люминесценции многокомпонентных алюмогранатов

1.5.3. Низкотемпературное тушение интенсивности люминесценции многокомпонентных алюмогранатов

Глава 2. Методы и объекты исследования

2.1. Методика изготовления образцов

2.2. Экспериментальное оборудование

2.2.1. Установка для исследования рентгенолюминесценции при непрерывном облучении

2.2.2. Установка для измерения кинетики люминесценции при импульсном оптическом возбуждении

2.2.3. Установка для измерения послесвечения при импульсном рентгеновском возбуждении

2.3. Методы обработки экспериментальных данных

2.3.1. Обработка кривых термостимулированной люминесценции

2.3.2. Обработка кривых температурной зависимости фото и рентгенолюминесценции в области высокотемпературного тушения

Глава 3. Характеристики многокомпонентных алюмогранатов, активированных церием. Область высоких температур

3.1. Температурная зависимость характеристик (Y,Gd)3Al5O12:Ce гранатов при изменении соотношения Y/Gd

3.2.1. Спектры фото- рентгенолюминесценции

3.2.2. Кинетика фотолюминесценции

3.2. Температурная зависимость люминесцентных характеристик Y3(Al,Ga)5O12:Ce при изменении соотношения Al/Ga

3.2.1. Спектры рентгенолюминесценции

3.2.2. Кинетика фотолюминесценции

3.3. Температурные зависимости люминесцентных характеристик Gd3(Al,Ga)5O12:Ce при изменении соотношения Al/Ga

3.3.1. Спектры рентгенолюминесценции

3.3.2. Кинетика фотолюминесценции

3.4. Природа высокотемпературного тушения интенсивности и времени спада люминесценции церия в алюмогранатах

3.5. Заключение к главе

Глава 4. Характеристики многокомпонентных гранатов. Область низких температур

4.1. Влияние эффективности переноса энергии Gd^Ce на температурную зависимость интенсивности рентгенолюминесценции (Y,Gd)3Al5O12:Ce

4.1.1. Изменение интенсивности излучения в зависимости от соотношения Y/Gd

4.1.2. Изменение спектральных характеристик в зависимости от соотношения Y/Gd

4.2. Влияние процессов захвата на температурную зависимость рентгенолюминесценции (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce

4.2.1. Корреляция низкотемпературного тушения и термостимулированной люминесценции при различном соотношении Y/Gd

4.2.2. Корреляция низкотемпературного тушения и термостимулированной люминесценции при различном соотношении Al/Ga

4.3. Температурная стабильность керамик многокомпонентных алюмогранатов

4.4. Заключение к главе

Глава 5. Моделирование кривых послесвечения многокомпонентных гранатов на основе данных термостимулированной люминесценции

5.1. Механизм послесвечения в многокомпонентных алюмогранатах

5.2. Корреляция термостимулированной люминесценции и послесвечения

5.3. Выбор моделей для описания послесвечения в многокомпонентных гранатах

5.3.1. Влияние предварительного нагрева и дозы облучения на кривые термостимулированной люминесценции

5.3.2. Влияние предварительного нагрева на кривые послесвечения

5.3.3. Теоретическое описание модели

5.4. Моделирование кривых послесвечения

5.4.1. Оценка параметров ловушек

5.4.2. Сравнение результатов аппроксимации послесвечения по моделям дискретного и непрерывного распределения ловушек

5.4.3. Корректировка кривых послесвечения в миллисекундном диапазоне с учетом частичного высвобождения зарядов с ловушек

5.5. Заключение к главе

Заключение

Список публикаций по теме диссертации

Список сокращений и условных обозначений

Благодарности

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Температурно-зависимые сцинтилляционные процессы в многокомпонентных алюмогранатах, легированных церием»

Введение

Актуальность темы работы. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ, PET) является широко используемой техникой функциональной визуализации. Основной проблемой при разработке высокопроизводительных сканеров являются общие затраты на детектор, поскольку они в значительной степени определяются сцинтилляционными элементами, используемыми в детекторе.

Современные ПЭТ-детекторы основаны на использовании монокристаллических сцинтилляционных материалов, таких как BGO (Bi4Ge3O12), LSO (Lu2SiO5) или LYSO (Lu18Y02SiO5). При этом, хотя BGO доступен по низкой цене, он обладает плохими временными характеристиками и энергетическим разрешением, что делает его непригодным для времяпролетного ПЭТ, а LSO и LYSO являются дорогостоящими материалами, поскольку они содержат значительное количество лютеция (Lu).

В этом отношении интересными кандидатами являются легированные церием алюмогранаты (Lu,Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce [1]. Благодаря кубической структуре кристаллической решетки, алюмогранаты могут быть изготовлены в виде прозрачной керамики с использованием относительно недорогих технологий с коротким временем синтеза при относительно низкой температуре [2]. Кроме того, керамические алюмогранаты имеют высокую степень свободы в выборе композиции, позволяя адаптировать их характеристики для достижения желаемой эффективности сцинтиллятора [3].

Сцинтилляционные алюмогранаты, легированные церием, имеют общую формулу (RE^M'^M'^O^C с редкоземельными ионами RE = Lu, Gd, Y в додекаэдрическом положении и ионами металлов Ga, Al в октаэдрическом (M') и тетраэдрическом (М ") положениях. С помощью ЯМР [4,5,6] и более поздних исследований ENDOR [7] было показано, что галлий в смешанных галлий -алюминиевых гранатах вначале преимущественно заполняет тетраэдрические позиции. Хорошо известные примеры, такие как Lu3Al5O12:Ce (LuAG) или Y3Al5O12 Ce (YAG), имеют световыход до 30000 фотонов/МэВ [8]. Основываясь

на общепринятом подходе, максимальный световой выход, однако, ожидается на уровне около 60000 фотонов/МэВ [9].

Эффективный перенос энергии от основных состояний решетки к ионам активатора (Се ) обеспечивается совместным легированием другими редкоземельными ионами, такими как Gd3+ или ТЬ3+, с высокой концентрацией. Примерами таких композиций являются (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Се, Gd3(Al,Ga)5O12:Се или (Lu,Tb)зAl5Ol2:Се [1,10,11,12].

В последние годы наблюдается все больший интерес к алюмогранатам смешанных композиций, рассмотренных в [13,14,15,16]. Для медицинских применений параметры системы, которые требуют улучшения, включают поглощение рентгеновского излучения, послесвечение, световыход и др. Каждая оптимизация требует глубокого понимания основных процессов люминесценции, влияния структурных дефектов, таких как вакансии или дефекты замещения, и возможного влияния дефектов, вызванных неконтролируемыми примесями на уровне единиц ррт и ниже.

Помимо самих сцинтилляционных характеристик, немаловажную роль играет их зависимость от температуры. У большинства сцинтилляционных материалов световыход, время спада и уровень посслесвечения будут заметно изменяться при вариации температуры. При этом стабилизация температуры детектора далеко не всегда является оптимальным решением проблемы и даже может быть невозможной ввиду конструкционных особенностей устройства. Таким образом, актуальной технической задачей является разработка сцинтилляторов, обладающих высокой температурной стабильностью в диапазоне рабочих температур. Многокомпонентные алюмогранаты позволяют достичь хорошей температурной стабильности при правильном подборе композиции. При этом важно помнить, что изменение стехиометрии будет отражаться на всех характеристиках материала, поэтому для целенаправленного выбора стехиометрического состава будущего сцинтиллятора необходимо достаточное понимание физических процессов, отвечающих за люминесцентные характеристики материала и их температурные зависимости.

Целью работы является исследование сцинтилляционных характеристик керамик многокомпонентных алюмогранатов, их зависимости от температуры, а также рассмотрение физических процессов, ответственных за вариацию параметров образцов при увеличении или уменьшении температуры. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

3+

• исследование влияния частичного или полного замещения катионов Y и Al3+ в структуре образцов многокомпонентных алюмогранатов ионами Gd3+ и Ga3+, соответственно, на спектральные, кинетические и температурные характеристики материала;

• вычисление значений энергии активации процесса высокотемпературного тушения интенсивности и времени спада люминесценции церия в алюмогранатах и определение его физической природы;

• выяснение причин низкотемпературного тушения интенсивности рентгенолюминесценции, регистрируемого в керамиках алюмогранатов определенного состава;

• определение желаемого состава многокомпонентных алюмогранатов, при котором достигается их наилучшая температурная стабильность, подходящая для использования в современных компьютерных и позитрон-эмиссионных томографах;

• определение характера распределения по энергиям ловушек носителей заряда, отвечающих за наличие ТСЛ и послесвечения при различных температурах;

• демонстрация возможности предсказания формы кривой послесвечения при известном распределении ловушек по энергиям.

Методы исследования. Результаты, представляемые в данной работе, получены при помощи комплексного экспериментального исследования, включающего современные методики измерения и обработки данных. Все исследованные образцы представляют собой поликристаллы (керамики)

многокомпонентных алюмогранатов, изготовленные в лаборатории Philips Research (Эйндховен, Нидерланды) при участии автора работы.

Основные экспериментальные результаты были получены в лаборатории физики сцинтилляторов Санкт-Петербургского Политехнического Университета Петра Великого. Измерения спектров рентгенолюминесценции, температурных зависимостей интенсивности рентгенолюминесценции и кривых ТСЛ производились при помощи оригинальной установки с вакуумным азотным криостатом. Снятие кривых послесвечения в диапазоне от миллисекунд до десятков тысяч секунд осуществлялось в исследовательском центре Philips Research на специальной установке с мощным рентгеновским источником. Температурные зависимости времен спада при высоких температурах измерялись на универсальном двойном монохроматоре при помощи ультрафиолетового импульсного (100 пс) лазерного диода также в исследовательском центре Philips Research.

Научная новизна работы подтверждается следующими результатами:

Установлено, что изменения в значениях энергии активации процесса высокотемпературного тушения, происходящие при замещении катионов Y и Al3+ ионами Gd3+ и Ga3+, коррелируют с теоретически предсказанными изменениями в положении дна зоны проводимости. Подтверждено, что за уменьшение интенсивности люминесценции алюмогранатов при нагреве ответственен процесс термоионизации электронов с возбужденных уровней Ce3+ в зону проводимости.

Вычислены значения энергии активации процесса термоионизации, что для керамических образцов сделано впервые. Результаты соответствуют данным, приведенным в литературе для порошков и монокристаллов.

Продемонстрировано, что в диапазоне температур выше 80 K эффективность резонансного переноса энергии от ионов Gd3+ к ионам Ce3+ в соединениях GdxY3-xAl5O12:Ce изменяется незначительно.

На основании корреляции между кривыми ТСЛ и температурными зависимостями интенсивности РЛ Ce в алюмогранатах состава Y3GaxAl5-

xO12:Ce3+ и Gd3GaxAl5-xO12:Ce3+, установлено, что основной причиной уменьшения интенсивности люминесценции при снижении температуры, является локализация носителей заряда на ловушках. Выводы подтверждаются дополнительными измерениями на системе образов промежуточного состава GdlY2GaxAl5-xOl2:Ce3+.

Определен ряд композиций, обладающих наилучшей термостабильностью (лучше ±0.2%), приемлемой для применения в ПЭТ и КТ. Этому критерию соответствуют все керамики с содержанием Ga от 1 до 2.5 стехиометрических единиц, вне зависимости от типа первого катиона. Для керамик GdxY3-xAl5O12:Ce3+, в которые Ga не вводился, содержание Gd не должно превышать x=0.75.

На основании многократных измерений ТСЛ образцов Lu1Gd2Ga3Al2O12:Ce,Yb,Eu при различной дозе облучения и температуре предварительного нагрева, сделан вывод о том, что ловушки носителей заряда, соответствующие определенным примесям или собственным дефектам, обладают непрерывным распределением по энергии.

Продемонстрировано, что использование непрерывного распределения по глубине залегания ловушек для предсказания формы кривых послесвечения дает результаты, более близкие к экспериментальным данным, чем использование классическим моделей с дискретным распределением и кинетиками ТСЛ первого или второго порядка.

Практическая ценность исследования. Главной особенностью данной работы является, во-первых, непосредственное исследование керамических образцов, использование которых планируется в реальных приборах. Во -вторых, преимущественное использование рентгеновского излучения для исследования характеристик керамик, что создает условия, более близкие к реальному применению.

Полученные результаты могут быть применены для более точного предсказания характеристик новых разрабатываемых сцинтилляционных

материалов на основе многокомпонентных алюмогранатов, для ускорения и облегчения подбора оптимальной композиции с заданными свойствами.

Сцинтилляторы, разработанные в результате данного проекта, использованы в новом поколении медицинских томографов фирмы Philips. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Высокотемпературное тушение интенсивности и времени спада рентгенолюминесценции в керамиках гадолиний-галлиевых алюмогранатов, легированных церием, обусловлено термоионизацией электронов с возбужденных уровней церия в зону проводимости.

2. Низкотемпературное тушение интенсивности рентгенолюминесценции в керамиках многокомпонентных алюмогранатов связано с локализацией носителей заряда на ловушках и уменьшением вероятности их высвобождения с понижением температуры.

3. Для получения оптимального (а < 0.2 %/K) коэффициента температурной стабильности световыхода керамик алюмогранатов, легированных церием, необходимо введение примеси галлия в пределах от 1.0 до 2.5 стехиометрических единиц.

4. В керамических сцинтилляторах на основе многокомпонентных алюмогранатов с формулой Lu1Gd2Ga3Al2O12:Ce,Yb,Eu, ловушки носителей заряда обладают непрерывным распределением по глубине залегания Достоверность данных, полученных в результате исследования,

обусловлена, прежде всего, тем, что в их основе лежало экспериментальное изучение качественных керамических образов, синтезированных в исследовательском центре Philips Research, имеющих высокую степень воспроизводимости, доказанную на примере исследования более тысячи образцов. Все результаты, изложенные в данной работе, подтверждаются косвенными измерениями, измерениями при помощи взаимодополняющих методик или расчетами с частичным привлечением литературных данных. Часть результатов имеет прямую корреляцию с литературными данными, полученными для аналогичных образцов, имеющих другую морфологию или слабо отличных по

составу, а также с теоретическими расчетами. Помимо этого, достоверность результатов подтверждается их апробацией на профильных международных конференциях и публикациями в рецензируемых журналах.

Аппробация результатов работы.

Результаты данной работы в виде устных или стендовых докладов рассматривались и обсуждались на следующих конференциях: Неделя науки СПбПУ, Санкт-Петербург, Россия, 14-19 ноября 2016; Оптика и спектроскопия конденсированных сред, Краснодар, Россия, 18-24 сентября 2016; Неделя науки СПбПУ, Санкт-Петербург, Россия, 13-19 ноября 2017; PIERS 2017 - Progress In Electromagnetics Research Symposium, Санкт-Петербург, Россия, 22-25 мая 2017; SCINT 2017 - 14th Int. Conference on Scintillating Materials and their Applications, Шамони, Франция, 18-22 Сентября 2017; EURODIM 2018 - Europhysical Conference on Defects in Insulating Materials, Быдгощ, Польша, 8-13 Июля 2018; LumDeTr 2018 - International Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation, Прага, Чехия, 9-14 сентября 2018.

Публикации.

Результаты исследований были опубликованы в 10 статьях, 6 из которых опубликованы в рецензируемых российских и иностранных научных журналах, рекомендуемых ВАК, индексируемых в Scopus и Web of Science, а 4 - в сборниках трудов конференций и других изданиях, индексируемых в РИНЦ.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Полный объем диссертации составляет 141 страница, включая 43 рисунка и 5 таблиц. Список литературы содержит 113 библиографических ссылок.

В первой главе проведен обзор современной литературы, касающейся температурно-зависимых характеристик многокомпонентных алюмогранатов, легированных церием. Рассмотрены основные процессы, происходящие в сцинтилляторах при облучении высокоэнергетическим излучением, оговорены основные характеристики сцинтилляторов, к которым предъявляются требования при использовании в ПЭТ и КТ. Приведено современное состояние исследований

в области высокотемпературного и низкотемпературного тушения люминесценции алюмогранатов.

Во второй главе подробно рассмотрены методы синтеза образцов и их исследования. Описана структура основных экспериментальных установок, использовавшихся для измерений, а также методы обработки температурных зависимостей и кривых ТСЛ.

В третьей главе исследуются характеристики многокомпонентных алюмогранатов в области высоких температур. Изучено влияние замещения ионов Y3+ и Al3+ ионами Gd3+ и Ga3+ на спектральные и кинетические характеристики образцов. Установлено, что за уменьшение интенсивности и времени спада люминесценции ответственен процесс термоионизации электронов с

3+

возбужденных уровней Ce в зону проводимости. Вычислены значения энергии активации процесса термоионизации.

В четвертой главе рассматривается влияние состава керамик многокомпонентных алюмогранатов на её характеристики в области низких температур. На основании корреляции кривых ТСЛ и НТТ показано, что спад интенсивности рентгенолюминесценции при охлаждении образцов происходит за счет локализации носителей заряда на ловушках. Эффективность переноса энергии от ионов Gd3+ к ионам Ce3+ при этом не претерпевает значительных изменений в диапазоне от 80 до 250 ^ Также определен интервал композиций, обладающих наилучшим коэффициентом температурной стабильности.

В пятой главе изучены особенности распределения ловушек носителей заряда в многокомпонентных алюмогранатах и показано их влияние на уровень послесвечения. На основании многократных измерений ТСЛ при разных дозах облучения и температурах предварительного нагрева (для «очистки» ловушек) показано, что в керамиках LulGd2Ga3Al5Ol2:Ce,YЪ,Eu структура ТСЛ соответствует не дискретному распределению различных ловушек по энергиям, а непрерывному. Сделанные выводы подтверждены моделированием кривых послесвечения на основании модели непрерывного распределения ловушек,

результат которого соответствовал экспериментальным данным лучше, чем моделирование на основании дискретного распределения ловушек.

Глава 1. Сцинтилляционные процессы в неорганических материалах

1.1. Основные сцинтилляционные механизмы

Сцинтилляция - это световая вспышка, возникающая в прозрачном материале (диэлектрике или полупроводнике) под воздействием ионизирующего излучения. Сцинтилляция отличается от люминесценции наличием каскадных процессов преобразования электронных возбуждений в веществе. Полная схема процессов изображена на рис. 1.1 [17].

Рис. 1.1. Схема основных процессов, происходящих в сцинтилляторе

Сцинтилляционный механизм можно разделить на пять следующих друг за другом процессов: поглощение излучения веществом, создание первичных электронов и дырок; образование вторичных электронов и дырок; термализация; перенос энергии от термализованных электронов и дырок к люминесцентным центрам; излучение люминесцентных центров.

1.1.1. Поглощение излучения, образование электронно-дырочных пар,

термализация

Для определенности будем считать, что в сцинтиллятор попадает рентгеновский квант промежуточной энергии (до 100 кэВ). Для квантов такой энергии преобладающим процессом является фотоэффект. При поглощении квант породит свободный или квазисвободный электрон и дырку на внутренней оболочке атома, А (обычно это К оболочка).

Процессы релаксации различны для дырки и электрона. Электрон теряет свою энергию за счет рассеяния на атомах среды. Этот каскадный процесс продолжается, пока образующиеся электроны обладают энергией, достаточной для ионизации атомов. Атом с ионизированной внутренней оболочкой может снять возбуждение, испустив фотон (излучательный переход) или испустив вторичный электрон за счет эффекта Оже (безызлучательный переход). Вторичный фотон может покинуть вещество сцинтиллятора, а может быть поглощен другим атомом, образовав дырку и электрон. Длительность этого этапа

18 9

лежит в пределах от 10- до 10- секунд, но чаще всего встречаются времена в

15 13

диапазоне от 10- до 10- .

Термализация начинается тогда, когда энергии электронов и дырок не хватает для дальнейшей ионизации. В этом случае они начинают терять энергию за счет взаимодействия с фононами. Этот процесс также называется электронно -фононной релаксацией. В результате термализации электроны опускаются ко дну зоны проводимости, а дырки поднимаются к потолку валентной зоны. Таким образом, энергия электронно-дырочной пары становится равной ширине запрещенной зоны кристалла.

При этом, энергетические потери могут составлять от 30% для ионных кристаллов до 60% для полупроводников. То есть, в большинстве случаев основная часть потерь энергии приходится на термализацию. Длительность процесса термализации составляет 10-16 - 10-11 с.

1.1.2. Миграция электронных возбуждений к люминесцентным центрам

Следующую стадию сцинтилляционного процесса можно назвать миграционной, так как во время неё осуществляется перенос энергии к люминесцентным центрам. Самым простым процессом является непосредственная рекомбинация электронов из зоны проводимости и дырок из валентной зоны или более глубоких уровней. Для большинства сцинтилляторов этот процесс является маловероятным, однако наблюдается в некоторых широкозонных фторидах и хлоридах [9].

Электрон из зоны проводимости и дырка из валентной зоны могут создавать атомоподобное возбуждение, называемое экситоном [19]. Для полупроводников характерны экситоны Ванье-Мотта. Эти экситоны рассматриваются как слабо связанные системы, причем расстояние между электроном и дыркой считается большим по сравнению с постоянной решетки. Время жизни такого экситона при комнатной температуре обычно невелико [20]. Электрон и дырка, составляющие экситон, могут рекомбинировать с излучением фотона, например, в 7п0 время жизни экситона порядка сотен пикосекунд [21]. Для ионных кристаллов характерны экситоны Френкеля. В них возбуждение локализовано либо вблизи отдельного атома, либо на нем и может перемещаться от одного атома к другому вследствие связи между соседними атомами [22].

Экситоны могут мигрировать по кристаллу, передавая свою энергию люминесцентным центрам или другим примесям. В то же время может происходить излучательная или безызлучательная рекомбинация экситонов. Вероятности этих процессов сильно зависят от энергии связи экситона, температуры, времени жизни и его подвижности. Таким образом, экситоны участвуют как в процессе переноса возбуждения, так и являются самостоятельными центрами свечения. Экситонный механизм переноса энергии в неорганических сцинтилляторах встречается реже.

Потери энергии на миграционной стадии зависят от пространственного распределения электронов и дырок относительно люминесцентных центров. Если оба носителя заряда, образовавшиеся в треке, находятся вблизи люминесцентного центра, то процесс рекомбинации будет более эффективным. Если нет, то они могут быть захвачены ловушками - энергетическими уровнями, образованными

различными примесями и дефектами кристаллической решетки. Длительность

12 8

этой стадии лежит в границах от 10- до 10- с.

1.1.3. Излучение люминесцентных центров

Процесс излучения люминесцентных центров хорошо изучен для большинства известных сцинтилляторов. Так как существует два механизма снятия возбуждения: излучательный и безызлучательный, то для создания сцинтилляторов лучше подходят центры с высокой вероятностью излучательного перехода. Длительность процесса излучения обычно превышает 10-9 с.

1.2. Основные характеристики сцинтилляторов 1.2.1. Световыход, спектр излучения и время высвечивания

Любой сцинтиллятор должен эффективно преобразовывать поглощенную в нем энергию в видимый свет. Существует несколько понятий, описывающих эффективность преобразования энергии. Одно из них - конверсионная эффективность - определяется как отношение энергии оптического излучения, испущенного сцинтиллятором к энергии ионизирующего излучения, поглощенного им.

Конверсионная эффективность важна при использовании детектора в интегрирующем режиме. Для детекторов, работающих в счетном режиме, более значительной характеристикой является абсолютный световыход Ь, который

определяется как число фотонов, испущенных сцинтиллятором, на единицу поглощенной энергии (обычно на 1 МэВ):

N , 71

1=-г-=7, (1Л)

Ег м

Точное экспериментальное определение световыхода является сложной задачей. Это в основном связано с тем, что в реальных условиях практически невозможно собрать весь свет, испущенный сцинтиллятором. Часть света поглощается в самом сцинтилляторе, часть поглощается в стекле входного окна ФЭУ.

Спектр излучения представляет собой зависимость интенсивности излучения от длины волны испускаемых фотонов. Положение максимумов спектра излучения позволяет судить об энергии излучательного перехода, количестве центров свечения, примеси, находящейся в кристалле и других параметрах сцинтиллятора. С практической точки зрения важно, чтобы максимум интенсивности излучаемых фотонов совпадал с максимумом чувствительности фотоприемной аппаратуры и максимумом пропускания оптической системы. Излучение в ультрафиолетовой области требует использования кварцевых стекол и фотокатодов ФЭУ, чувствительных в этой области. Для сцинтилляторов с длинноволновым излучением вместо ФЭУ предпочтительнее использовать лавинные фотодиоды.

В большинстве сцинтилляторов скорость возрастания интенсивности излучения (скорость разгорания) много больше скорости спада. Поэтому обычно разгорание можно считать мгновенным, то есть интенсивность люминесценции имеет максимум в момент поглощения кванта t = 0. Интенсивность излучения сцинтиллятора J(t) (фотон/с) с одним типом люминесцентных центров может спадать по экспоненциальному закону спостоянной спада т:

= 40). ехр(- Л , (1.2)

где J(0) - интенсивность в начальный момент времени. Этот случай отвечает линейному типу рекомбинации (кинетика первого порядка), когда концентрация люминесцентных центров много больше концентрации неравновесных носителей.

Чем выше требуемая скорость работы детектора, тем меньше должна быть постоянная спада используемого сцинтиллятора. Известно, что наибольшей вероятностью в единицу времени обладают электрические дипольные

переходы. При этом постоянная спада равна т = V и выражается формулой [18]:

стр Л

т =-V--

■ е /п

г 3

3 (1.3)

^ п2 + 2

у

где с - скорость света в вакууме, те - масса покоя электрона, е - заряд электрона, X - длина волны излучения, / - сила осциллятора перехода, п - показатель преломления материала. Отсюда видно, что наиболее быстрыми являются сцинтилляторы, излучающие в ультрафиолетовом диапазоне. Также вычисления по формуле (1.4) показывают, что минимальное время спада достигается для дипольных переходов и составляет несколько наносекунд. Наличие примесей или температурное тушение может уменьшить время спада, но это будет сопровождаться уменьшением световыхода.

В случае, если в сцинтилляторе имеется больше одного типа люминесцентных центров, интенсивность запишется в виде суммы нескольких экспонент. Если в сцинтилляторе присутствует длительный процесс переноса энергии (связанный, например, с наличием неглубоких ловушек), то форма сцинтилляционного импульса может менять свой вид на гиперболический:

*»=($■ "4)

где а - размерный параметр, определяющий скорость спада кинетики, у - порядок кинетики. Значение коэффициента у зачастую позволяет получить общее представление о процессах переноса энергии в сцинтилляторе. При этом параметр а зависит от количества поглощенного излучения.

Следует отметить, что использование суммы формул (1.2) хорошо подходит для описания комбинации двух типов люминесцентных центров. Использование её для трёх типов центров возможно, если постоянные спада сильно отличаются. Для суммы, содержащей более трех слагаемых, данная формула не дает хороших результатов, так как при близких по значению т кривая спада также приобретает гиперболический вид:

Сцинтиллятор может обладать длительной люминесценцией (порядка нескольких микросекунд или выше), которая называется послесвечением. Первопричиной послесвечения является фосфоресценция, появляющаяся в кристалле в результате термического высвобождения носителей заряда с ловушек. В случае, когда послесвечение значительно медленнее основных компонент люминесценции (т3 >> т), его можно описать экспоненциальным спадом:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Веневцев Иван Дмитриевич, 2021 год

Список использованной литературы

1. Kamada, K. Scintillator-oriented combinatorial search in Ce-doped (Y,Gd)3(Ga,Al)5O12 multicomponent garnet compounds / K. Kamada, T. Yanagida, J. Pejchal, M. Nikl, T. Endo, K. Tsutumi, Y. Fujimoto, A. Fukabori, A. Yoshikawa // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2011. - Vol. 44. - P. 505104

2. Seeley, Z.M. Expanded phase stability of Gd based garnet transparent ceramic scintillators / Z.M. Seeley, N.J. Cherepy, S.A. Payne // J. of Materials Research. -2014. - Vol. 29. - P. 2332-2337

3. Kamada, K. Composition engineering in cerium-doped (Lu,Gd)3(Ga,Al)5O12 single-crystal scintillators / K. Kamada, T. Endo, K. Tsutumi, T. Yanagida, Y. Fujimoto, A. Fukabori, A. Yoshikawa // Cryst. Growth Des. - 2011. - Vol. 11. -

P. 4484-4490

4. Laguta, V. Aluminum and gallium substitution in yttrium and lutetium aluminum-gallium garnets: Investigation by single-crystal NMR and TSL methods / V. Laguta, Y. Zorenko, V. Gorbenko, A. Iskaliyeva, Y. Zagorodniy, O. Sidletskiy, P. Bilski, A. Twardak, M. Nikl // J. Phys. Chem. C. - 2016. - Vol. 120. - P. 24400-24408

5. Babin, V. Influence of gallium content on Ga position and photo- and thermally stimulated luminescence in Ce -doped multicomponent (Y,Lu)3GaxAl5-xO12 garnets / V. Babin, M. Buryi, V. Chlan, Y. Fomichov, K. Kamada, V.V. Laguta, M. Nikl, J. Pejchal, H. Stepankova, A. Yoshikawa, Yu. Zagorodniy, S. Zazubovich // J. Lum. - 2018. - Vol. 200. - P. 141-150

6. Zagorodniy, Yu.O. Gallium preference for the occupation of tetrahedral sites in Lu3(Al5-xGax)O12 multicomponent garnet scintillators according to solid-state nuclear magnetic resonance and density functional theory calculations / Yu.O. Zagorodniy, V. Chlan, H. Stepankova, Y. Fomichov, J. Pejchal, V.V. Laguta, M. Nikl // J. Phys. Chem. Sol. - 2019. - Vol. 126. - P. 93-104

7. Uspenskaya, Yu.A. Aluminum and gallium nuclei as microscopic probes for pulsed electron-nuclear double resonance diagnostics of electric-field gradient and spin density in garnet ceramics doped with paramagnetic ions / Yu.A. Uspenskaya, G.V. Mamin, R.A. Babunts, A.G. Badalyan, E.V. Edinach, H.R. Asatryan, N.G. Romanov, S.B. Orlinskii, V.M. Khanin, H. Wieczorek, C. Ronda, P.G. Baranov // AIP Advances. - 2018. - Vol. 8. - P. 035001

8. Moszynski, M. Properties of the YAG:Ce scintillator / M. Moszynski, T. Ludziejewski, D. Wolski, W. Klamra, L.O. Norlin // Nuclear Instrum. Methods Phys. Res. A. - 1994. - Vol. 345. - P. 461-467

9. Rodnyi, P.A. Energy loss in inorganic scintillators / P.A. Rodnyi, P. Dorenbos, C.W.E. van Eijk // Phys. Status Solidi B. - 1995. - Vol. 187. - P. 15-29

10. Cherepy, N.J. High energy resolution with transparent ceramic garnet scintillators / N.J. Cherepy, Z.M. Seeley, S.A. Payne, P.R. Beck, E.L. Swanberg, S. Hunter, L. Ahle, S.E. Fisher, C. Melcher, H. Wei, T. Stefanik, Y.-S. Chung, J. Kindem // Proc. SPIE, Hard X-Ray, Gamma-Ray, Neutron Detect. Phys. - 2014. - Vol. 9213. - P. 921302

11. Prusa, P. Light yield of (Lu,Y,Gd)3Al2Ga3Oi2:Ce garnets / P. Prusa, K. Kamada, M. Nikl, A. Yoshikawa, J.A., Mares / Radiat. Meas. - 2013. - Vol. 56. - P. 62-65

12. Zorenko, Yu. High-perfomance Ce-doped multicomponent garnet single crystalline film scintillators / Yu. Zorenko, V. Gorbenko, T. Zorenko, O. Sidletskiy, A. Fedorov, P. Bilski, A. Twardak // Phys. Status Solidi (RRL) -Rapid Research Letters. - 2015. - Vol. 9. - P. 489-493

13. Xia, Z. Ce -doped garnet phosphors: Composition modification, luminescence properties and applications / Z. Xia, A. Meijerink // Chem. Soc. Rev. - 2017. -Vol. 46. - P. 275-299

14. Ueda, J. Review of luminescent properties of Ce -doped garnet phosphors: New insight into the effect of crystal and electronic structure / J. Ueda, S. Tanabe // Opt. Mater.: X. - 2019. - Vol. 1. - P. 100018

15. Nikl, M. Recent R&D trends in inorganic single-crystal scintillator materials for radiation detection / M. Nikl, A. Yoshikawa // Adv. Opt. Mater. - 2015. - Vol. 3.

- p. 463-481

16. Nikl, M. Scintillator materials achievements, opportunities, and puzzles / M. Nikl, E. Mihokova, J. Pejchal, A. Vedda, M. Fasoli, I. Fontana, V.V. Laguta, V. Babin, K. Nejezchleb, A. Yoshikawa, A. Ogino, G. Ren // IEEE Trans. Nucl. Sci.

- 2008. - Vol. 55. - P. 1035-1041

17. Lecoq, P. Inorganic Scintillators for Detector Systems / P. Lecoq, A. Annenkov, A. Gektin, M. Korzhik, C. Pedrini. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2006. - 251 p.

18. Rodnyi, P.A. Physical Processes in Inorganic Scintillators / P.A. Rodnyi. - New York: CRC Press LLC, 1997. - 240 p.

19. Гросс, Е.Ф. Экситон и его движение в кристаллической решетке / Е.Ф. Гросс. // Успехи физических наук. - 1962. - т. 76. - №. 3. - С. 433-466

20. Нокс, Р. Теория экситонов / Р. Нокс. - пер. с англ. - М.: Наука, 1966. - 219 с.

21. Simpson, P.J. Superfast timing performance from ZnO scintillators / P.J. Simpson, R. Tjossem, A.W. Hunt, K.G. Lynn, V. Munne // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. - 2003. - Vol. 505. - P. 82-84

22. Киттель, Ч. Ведение в физику твердого тела // Ч. Киттель. - М.: Наука, 1978.

- 791 с.

23. Moses, W.W. The scintillation properties of Ce-doped lanthanum fluoride / W.W. Moses, S.E. Derenso // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. - 1990. Vol. 299. - P. 51

24. Gwin, R. Scintillation process in CsI:Tl. I. Comparison with activator saturation model. II. Emission spectra and the possible role of self-trapped holes / R. Gwin, R.B. Murray // Phys. Rev. - 1963. - Vol. 131. - № 2. - P. 501-512

25. Murray, R.B. Scintillation response of activated inorganic crystals to various charged particles / R.B. Murray, A. Meyer // Phys. Rev. - 1961. - Vol. 122. - № 3. - P. 815-826

26. Чернов, С.А. Нелинейные эффекты в катодолюминесценции щелочногалоидных кристаллофосфоров / С.А. Чернов, Э.Д. Алукер // В кн.: Радиационная физика, вып. 6. Рига, Зинатне, 1970. - С. 163-198

27. Mao, R. Optical and Scintillation Properties of Inorganic Scintillators in High Energy Physics / R. Mao, L. Zhang and R. Zhu // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2008. - Vol. 55. - № 4. - P. 2425-2431

28. Ronda, C. Review-scintillators for medical imaging: A tutorial overview / C. Ronda, H. Wieczorek, V. Khanin, P. Rodnyi // J. Solid State Sci. Technol. -2016. - Vol. 5. - № 1. - P. R3121-R3125

29. Birowosuto, M.D. Thermal quenching of Ce emission in PrX3 (X= Cl, Br) by intervalence charge transfer / M.D. Birowosuto, P. Dorenbos, C.W.E. van Eijk, K.W. Kramer, H.U. Gudel // J. Phys. Condens. Matter. - 2007. - Vol. 19. - № 25. - P. 256209

30. Zych, E. Kinetics of cerium emission in a YAG:Ce single crystal: the role of traps / E. Zych // J. Phys. Condens. Matter. - 2000. - Vol. 12. - № 8. - P. 1947

31. Ельяшевич, М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия: Атомная спектроскопия / М.А. Ельяшевич. - М: Издательство URSS, 2012. - 415 с.

32. Dorenbos, P. Electronic structure and optical properties of the lanthanide activated RE3(Al1-xGax)5O12 (RE=Gd, Y, Lu) garnet compounds / P. Dorenbos // J. Lumin. - 2013. - Vol. 134. - P. 310-318

33. Dorenbos, P. Light output and energy resolution of Ce -doped scintillators / P. Dorenbos // Nucl. Instrum. Meth. A. - 2002. - Vol. 486. - № 1. - P. 208-213

34. Singh, J. Role of nonlinear excitation quenching processes and carrier diffusion on the nonproportionality of light yield in scintillators / J. Singh, A. Kobolov // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2012. - Vol. 59. - № 5. - P. 2045-2015

35. Wojtowicz A.J. The carrier capture and recombination processes in Ln -activated scintillators / A.J. Wojtowicz, A. Lempicki, D. Wisniewski, M. Balcerzyk, C. Brecher // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1996. - Vol. 43. - № 3. - P. 2168-2173

36. Hu, C. O-centers in LuAG:Ce,Mg ceramics / C. Hu, S. Liu, M. Fasoli, A. Vedda, M. Nikl, X. Feng, Y. Pan // Phys. Status Solidi (RRL)-Rapid Res. Lett. - 2015. -Vol. 9. - № 4. - P. 245-249

37. Spurrier, M.A. The effect of co-doping on the growth stability and scintillation properties of lutetium oxyorthosilicate / M.A. Spurrier, P. Szupryczynskia, H. Rothfussa, K. Yang, A.A. Carey, C.L. Melcher // J. Cryst. Growth. - 2008. - Vol. 310. - № 7. - P. 2110-2114

38. Lucchini, M.T. Effect of Mg ions co-doping on timing performance and radiation tolerance of Cerium doped Gd3Al2Ga3Oi2 crystals / M.T. Lucchini, V. Babin, P. Bohacek, S. Gundacker, K. Kamada, M. Nikl, A. Petrosyan, A. Yoshikawa, E. Auffray // Nucl. Instrum. Meth. A. - 2016. - Vol. 816. - P. 176183

39. Ogino, H. Growth and scintillation properties of Pr-doped Lu3Al5O12 crystals / H. Ogino, A. Yoshikawa, M. Nikl, A. Krasnikov, K. Kamada, T. Fukuda // J. Cryst. Growth. - 2006. - Vol. 287. - № 2. - P. 335-338

40. Zorenko, Y. Exciton and antisite defect-related luminescence in Lu3Al5O12 and Y3Al5O12 garnets / Y. Zorenko, A. Voloshinovskii, V. Savchyn, T. Voznyak, M. Nikl, K. Nejezchleb, V. Mikhailin, V. Kolobanov, D. Spassky // Phys. Status Solidi. - 2007. - Vol. 244. - № 6. - P. 2180-2189

41. Нижанковский, С.В. Выращивание и люминесцентные свойства лютеций -гадолиниевого граната, активированного ионами Ce и Pr / С.В. Нижанковский, А.Я. Данько, Ю.В. Зоренко, В.В. Баранов, Л.А. Гринь, В.Ф. Ткаченко, П.В. Матейченко // Физика твердого тела. -2011. - T. 53. - № 1. -C. 121-124

42. Chewpraditkul, W. Optical and scintillation properties of Ce -doped Y1Gd2Al5-xGaxO12 (x= 2, 3, 4) single crystal scintillators / W. Chewpraditkul, P. Brûza, D. Panek, N. Pattanaboonmee, K. Wantong, W. Chewpraditkul, V. Babin, K. Bartosiewicz, K. Kamada, A. Yoshikawa, M. Nikl // J. Lumin. - 2016. - Vol. 169. - P. 43-50

43. Munoz-Garcia, A.B. Structural, electronic, and spectroscopic effects of Ga codoping on Ce-doped yttrium aluminum garnet: first-principles study/ A.B. Munoz-Garcia, L. Seijo // Phys. Rev. B. - 2010. - Vol. 82. - № 18. - P. 184118

44. Vrubel, I.I. Bandgap Engineering in Yttrium-Aluminum Garnet with Ga Doping / I.I. Vrubel, R.G. Polozkov, I.A. Shelykh, V.M. Khanin, P.A. Rodnyi, C.R. Ronda // Cryst. Growth Des. - 2017. - Vol. 17. - № 4. - P. 1863-1869

45. Cherepy, N. Transparent ceramic scintillators for gamma-ray spectroscopy and radiography / N. Cherepy, J.D. Kuntz, Z.M. Seeley, S.E. Fisher, O.B. Drury, B.W. Sturm, T.A. Hurst, R.D. Sanner, J.J. Roberts, S.A. Payne // Proc. SPIE. -2010. - Vol. 7805. - P. 78050I

46. Mott, N.F. Electronic Processes in Ionic Crystals / N.F. Mott, R.W. Gurney. -New York: Dover Publications Inc., 2nd edition, 1964. - 274 p.

47. Blasse, G. Luminescence of alkaline-earth borate-phosphates activated with divalent europium / G. Blasse, A. Bril, J. de Vries // J. Inorg. Nucl. Chem. -1969. - Vol. 31. - № 2. - P. 568-570

48. Dorenbos, P. Energy of the first 4f7^ 4f65d transition of Eu in inorganic compounds / P. Dorenbos // J. Lumin. - 2003. - Vol. 104. - P. 239-260

49. Happek, U. Electron transfer processes in rare earth doped insulators / U. Happek, S.A. Basun, J. Choi, J.K. Krebs, M.J. Raukas // J. Alloys Compounds. -2000. - Vol. 303. - P. 198

50. Weber, M.J. Nonradiative decay from 5d states of rare earths in crystals / M.J. Weber // Solid State Comm. - 1973. - Vol. 12. - P. 741-744

51. Takahashi, H. The Temperature Dependence of Gamma-Ray Responses of YAG:Ce Ceramic Scintillators / H. Takahashi, T. Yanagida, D. Kasama, T. Ito, M. Kokubun, K. Makishima, T. Yanagitani, H. Yagi, T. Shigeta, T. Ito // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2007. - Vol. 53. - № 4. - P. 2404-2408

52. Bachmann, V. Temperature Quenching of Yellow Ce Luminescence in YAG:Ce / V. Bachmann, C. Ronda, A. Meijerink // Chem. Mater. - 2009. - Vol. 21. - P. 2077-2084

53. Robbins, D.J. The Effects of Crystal Field and Temperature on the Photoluminescence Excitation Efficiency of Ce in YAG / D.J. Robbins // ECS J. Solid State Sci. Technol. - 1979. - Vol. 196. - № 9. - P. 1550-1555

54. Ogieglo, J.M. Luminescence and Luminescence Quenching in Gd3(Ga,Al)5O12 Scintillators Doped with Ce / J.M. Ogieglo, A. Katelnikovas, A. Zych, T. Justel, A. Meijerink, C.R. Ronda // J. Phys. Chem. A. - 2013. - Vol. 117. - P. 2479-2484

55. Ueda, J. Control of electron transfer between Ce and Cr in Y3Al5-xGaxO12 host by conduction band engineering / J. Ueda, P. Dorenbos, A.J.J. Bos, K. Kuroishia, S. Tanabe // J. Mater. Chem. C. - 2015. - Vol. 3. - № 22. - P. 5642-5651

56. Hansel. R.A. Temperature-dependent luminescence of Ce in gallium-substituted garnets / R.A. Hansel, S.W. Allison, D.G. Walker // Appl. Phys. Lett. - 2009. -Vol. 95. - P. 114102

57. Chiang, C.C. Luminescent Properties of Cerium-Activated Garnet Series Phosphor: Structure and Temperature Effects / C.C. Chiang, M.S. Tsai, M.H. Hon // J. Electrochem. Soc. - 2008. - V. 155. - № 6. - P. B517-B520

58. Ueda, J. Insight into the Thermal Quenching Mechanism for Y3Al5O12:Ce through Thermoluminescence Excitation Spectroscopy / J. Ueda, P. Dorenbos, A.J.J. Bos, A. Meijerink, S. Tanabe // J. Phys. Chem. C. - 2015. - Vol. 119. - № 44. - P. 25003-25008

59. Babin, V. Determination of the position of the 5d excited levels of Ce ions with respect to the conduction band in the epitaxial films of the multicomponent (Lu,Gd)3(Ga,Al)5O12:Ce garnets / V. Babin, M. Hanus, A. Krasnikov, M. Kucera, M. Nikl, S. Zazubovich // Opt. Mater. - 2016. - Vol. 62. - P. 465-474

60. Grigorjeva, L. Effect of Ga content on luminescence and defects formation processes in Gd3(Ga,Al)5O12:Ce single crystals / L. Grigorjeva, K. Kamada, M. Nikl, A. Yoshikawa, S. Zazubovich, A. Zolotarjovs // Opt. Mater. - 2018. - Vol. 75. - P. 331-336

61. Bartosiewicz, K. Energy migration process in undoped and Ce-doped multicomponent garnet single crystal scintillators / K. Bartosiewicz, V. Babin, K. Kamada, A. Yoshikawa, M. Nikl // J Lumin. - 2015. - Vol. 166. - P. 117-122

62. Randall, J.T. Phosphorescence and Electron Traps. I. The Study of Trap Distributions / J.T. Randall, M.H.F. Wilkins // Proc. Roy. Soc. A. - 1945. - Vol. 184. - P. 366

63. Garlick, G.F.J. The electron trap mechanism of luminescence in sulfide and silicate phosphors / G.F.J. Garlick, A.F. Gibson // Proc. Phys. Soc. - 1948. - Vol. 60. - P. 574

64. May, C.E. Thermoluminescent Kinetics of Alpha-Irradiated Alkali Halides / C.E. May, J.A. Partridge // J. Chem. Soc. - 1964. - Vol. 40. - P. 1401

65. Pagonis, V. Numerical and Practical Exercises in Thermoluminescence / V. Pagonis, G. Kitis, C. Furetta. - New York: Springer-Verlag, 2006. - 210 p.

66. Luo, J. Composition-property relationships in (Gd3-xLux)(GayAl5-y)Oi2:Ce (x=0, 1, 2, 3 and y=0, 1, 2, 3, 4) multicomponent garnet / J. Luo, Y. Wu, G. Zhang, H. Zhang, G. Ren // Opt. Mat. - 2013. - Vol. 36. - № 2. - P. 476-481

67. Yadav, S.K. Band-Gap and Band-Edge Engineering of Multicomponent Garnet Scintillators from First Principles / S.K. Yadav, B.P. Uberuaga // Phys. Rev. Appl. - 2015. - Vol. 4. - P. 054012

68. Novosad, S.S. Recombination processes in

the Y3Al5O12:Ce3+ scintillator / S.S. Novosad, I.S. Novosad, L.V. Kostyk // Inorg. Mater. - 2008. - Vol. 44. - № 5. -515-519

69. Wolszczak, W. Temperature Properties of Scintillators for PET Detectors: a Comparative Study / W. Wolszczak, M. Moszynski, T. Szcz^sniak, M. Grodzicka, K. Kacperski // IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC). - 2014. - 8-15 November

70. Lecoq, P. Development of new scintillators for medical applications / P. Lecoq // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A. - 2016. - Vol. 809. - P. 130-139

71. Eijk, C.W.E. van Inorganic scintillators in medical imaging detectors / C.W.E. van Eijk // Nuc. Instrum. Meth. Phys. Res. A. - 2003. - Vol. 509. - P. 17-25

72. Milliken, E. Testing a Model-guided Approach to the Development of New Thermoluminescent Materials Using YAG:Ln Produced by Solution Combustion Synthesis / E. Milliken, L. Oliveira, G. Denis, E. Yukihara // J. Lumin. - 2012. -Vol. 132. - P. 2495-2504

73. Fasoli, M. Band-gap Engineering for Removing Shallow Traps in Rare-earth Lu3Al5O12 Garnet Scintillators Using Ga Doping / M. Fasoli, A. Vedda, M. Nikl, C. Jiang, B.P. Uberuaga, D.A. Andersson, K.J. McClellan, C.R. Stanek // Phys. Rev. B. - 2011. - Vol. 84. - P. 081102

74. Ueda, J. Bright Persistent Ceramic Phosphors of Ce -Cr -codoped Garnet Able to Store by Blue Light / J. Ueda, K. Kuroishi, S. Tanabe // Appl. Phys. Lett. -2014. - Vol. 104. - P. 101904

75. Ueda, J. Vacuum Referred Binding Energy of 3d Transition Metal Ions for Persistent and Photostimulated Luminescence Phosphors of Cerium-doped Garnets / J. Ueda, A. Hashimoto, S. Takemura, K. Ogasawara, P. Dorenbos, S. Tanabe // J. Lumin. - 2017. - Vol. 192. - P. 371-375

76. You, F. Electron Transfer Process Between Ce Donor and Yb Acceptor Levels in the Bandgap of Y3M5O12 (YAG)/ F. You, A.J.J. Bos, Q. Shi, S. Huang, P. Dorenbos // J. Phys.: Condens. Matter. - 2011. - Vol. 23. - P. 215502

77. Bos, A.J. Study of TL Glow Curves of YPO4 Double Doped with Lanthanide Ions / A.J. Bos, P. Dorenbos, A. Bessiere, A. Lecointre, M. Bedu, M. Bettinelli, F. Piccinelli // Radiat. Meas. - 2011. - Vol. 46. - P. 1410- 1416

78. Zeler, J. On the Thermoluminescence Properties and Mechanism of LuPO4:Eu Sintered Materials / J. Zeler, E. Zych // RSC Adv. - 2016. - Vol. 6. - P. 89019-89027

79. Vedda, A. Trap-center Recombination Processes by Rare Earth Activators in YAlO3 Single Crystal Host / A. Vedda, M. Fasoli, M. Nikl, V.V. Laguta, E. Mihokova, J. Pejchal, A. Yoshikawa, M. Zhuravleva // Phys. Rev. B. - 2009. -Vol. 80. - P. 045113

80. Varney, C. Positron Lifetime Measurements of Vacancy Defects in Complex Oxides / C. Varney, F. Selim // Acta Phys. Pol. A. - 2014. - Vol. 125. - P. 764-766

81. Ueda, J. Formation of Deep Electron Traps by Yb Codoping Leads to Superlong Persistent Luminescence in Ce -doped Yttrium Aluminum Gallium Garnet Phosphors / J. Ueda, S. Miyano, S. Tanabe // ACS Appl. Mater. Interfaces. -2018. - Vol. 10. - P. 20652-20660

82. Chen, R. Effects of Various Heating Rates on Glow Curves / R. Chen, S.A.A. Winer // J. Appl. Phys. - 1970. - Vol. 41. - P. 5227-5232

83. Gobrecht, H. Spectroscopy of Traps by Fractional Glow Technique / H. Gobrecht, D. Hofmann // J. Phys. Chem. Solids. - 1966. - Vol. 27. - P. 509-522

84. Sadek, A. Development of the Peak Fitting and Peak Shape Methods to Analyze the Thermoluminescence Glow-curves Generated with Exponential Heating Function / A. Sadek, H. Eissa, A. Basha, G. Kitis // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2014. - Vol. 330. - P. 103-107

85. Martini, M. Phosphorescence and Thermally Stimulated Luminescence of Amorphous SiO2 / M. Martini, G. Spinolo, A. Vedda, C. Arena // Solid State Commun. - 1944. - Vol. 91. - P. 751-756

86. Nikl, M. Efficient Radioluminescence of the Ce -doped NaGd Phosphate Glasses / M. Nikl, K. Nitsch, E. Mihokova, N. Solovieva, J.A. Mares, P. Fabeni, G.P. Pazzi, M. Martini, A. Vedda, S. Baccaro // Appl. Phys. Lett. - 2000. - Vol. 77. - P. 2159-2161

87. Wieczorek, H. Afterglow and Hysteresis in CsI:Tl / H. Wieczorek, M. Overdick // Proceedings of the 5th International Conference on Inorganic Scintillators and Their Applications (SCINT99). - 2000. - P. 385-390

88. Srivastava, J.K. Trap Distribution Analysis for Thermoluminescence of CaSO4:Dy / J.K. Srivastava, S.J. Supe // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1983. - Vol. 16. - P. 1813

89. Hornyak, W. Single Level Isothermal TL-decay (with Energy Level Distribution and Retrapping / W. Hornyak, A. Franklin // Nucl. Tracks Radiat. Meas. - 1988. - Vol. 14. - P. 81-89

90. Van den Eeckhout, K. Revealing Trap Depth Distributions in Persistent Phosphors / K. Van den Eeckhout, A.J.J. Bos, D. Poelman, P.F. Smet // Phys. Rev. B. - 2013. - Vol. 87. - P. 045126

91. Brylew, K. Studies of Low Temperature Thermoluminescence of GAGG:Ce and LuAG:Pr Scintillator Crystals Using the Tmax Tstop Method / K. Brylew, W. Drozdowski, A.J. Wojtowicz, K. Kamada, A. Yoshikawa // J. Lumin. - 2014. -Vol. 154. - P. 452-457

92. Feofilov, S. Discrete Zero-phonon Cr Lines in the Spectra of Terbium Yttrium Lutetium Aluminum Garnets Solid Solutions: Lattice Compression and Dilation / S. Feofilov, A. Kulinkin, K. Ovanesyan, A. Petrosyan // Solid State Commun. -2016. - Vol. 226. - P. 39-43

93. Klasens, H.A. Discussion on the Electron Trap Mechanism of Luminescence in Sulphide and Silicate Phosphors / H.A. Klasens, G. Garlick, A. Gibson // Proc. Phys. Soc. - 1948. - Vol. 61. - P. 101

94. Nikl, M. Defect Engineering in Ce-doped Aluminum Garnet Single Crystal Scintillators / M. Nikl, K. Kamada, V. Babin, J. Pejchal, K. Pilarova, E. Mihokova, A. Beitlerova, K. Bartosiewicz, S. Kurosawa, A. Yoshikawa // Cryst. Growth Des. - 2014. - Vol. 14. - P. 4827-4833

95. Nikl, M. The Antisite LuAl Defect-related Trap in L^AbO^Ce Single Crystal / M. Nikl, E. Mihokova, J. Pejchal, A. Vedda, Y. Zorenko, K. Nejezchleb // Phys. Status Solidi B. - 2005. - Vol. 242. - P. R119-R121

96. Khanin, V.M. Electron Traps in Gd3Ga3Al2O12:Ce Garnets Doped with Rare-earth Ions / V.M. Khanin, P.A. Rodnyi, H. Wieczorek, C.R. Ronda // Tech. Phys. Lett. - 2017. - Vol. 43. - P. 439-442

97. Luo, Y. Effect of Al/Ga Substitution on Photoluminescence and Phosphorescence Properties of Garnet-Type Y3Sc2Ga3-xAlxO12:

Ce Phosphor / Y. Luo, Z. Xia // J. Phys. Chem. C. - 2014. - Vol. 118. - P. 23297-23305

98. Wu, H. Photoluminescence and Thermoluminescence of Ce Incorporated Y3Al5O12 Synthesized by Rapid Combustion / H. Wu, C. Yang, Z. Zhang, Y. Tang // Optik. - 2016. - Vol. 127. - P. 1368-1371

99. Romanov, N.G. Dramatic Impact of the Giant Local Magnetic Fields on Spin-dependent Recombination Processes in Gadolinium Based Garnets / N.G. Romanov, D.O. Tolmachev, A.S. Gurin, Y.A. Uspenskaya, H.R. Asatryan, A.G. Badalyan, P.G. Baranov, H. Wieczorek, C. Ronda // Appl. Phys. Lett. - 2015. -Vol. 106. - P. 262404

100. Gektin, A.V. Scintillation Efficiency Improvement by Mixed Crystal Use / A.V. Gektin, A.N. Belsky, A.N. Vasil'ev // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2014. - Vol. 61. -P. 262-270

101. Belsky, A. Electronic and Optical Properties of Scintillators Based on Mixed Ionic Crystals / A. Belsky, A. Gektin, S. Gridin, A.N Vasil'ev // Springer Proc. Phys. - 2017. - Vol. 200. - P. 63-82

102. McKeever, S.W.S. Thermoluminescence of Solids / S.W.S. McKeever. -Cambridge Solid State Science Series, Cambridge University Press, 1985. - 392 p.

103. Hornyak, W.F. Thermoluminescence and Phosphorescence with a Continuous Distribution of Activation Energies / W.F. Hornyak, R. Chen // J. Lumin. - 1989. - Vol. 44. - P. 73-81

104. Tikhonov, A.N. Solution of Ill-Posed Problems / A.N. Tikhonov, V.Y. Arsenin. -WA: Winston & Sons, 1977. - 272 p.

105. Simmons, J.G. Theory of Isothermal Currents and the Direct Determination of Trap Parameters in Semiconductors and Insulators Containing Arbitrary Trap Distributions / J.G. Simmons, M.C. Tam // Phys. Rev. B. - 1973. - Vol. 7. - P. 3706-3713

106. Sunta C.M. Interactive Kinetics in Thermoluminescence (TL) and Its Effect on Glow Curves and Their Growth as a Function of Dose / C.M. Sunta, R.N. Kulkarni, E.M. Yoshimura, A.W. Mol, T.M. Piters, E. Okuno // Phys. Status Solidi B. - 1994. - Vol. 186. - P. 199-208

107. Medlin, W.L. Decay of Phosphorescence from a Distribution of Trapping Levels / W.L. Medlin // Phys. Rev. - 1961. - Vol. 123. - P. 502-509

108. Kelly, P. Phenomenological Theory of Thermoluminescence / P. Kelly, P. Braunlich // Phys. Rev. B. - 1970. - Vol. 1. - P. 1587-1595

109. Sunta, C. Unraveling Thermoluminescence / C. Sunta. - Springer, 2015. - 209 p.

110. Wieczorek, H. Transient Currents in a-Si:H Diodes / H. Wieczorek // J. Non-Cryst. Solids. - 1991. - Vol. 137. - P. 1309-1312

111. Kelly, P. Exact Solutions of the Kinetic Equations Governing Thermally Stimulated Luminescence and Conductivity / P. Kelly, M.J. Laubitz., P. Braunlich // Phys. Rev. B. - 1971. - Vol. 4. - P. 1960-1968

112. Sunta, C.M. The Quasi-equilibrium Approximation and its Validity for the Thermoluminescence of Inorganic Phosphors / C.M. Sunta, W.E.F. Ayta, R.N. Kulkarni, J.F.D. Chubaci, S. Watanabe // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1999. - Vol. 32. - P. 717

113. Shen, Y. The Harmful Effects of Sintering Aids in Pr:LuAG Optical Ceramic Scintillator / Y. Shen, Y. Shi, X. Feng, Y. Pan, J. Li, Y. Zeng, M. Nikl, A. Krasnikov, A. Vedda, F. Moretti // J. Am. Ceram. Soc. - 2012. - Vol. 95. - P. 2130-2132