PDF《Gd 晶体常温下闪烁性能的探索 * β-PbF2 :》

β-PbF2 : Gd 晶体常温下闪烁性能的探索* 沈定中 任国浩 邓群殷之文 C .

Woody S . Stoll ( 中国科学院上海硅酸盐研究所 , 上海 201800) ( Brookhaven National Lab, USA) 摘要 用Bridgeman- S tockbarger 法生长出了掺 Gd 质量分数为 0.

15 % 的立方氟化 铅( β-PbF2 : Gd) 晶体 .将其切割、抛光制成

20 mm *

20 mm 的试样, 分别用137 Cs 和AGS 上强度为

1 GeV 的束流为激发源, 测量了该晶体的光输出和衰减时间.结果表 明β-PbF2 : Gd 晶体在常温下能够产生微弱的闪烁光 ,光输出约为

6 光电子/MeV ,而 且大部分光输出都是在时间门宽

30 ns 时 ,光产额基本上保持在一条近于水平的直线上而与时间门宽无关 . 这就是说 ,在该试样的光输出中,不存在衰减时间大于

30 ns 的慢分量. 图1β-PbF2 :

0 . 15%Gd 晶体在 γ射线(

137 Cs 源) 激发下的脉冲高度谱 ( a)50 ns, ( b)1 μ s 图2β-PbF2 :

0 . 15%Gd 晶体的光产额与积分 时间的关系 纵坐标单位 : p. e. / MeV 2.

2 束流测试 用透光硅脂将被 Teflon 包裹着的试样连接到Hamamatsu R1398 1-1/8 型装有透紫外玻璃 第1期沈定中等: β-PbF2 : Gd 晶体常温下闪烁性能的探索

47 图3β-PbF2 : 0.

15 %Gd 晶体在

1 GeV 束流 激发下的脉冲高度谱 窗口的能谱仪上 , 以美国 Brookhaven 国家实验 室的同步加速器( AGS) 上强度为

1 GeV 的束流 为激发源 , 它是由 π介质、中子和质子混合在一 起而组成的一种测试束流 ,在晶体前面的辐照面 积为

1 cm2 .由于试样的体积太小和束流的准直 性所限,在试样的侧面和后面都有一定的能量泄 漏,只有极少电离的粒子被用来获取有关光输出 的有用信号 . 图3示出了时间门宽为

200 ns 、 灵 敏度为

1 pC/ch 的最小电离峰的脉冲高度谱 . 图中试样的峰值道数为

70 , 基线的道数为 12.

3 , 两者之差为

70 -

12 .

3 =57 . 7ch .由于仪器的灵 敏度为每道

1 pC , 所以, 相应的电荷数为:

57 .

7 ch *10-

12 C/ch

1 .

602 19 *10-

19 C/ 电子 =3 .

6 *108 ( 电子) , 已知当工作电压为

1 300 V 时,光电倍增管的增益系数为 2.

9 *106 ,这样, 相应的最小电离电 荷为 3.

6 *108 /2 .

9 *106 =124 光电子( p . e. ) .因在 PbF2 试样上的能量损失梯度约为 9.

6 M eV/cm ,故总的能量损失应为~ 9.

6 MeV/cm *

2 cm =19 .

2 M eV .由此可算出 PbF2 的光产 额为 :

124 p . e . /19 .

2 MeV =6 .

5 p . e. /MeV , 该值与前面用137 Cs 为激发源时所算出的光产额(

6 .

2 p . e . /M eV) 基本一致, 这表明 PbF2 : ( 0.

15 % ) Gd 晶体的光产额是比较稳定的.如果把激发过程中泄漏的能量也考虑进去的话 ,实 际的光输出可能比现在测出的值要高一些 .而纯 β-PbF2 的光输出只有

970 ~

1 200p . e. / GeV[

6 ] ,大约相当于 β -PbF2 : Gd 晶体的 1/6 , 说明 Gd 在β-PbF2 晶体中起着激活剂或发光中心 的作用. 应用单光子计数技术测量了 β -PbF2 : Gd 晶体的衰减曲线( 图4) .在该曲线中, 光衰减时 图4β-PbF2 : Gd 晶体的衰减曲线 间不足

20 ns ,而且在长达

500 ns 的时间内, 没有任何明显的发光信号.这与图

2 所揭示的光

48 中国科学(E辑) 第28 卷 输出同积分时间的关系是一致的.即β-PbF2 : Gd 晶体的光输出中没有超过

50 ns 的慢分量 . 2.

3 透射光谱 图5PbF2 : 0.

15 %Gd 晶体的透射光谱(20 mm *