Новый подход в настройке сцинтилляционных параметров кристаллов PbWO₄ для расширения диапазона регистрации γ-квантов

/

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.

1. P. Lecoq, A. Gektin, M. Korzhik. Inorganic Scintillators for Detector Systems, Springer International Publishing, Cham. (2017), doi: 10.1007/978-3-319-45522-8

2. L. Evans, P. Bryant. J. Inst., 3 (2008) S08001, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S08001

3. T. A. Collaboration, K. Aamodt. J. Inst., 3, N 8 (2008) S08002, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S08002

4. T. C. Collaboration, S. Chatrchyan. J. Inst., 3, N 8 (2008) S08004, doi: 10.1088/1748-0221/3/08/S08004 [

5. T. C. Collaboration, S. Chatrchyan. Phys. Lett. B, 716, N 1 (2012) 30—61, doi: 10.1016/j.physletb.2012.08.021

6. C. M. S. Collaboration, S. Chatrchyan. J. High Energ. Phys., 81, N 6 (2013) 1—127, doi: 10.1007/JHEP06(2013)081

7. S. A. Çetin, A. Collaboration. Phys. Lett. B, 716, N 1 (2012) 1—29, doi: 10.1016/j.physletb.2012.08.020

8. S. 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.2009.11.038

9. A. 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.2004.07.244

10. R. 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.2008.922807

11. M. Follin, V. Sharyy, J.-P. Bard, M. Korzhik, D. Yvon. J. Inst., 16, N 8 (2021) P08040, doi: 10.1088/1748-0221/16/08/P08040

12. Crytur.spol.sa., Products, https://www.crytur.com/products/ (accessed 10 August 2025)

13. 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.2022.166781

14. A. 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.2015.04.004

15. M. 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.2024.100386

16. M. 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: 10.1063/5.0238695

17. Н. А. Лаишевцева, Е. В. Ткаченко, В. Д. Журавлев. Журн. неорг. химии, 28, № 12 (1983)

18. М. В. Коржик. Физика сцинтилляторов на основе кислородных кристаллов, Минск, БГУ (2003)

19. 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.2211540231

20. 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-#