Influence of activator concentration on spectral-luminescence and scintillation properties of YAG:Ce crystals

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The luminescence and scintillation properties of  YAG:Ce crystals grown from the melts in vacuum has been analysed. We have investigated absorption spectra, X-ray excited luminescence (XRL), XRL decay kinetics and scintillation light yield in a wide range of activator concentrations (from 0.0036 at.% to 1.175 at.% substitution  of  Y in the c-positions of  garnet structure). The effective quenching of the intrinsic luminescence of antisite and vacancy defects of the crystal in the UV region with increasing activator concentration has been determined. The optimal concentration of the activator has been determined in order to increase the XRL intensity and the light output of scintillations of Сe3+ ions, taking into account the technological peculiarities of growing optically perfect single crystals with high concentration of Сe3+ ions by using the method of horizontal directional crystallisation in vacuum. The relations between the XRL kinetics and the activator concentration have been investigated. It has showed the possibility to obtain crystals with photon yield up to 25,000 ph/MeV.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. A. Fedorov

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Author for correspondence.
Email: fedorov-metrology@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

E. V. Antonov

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Email: fedorov-metrology@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

I. D. Venevtsev

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: fedorov-metrology@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg

V. M. Kanevsky

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Email: fedorov-metrology@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

B. V. Nabatov

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”

Email: fedorov-metrology@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

E. S. Saltanova

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: fedorov-metrology@yandex.ru
Russian Federation, Москва; Dolgoprudny

References

  1. Kaminskii A.A. Laser Crystals. Springer-Verlag, 1990. 456 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-70749-3_6
  2. Lecoq P., Gektin A., Korzhik M. Inorganic scintillators for detector systems. Switzerland: Springer, 2017. 408 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-45522-8_1
  3. Петросян А.Г. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов / Под ред. Каминского А.А. М.: Наука, 1986. 235 с.
  4. Багдасаров Х.С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. М.: Физматлит, 2004. 160 с.
  5. Zhaoa G., Zenga X., Xua J. et al. // J. Cryst. Growth. 2003. V. 253. P. 290. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(03)01017-0
  6. Зоренко Ю.В., Савчин В.П., Горбенко В.И. и др. // ФТТ. 2011. Т. 53. Вып. 8. С. 1542.
  7. Нижанковский С.В., Данько А.Я., Зеленская О.В. и др. // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. Вып. 20. С. 77.
  8. Ashurov M.Kh., Voronko Yu.K., Osiko V.V., Sobol A.A. // Phys. Status Solidi. A. 1977. V. 42. P. 101.
  9. Zorenko Y., Zorenko T., Gorbenko V.V. et al. // Opt. Mater. 2012. V. 34. № 8. P. 1314. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2012.02.007
  10. Zorenko Y. // Phys. Status Solidi. C. 2005. V. 2. № 1. P. 375. https://doi.org/10.1002/pssc.200460275
  11. Shiran N., Gektin A., Gridin S. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2018. V. 65. № 3. P. 871. https://doi.org/10.1109/TNS.2018.2797545
  12. Khanin V.M., Vrubel I.I., Polozkov R.G. et al. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. № 37. P. 22725. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b05169
  13. Zorenko Yu., Zych E., Voloshinovskii A. // Opt. Mater. 2009. V. 31. P. 1845. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2008.11.026
  14. Pankratov V., Grigorjeva L., Millers D., Chudoba T. // Radiat. Meas. 2007. V. 42. № 4–5. P. 679. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2007.02.046
  15. Waetzig K., Kunzer M., Kinski I. // J. Mater. Res. 2014. V. 29. № 19. P. 2318. https://doi.org/10.1557/jmr.2014.229
  16. Кварталов В.Б., Федоров В.А., Буташин А.В., Каневский В.М. // Успехи в химии и химической технологии. 2022. Т. 36. № 7. С. 70.
  17. Rodnyi P.A., Mikhrin S.B., Mishin A.N., Sidorenko A.V. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2001. V. 48. № 6. P. 2340. https://doi.org/10.1109/23.983264
  18. Zorenko Y., Zorenko T., Gorbenko V.V. et al. // Opt. Mater. 2012. V. 34. № 8. P. 1314. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2012.02.007
  19. Zorenko Yu., Voloshinovskii A., Savchyn V. et al. // Phys. Status Solidi. B. 2007. V. 244. P. 2180. https://doi.org/10.1002/pssb.200642431
  20. Bachmann V., Ronda C., Meijerink A. // Chem. Mater. 2009. V. 21. P. 2077. https://doi.org/10.1021/cm8030768
  21. Zorenko Y., Gorbenko V., Mihokova E. et al. // Radiat. Meas. 2007. V. 42. P. 521. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2007.01.045
  22. Khanin V., Venevtsev I., Spoor S. et al. // Opt. Mater. 2017. V. 72. P. 161. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2017.05.040
  23. Zorenko Y., Voloshinovskii A., Savchyn V. et al. // Phys. Status Solidi. B. 2007. V. 244. № 6. P. 2180. https://doi.org/10.1002/pssb.200642431
  24. Буташин А.В., Веневцев И.Д., Федоров В.А. и др. // Кристаллография. 2023. T. 68. № 4. С. 594. https://doi.org/10.31857/S0023476123600234

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Absorption spectra of IAG crystal samples:Ce thickness d: 6 – d = 690, 7 – d = 443, 9 – d = 37, 12 – d = 65 microns. The curve numbers correspond to the sample numbers from Table 1

Download (118KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. RL spectra of YAG:Ce crystals. The curve numbers correspond to the sample numbers from Table 1

Download (200KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the RL intensity of IAG crystals:Ce at a wavelength of λ = 560 nm of crystals from the concentration of the activator: 1 – crystals grown by the GNC method, 2 – crystals obtained by spontaneous crystallization

Download (64KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences of the RF intensity at the wavelength λ = 560 nm of the YAG:Ce samples on time. The curve numbers correspond to the sample numbers from Table 1.

Download (289KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the integral contribution of various components of the kinetics of RL of IAG samples:Ce of cerium concentration: 1 – component 68 ns, 2 – component 1090 ns, 3 – intermediate component (190 ns)

Download (107KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the light output of scintillations of IAG crystals:Ce depends on the concentration of the activator: 1 – light output of Ce3+ ions, 2 – light output of the base; a – crystals grown by the GNC method, b – crystals obtained by spontaneous crystallization

Download (120KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».