zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2092Research ArticleСтатьиНовый подход в настройке сцинтилляционных параметров кристаллов PbWO4 для расширения диапазона регистрации γ-квантовNew Approach to Tuning the Scintillation Properties of PbWO4 Crystals to Expand the Energy Range of the Detecting -RaysКоржикМ. В.KorzhikM. V.

Минск, Беларусь; Москва, Россия

Minsk, Belarus; Moscow, Russia 

mikhailkorjik@gmail.comАмелинаА. Е.AmelinaA. E.

Москва

Moscow

АртемьеваМ. А.ArtemyevaM. A.

Новосибирск

Novosibirsk

БалянЛ. А.BalyanL. A.

Новосибирск

Novosibirsk

БондаревА. Г.BondarauA. G.

Минск

Minsk

ВасильевА. Н.Vasil’evA. N.

Москва

Moscow

ГригорьеваВ. Д.GrigorievaV. D.

Новосибирск

Novosibirsk

ЕлисеевА. П.EliseyevA. P.

Новосибирск

Novosibirsk

КузнецовА. Б.KuznetsovA. B.

Новосибирск

Novosibirsk

КомендоИ. Ю.KomendoI. Yu.

Москва

Moscow

МечинскийВ. А.MechinskyV. A.

Минск, Беларусь; Москва, Россия

Minsk, Belarus; Moscow, Russia

МихлинА. Л.MikhlinA. L.

Москва

Moscow

ПоступаеваА. Г.PostupaevaA. G.

Новосибирск

Novosibirsk

ШлегельВ. Н.ShlegelV. N.

Новосибирск

Novosibirsk

НИУ “Институт ядерных проблем” Белорусского государственного университета; Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”Research Institute of Nuclear Problems Belarusian State University; National Research Center “Kurchatov Institute”Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”National Research Center “Kurchatov Institute”Институт неорганической химии им. А. В. Николаева Сибирского отделения РАНA. N. Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry, Siberian Branch of Russian Academy of SciencesНИУ “Институт ядерных проблем” Белорусского государственного университетаResearch Institute of Nuclear Problems Belarusian State UniversityНаучно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. ЛомоносоваResearch Institute of Nuclear Physics, Moscow State UniversityИнститут геологии и минералогии им. В. С. Соболева Сибирского отделения РАНV. S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of Russian Academy of SciencesНациональный исследовательский центр “Курчатовский институт”; Российский химико-технологический университет имени Д. И. МенделееваNational Research Center “Kurchatov Institute”; Mendeleev University of Chemical Technology of RussiaООО “СИМЭЛ”Crystal Manufacturing Lab., Ltd.202622012026931133138Copyright © Коржик М.В., Амелина А.Е., Артемьева М.А., Балян Л.А., Бондарев А.Г., Васильев А.Н., Григорьева В.Д., Елисеев А.П., Кузнецов А.Б., Комендо И.Ю., Мечинский В.А., Михлин А.Л., Поступаева А.Г., Шлегель В.Н., 20262026Коржик М.В., Амелина А.Е., Артемьева М.А., Балян Л.А., Бондарев А.Г., Васильев А.Н., Григорьева В.Д., Елисеев А.П., Кузнецов А.Б., Комендо И.Ю., Мечинский В.А., Михлин А.Л., Поступаева А.Г., Шлегель В.Н.Korzhik M.V., Amelina A.E., Artemyeva M.A., Balyan L.A., Bondarau A.G., Vasil’ev A.N., Grigorieva V.D., Eliseyev A.P., Kuznetsov A.B., Komendo I.Y., Mechinsky V.A., Mikhlin A.L., Postupaeva A.G., Shlegel V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2092

/

Показано, что введение в структуру соединения вольфрамата свинца PbWO4 (PWO) ионов стронция, изоморфно замещающих ионы свинца в кристаллической решетке, позволяет в широких пределах варьировать выход сцинтилляций, его температурную зависимость, а также параметры кинетики высвечивания. При замещении 10 % ионов свинца в кристаллической решетке соединение (Pb,Sr)WO4 имеет выход сцинтилляций 1000 фот./МэВ и преимущественную константу затухания кинетики сцинтилляций 40 нс, при этом температурная зависимость выхода сцинтилляций близка к таковой материала PWO. Напротив, в соединении с содержанием Sr 80 % выход достигает 10000 фот./МэВ при константе затухания 600 нс. При этом выход сцинтилляций в диапазоне 300—400 К характеризуется температурным коэффициентом –0.6 %/К. Первая опция сцинтиллятора представляет интерес для экспериментов по физике высоких энергий, в том числе для спектроскопии, начиная с энергий 10 МэВ, без охлаждения детектора, вторая — для спектрометрии в геологоразведке и каротаже скважин, где требуется работа при повышенных температурах.

It is demonstrated that the introduction of strontium ions into the lead tungstate compound PbWO4 (PWO), which isomorphically substitute lead ions in the crystal lattice, allows one to vary the scintillation yield, its temperature dependence, and the parameters of the luminescence kinetics over a wide range. With 10% substitution of lead ions in the crystal lattice, the (Pb,Sr)WO4 compound is characterized by a scintillation yield of 1000 ph/MeV and a kinetics decay constant of 40 ns, while the temperature dependence of the scintillation yield is close to that of the PWO material. On the contrary, in the compound with 80% Sr instead of Pb, the yield reaches 10,000 ph/MeV with a decay constant of 600 ns. For the compound, the scintillation yield in the temperature range of 300—400 K is characterized by a temperature coefficient of –0.6 %/°C. The first compound is of interest for experiments in high-energy physics, including spectroscopy, starting from 10 MeV without detector cooling. The second is prospective for spectrometry in geological exploration and well logging, where operation at relatively high temperatures is required.

сцинтилляторвольфраматфотолюминесценциявыход сцинтилляцийкинетика сцинтилляцийscintillatortungstatephotoluminescencescintillation yieldscintillation kineticsРабота выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 25-73-30014, https://rscf.ru/project/25-73-30014/.ReferencesP. Lecoq, A. Gektin, M. Korzhik. Inorganic Scintillators for Detector Systems, Springer International Publishing, Cham. (2017), doi: 10.1007/978-3-319-45522-8P. Lecoq, A. Gektin, M. Korzhik. Inorganic Scintillators for Detector Systems, Springer International Publishing, Cham. (2017), doi: 10.1007/978-3-319-45522-8L. Evans, P. Bryant. J. Inst., 3 (2008) S08001, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S08001L. Evans, P. Bryant. J. Inst., 3 (2008) S08001, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S08001T. A. Collaboration, K. Aamodt. J. Inst., 3, N 8 (2008) S08002, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S08002T. A. Collaboration, K. Aamodt. J. Inst., 3, N 8 (2008) S08002, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S08002T. C. Collaboration, S. Chatrchyan. J. Inst., 3, N 8 (2008) S08004, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S08004 [T. C. Collaboration, S. Chatrchyan. J. Inst., 3, N 8 (2008) S08004, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S08004 [T. C. Collaboration, S. Chatrchyan. Phys. Lett. B, 716, N 1 (2012) 30—61, doi: 10.1016/j.physletb.2012.08.021T. C. Collaboration, S. Chatrchyan. Phys. Lett. B, 716, N 1 (2012) 30—61, doi: 10.1016/j.physletb.2012.08.021C. M. S. Collaboration, S. Chatrchyan. J. High Energ. Phys., 81, N 6 (2013) 1—127, doi: 10.1007/JHEP06(2013)081C. M. S. Collaboration, S. Chatrchyan. J. High Energ. Phys., 81, N 6 (2013) 1—127, doi: 10.1007/JHEP06(2013)081S. A. Çetin, A. Collaboration. Phys. Lett. B, 716, N 1 (2012) 1—29, doi: 10.1016/j.physletb.2012.08.020S. A. Çetin, A. Collaboration. Phys. Lett. B, 716, N 1 (2012) 1—29, doi: 10.1016/j.physletb.2012.08.020S. Burachas, M. Ippolitov, V. Manko, S. Nikulin, A. Vasiliev, A. Apanasenko, A. Vasiliev, A. Uzunian, G. Tamulaitis. Rad. Measur., 45, N 1 (2010) 83—88, doi: 10.1016/j.radmeas.2009.11.038S. Burachas, M. Ippolitov, V. Manko, S. Nikulin, A. Vasiliev, A. Apanasenko, A. Vasiliev, A. Uzunian, G. Tamulaitis. Rad. Measur., 45, N 1 (2010) 83—88, doi: 10.1016/j.radmeas.2009.11.038A. Borisevich, A. Fedorov, A. Hofstaetter, M. Korzhik, B. K. Meyer, O. Missevitch, R. Novotny. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A, 537, N 1-2 (2005) 101—104, doi: 10.1016/j.nima.2004.07.244A. Borisevich, A. Fedorov, A. Hofstaetter, M. Korzhik, B. K. Meyer, O. Missevitch, R. Novotny. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A, 537, N 1-2 (2005) 101—104, doi: 10.1016/j.nima.2004.07.244R. W. Novotny, W. Doring, V. Dormenev, P. Drexler, W. Erni, M. Rost, M. Steinacher, M. Thiel, A. Thomas. IEEE Trans. Nucl. Sci., 55, N 3 (2008) 1295—1298, doi: 10.1109/TNS.2008.922807R. W. Novotny, W. Doring, V. Dormenev, P. Drexler, W. Erni, M. Rost, M. Steinacher, M. Thiel, A. Thomas. IEEE Trans. Nucl. Sci., 55, N 3 (2008) 1295—1298, doi: 10.1109/TNS.2008.922807M. Follin, V. Sharyy, J.-P. Bard, M. Korzhik, D. Yvon. J. Inst., 16, N 8 (2021) P08040, doi: 10.1088/1748-0221/16/08/P08040M. Follin, V. Sharyy, J.-P. Bard, M. Korzhik, D. Yvon. J. Inst., 16, N 8 (2021) P08040, doi: 10.1088/1748-0221/16/08/P08040Crytur.spol.sa., Products, https://www.crytur.com/products/ (accessed 10 August 2025)Crytur.spol.sa., Products, https://www.crytur.com/products/ (accessed 10 August 2025)M. Korzhik, K.-T. Brinkmann, V. Dormenev, M. Follin, J. Houzvicka, D. Kazlou, J. Kopal, V. Mechinsky, S. Nargelas, P. Orsich, Z. Podlipskas, V. Sharyy, S. Sykorova, Y. Talochka, G. Tamulatis, D. Yvon, H.-G. Zaunick. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A, 1034 (2022) 166781, doi: 10.1016/j.nima.2022.166781M. Korzhik, K.-T. Brinkmann, V. Dormenev, M. Follin, J. Houzvicka, D. Kazlou, J. Kopal, V. Mechinsky, S. Nargelas, P. Orsich, Z. Podlipskas, V. Sharyy, S. Sykorova, Y. Talochka, G. Tamulatis, D. Yvon, H.-G. Zaunick. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A, 1034 (2022) 166781, doi: 10.1016/j.nima.2022.166781A. Hallaoui, A. Taoufyq, M. Arab, B. Bakiz, A. Benlhachemi, L. Bazzi, S. Villain, J.-C. Valmalette, F. Guinneton, J.-R. Gavarri. J. Solid State Chem., 227 (2015) 186—195, doi: 10.1016/j.jssc.2015.04.004A. Hallaoui, A. Taoufyq, M. Arab, B. Bakiz, A. Benlhachemi, L. Bazzi, S. Villain, J.-C. Valmalette, F. Guinneton, J.-R. Gavarri. J. Solid State Chem., 227 (2015) 186—195, doi: 10.1016/j.jssc.2015.04.004M. Korzhik, A. Amelina, A. Fedorov, A. Bondarau, P. Karpyuk, I. Komendo, Y. Borovlev, V. Mechinsky, A. Postupaeva, V. Shlegel, I. Shpinkov, A. Vasil’ev. Next Materials, 7 (2025) 100386, doi: 10.1016/j.nxmate.2024.100386M. Korzhik, A. Amelina, A. Fedorov, A. Bondarau, P. Karpyuk, I. Komendo, Y. Borovlev, V. Mechinsky, A. Postupaeva, V. Shlegel, I. Shpinkov, A. Vasil’ev. Next Materials, 7 (2025) 100386, doi: 10.1016/j.nxmate.2024.100386M. Korzhik, V. Retivov, V. Dubov, V. Ivanov, I. Komendo, D. Lelekova, P. Karpyuk, V. Mechinsky, A. Postupaeva, V. Smyslova, V. Shlegel, I. Shpinkov, A. Vasil’ev. J. Appl. Phys., 137, N 2 (2025) 020701, doi: 10.1063/5.0238695M. Korzhik, V. Retivov, V. Dubov, V. Ivanov, I. Komendo, D. Lelekova, P. Karpyuk, V. Mechinsky, A. Postupaeva, V. Smyslova, V. Shlegel, I. Shpinkov, A. Vasil’ev. J. Appl. Phys., 137, N 2 (2025) 020701, doi: 10.1063/5.0238695Н. А. Лаишевцева, Е. В. Ткаченко, В. Д. Журавлев. Журн. неорг. химии, 28, № 12 (1983)Н. А. Лаишевцева, Е. В. Ткаченко, В. Д. Журавлев. Журн. неорг. химии, 28, № 12 (1983)М. В. Коржик. Физика сцинтилляторов на основе кислородных кристаллов, Минск, БГУ (2003)М. В. Коржик. Физика сцинтилляторов на основе кислородных кристаллов, Минск, БГУ (2003)M. V. Korzhik, V. B. Pavlenko, T. N. Timoschenko, V. A. Katchanov, A. V. Singovskii, A. N. Annenkov, V. A. Ligun, I. M. Solskii, J.-P. Peigneux. Phys. Status Solidi (a), 154, N 2 (1996) 779—788, doi: 10.1002/pssa.2211540231M. V. Korzhik, V. B. Pavlenko, T. N. Timoschenko, V. A. Katchanov, A. V. Singovskii, A. N. Annenkov, V. A. Ligun, I. M. Solskii, J.-P. Peigneux. Phys. Status Solidi (a), 154, N 2 (1996) 779—788, doi: 10.1002/pssa.2211540231M. Böhm, A. E. Borsevich, G. Yu. Drobychev, G. Yu. Drobychev, A. Hofstaetter, O. V. Kondratiev, M. V. Korzhik, M. Luh, B. K. Meyer, J. P. Peigneux, A. Scharmann. Phys. Status Solidi (a), 167, N 1 (1998) 243—252, doi: 10.1002/(SICI)1521-396X(199805)167:1<243:AID-PSSA243>3.0.CO;2-#M. Böhm, A. E. Borsevich, G. Yu. Drobychev, G. Yu. Drobychev, A. Hofstaetter, O. V. Kondratiev, M. V. Korzhik, M. Luh, B. K. Meyer, J. P. Peigneux, A. Scharmann. Phys. Status Solidi (a), 167, N 1 (1998) 243—252, doi: 10.1002/(SICI)1521-396X(199805)167:1<243:AID-PSSA243>3.0.CO;2-#

The authors declare that there are no conflicts of interest present.