On the optimum geometric shapes of ZnSe-based scintillation elements

We have carried out Monte-Carlo calculations of the light collection coefficient τ for different shapes of ZnSebased scintillators Applying a theoretical model, it has been shown, that the light collection optimization can be reached in scintillators with a geometry where the chaotic light collection is realized. Experimentally it was supported that for detectors of rectangular and cylindrical types with rounded vertexes or edges, the light output increase of up to 20% has been observed, provided the regular light beam dynamics was changed to chaotic.З використанням методу Монте-Карло проведені розрахунки коефіцієнта світлозбирання для різних форм сцинтиляторів на основі ZnSe. Теоретично показано, що оптимізація світлозбирання досягається у сцинтиляторах з геометрією, у якій реалізується хаотичне збирання світлових променів. Це припущення експериментально підтверджено на прикладі детекторів прямокутного і циліндричного типу з округленими вершинами та ребрами, для яких виявлено підвищення світлового виходу до 20 % при заміні регулярної динаміки світлових променів на хаотичну.С использованием метода Монте-Карло проведены расчеты коэффициента светособирания для различных форм сцинтилляторов на основе ZnSe. Теоретически показано, что оптимизация светосбора достигается в сцинтилляторах с геометрией, для которой реализуется хаотическое собирание световых лучей. Это предположение экспериментально подтверждено на примере детекторов прямоугольного и цилиндрического типа со скругленными вершинами или ребрами, для которых обнаружено повышение светового выхода до 20% при изменении регулярной динамики световых лучей на хаотическую

Radiation effects in semiconductor scintillators based on zinc selenide

Effects have been studied of gamma-radiation (Еγ=1.25 МeV) in doses of DγЈ5.10⁹ rad upon light output and spectral-kinetic luminescence characteristics of new semiconductor scintillators (SCS) based on isovalently doped (with tellurium and oxygen) zinc selenide crystals. SCS crystals have been shown to be of extremely high radiation stability, and changes in their optical and luminescent properties became noticeable only under doses Dγ>(7.9).10⁷ rad. Under gamma-irradiation with Dγ>(2-5).10⁹ rad and Pγ=7.7.10² R.s⁻¹, in the surface layer (estimated in tens of nanometers) radiolysis of the crystalline structure occurs, and the loss of mass is observed for the samples (at Т=320 К). Mechanisms are considered that describes variation of SCS properties under powerful radiation fluxes.Вивчено вплив гамма-випромінення з енергією Еγ=1.25 МеВ і дозами DγЈ5.10⁹ рад а також нейтронів (Еn>0.55 еВ, з них 85% с Еn>3 МеВ) на світловий вихід і спектрально-кінетичні характеристики люмінесценції нових напівпровідникових сцинтиляторів (НПС) на основі ізовалентно легованих (телуром, киснем) кристалів селеніда цинку. Показано, що кристали НПС мають дуже високу радіаційну стійкість, і зміна їх оптичних і люмінесцентних властивостей стає помітним тільки при дозах Dγ>(7…9).10⁷ рад. При дозах гамма-випромінення Dγ>(2…5).10⁹ рад і Pγ=7.7.10² Р.с⁻¹ у поверхневому прошарку, оцінюваному в десятки нм, спостерігаються радіоліз кристалічної структури і втрата маси зразків (при Т=320 К). Розглянуто механізми змін властивостей НПС під дією потужних потоків випромінювань.Изучено влияние гамма-излучения с энергией Еγ=1.25 МэВ и дозами DγЈ5.10⁹ рад, а также нейтронов (Еn>0.55 эВ, из них 85% с Еn>3МэВ) с флюенсами FnЈ10¹⁹см², на световыход и спектрально-кинетические характеристики люминесценции новых полупроводниковых сцинтилляторов (ППС) на основе изовалентно легированных (теллуром, кислородом) кристаллов селенида цинка. Показано, что кристаллы ППС обладают очень высокой радиационной стойкостью, и изменение их оптических и люминесцентных свойств становится заметным только при дозах Dγ>(7…9).10⁷ рад. При дозах гамма-излучения Dγ>(2…5).10⁹ рад и Pγ=7.7.10² Р.с⁻¹ в поверхностном слое, оцениваемом в десятки нм, наблюдаются радиолиз кристаллической структуры и потеря массы образцов (при Т=320 К). Рассмотрены механизмы изменений свойств ППС под действием мощных потоков излучений

On proportionality of the light output of semiconductor scintillators under irradiation by alpha-particles and heavy ions

In the energy range E =2.8...42.2 MeV, the light output S was measured for ZnSe-based scintillators under irradiation with α- particles and heavy ions 81Br. Under such irradiation, the proportionality S(Еα,i) is observed up to energies Еα≤7 MeV. Substantial deviation from linearity in the region of higher energies is explained by different contribution to S from both primary and δ-electrons. Increases were also observed in the values of intrinsic energy resolution with shorter shaping time constants.Виміряно світловий вихід S для сцинтиляторів, заснованих на ZnSe, при опроміненні α-частками і важкими іонами 81Br у діапазоні енергій E =2.8...42.2 МеВ. При опроміненні спостерігалася пропорційність S(Е α ,i) до енергій Еα ≤7 МеВ. Істотне відхилення від лінійності в області більш високих енергій пояснюється різним внеском у S як первинних, так і δ-електронів. Помітний вплив на криву пропорційності і спектри енергії робило легування Te.Измерен световой выход S для сцинтилляторов, основанных на ZnSe, при облучении α-частицами и тяжелыми ионами 81Br в диапазоне энергий E=2.8...42.2 МэВ. При облучении наблюдалась пропорциональность S(Еα,i) до энергий Еα ≤7 МэВ. Существенное отклонение от линейности в области более высоких энергий объясняется различным вкладом в S как первичных, так и и δ-электронов. Заметное влияние на кривую пропорциональности и спектры энергии оказывало легирование Te