Oxide scintillator detectors

Abstract

The presented thesis focused on the study of a new material concept of Ce3+ doped multicom- ponent aluminum garnets (GdLu)3(GaAl)5O12. High purity single crystalline epitaxial films were grown by the method of liquid phase epitaxy from the BaO-B2O3-BaF2 flux with spe- cial emphasis on the elimination of the potential impurities coming from the flux. Combined experimental study of photoelectron yield (under alpha excitation), decay kinetics of fast and delayed recombination in the milisecond time range (under e-beam excitation) and photo-, cathodo- and radio-luminescence spectroscopies were used to characterize the studied mater- ial. The single-step nonradiative energy transfer from the donor Gd3+ to an acceptor Ce3+ was observed in the low Gd, Ce doped LuAG films and established as long-range dipole - dipole interaction. Special attention was devoted to the positive effect of combined Gd and Ga substitution on the extensive suppression of shallow traps, which are responsible for the slow component in the scintillation response. The best obtained scintillation characteristics of the studied epitaxial films were comparable with the top performance bulk crystals. 1

Predložená práca sa zameriavava na štúdium nového materiálového konceptu Ce3+ dopovaného granátu (GdLu)3(GaAl)5O12. Vysoko čisté monokryštalické epitaxné filmy boli vypestované metódou epitaxie z kvapalnej fázy z BaO-B2O3-BaF2 taveniny, so špeciálnym dôrazom na elimináciu potenciálnych neštôt pochádzajúcich z taveniny. Experimentálne štúdiá fotoelektrónového výťažku (excitované alfa částicami), kinetiky dosvitov rýchlej a oneskorenej rekombinácie v milisekundovej oblasti (excitované elektrónovým zväzkom) a foto- katodo- a rádio-luminiscenčnej spektroskopie, boli použité na charakteristiku študovaného materiálu. Jednokrokový nežiarivý transport energie z donoru Gd3+ na akceptor Ce3+ bol pozorovaný v nízko dopovaných LuAG:Gd,Ce filmoch, pričom sa jednalo o ďalekodosahovú dipól-dipolovú interakciu. Špeciálna pozornosť bola venovaná pozitívnemu vplyvu kombinovanej Gd, Ga dotácie na rozsiahle potlačenie plytkých pascí, ktoré sú zodpovedné za pomalú komponentu v scintilačnej odozve. Najlepšie získané scintilačné vlastnosti študovaných epitaxných filmov boli porovnateľné s veľmi výkonnými objemovými kryštálmi.