Scintillation characteristics of heavily doped CsI:Tl, IO₃ crystals

The effect of IO⁻₃ ions on spectrometric characteristic of CsI:Tl crystal has been considered. It has been shown that co-doping of CsI:Tl crystal by IO⁻₃ anions permits to obtain clear ingots with increased thallium concentration up to CTl ~ 0.9 mole % in which the concentration quenching of photo- or radioluminescence do not observed. It has been shown that the decay of solid solution in CsI:Tl, IO₃ crystals is not observed, at least up to CTl ~ 0.5 mole %, as evidenced by a good energy resolution (R = 6.3%) of samples with the specified Tl concentration and this also evidenced by a larger segregation coefficient of thallium in CsI:Tl, IO₃ crystals (k = 0.24 contrary to k = 0.19 in CsI:Tl). An explanation of thallium solid solution stability in CsI matrix has been proposed which based on experimental fact of complex formation. Compensation of elastic stresses of opposite sign due to complex formation results in preventing of nucleation for solid solution decay.Розглянуто вплив аніонів IO⁻₃ на спектрометричні характеристики кристалів CsI:Tl. Показано, що легування кристалів CsI:Tl іонами IO⁻₃ дозволяє отримувати прозорі злитки зі збільшеною концентрацією талію (до CTl ~ 0,9%), котрі не мають ознак концентраційного гасіння фото- та радіолюмінесценції. Показано, що розпад твердого розчину в кристалах CsI:Tl, IO₃ не спостерігається, принаймні, до CTl ~ 0,5%, про що свідчать високий світловий вихід, гарне енергетичне розділення (R = 6,3%) зразків зі вказаною концентрацією і більший коефіцієнт розподілу талію в кристалах CsI:Tl, IO₃ (k = 0,24 проти k = 0,19 у CsI:Tl). Запропоновано пояснення більш високої стабільності твердого розчину в матриці CsI, яке базується на формуванні комплексів Tl+-IO⁻₃. Компенсація пружних напружень протилежного знаку внаслідок взаємодії катіонів і аніонів IO⁻₃ запобігає створенню зародків розпаду.Рассмотрено влияние анионов IO⁻₃ на спектрометрические характеристики кристаллов CsI:Tl. Показано, что легирование кристаллов CsI:Tl ионами IO⁻₃ позволяет получать прозрачные слитки с увеличенной концентрацией таллия (до CTl ~ 0,9%), которые не имеют признаков концентрационного тушения фото- и радиолюминесценции. Показано, что распад твердого раствора в кристаллах CsI:Tl, IO₃ не наблюдается, по крайней мере, до CTl ~ 0,5%, о чем свидетельствуют высокий световой выход, хорошее энергетическое разрешение (R = 6,3%) образцов с указанной концентрацией и больший коэффициент распределения таллия в кристаллах CsI:Tl, IO₃ (k = 0,24 против k = 0,19 в CsI:Tl). Предложено объяснение более высокой стабильности твердого раствора таллия в матрице CsI, которое основано на образовании комплексов Tl+-IO⁻₃. Компенсация упругих напряжений противоположного знака вследствие взаимодействия катионов и анионов IO⁻₃ предотвращает образование очагов распада

Suppression mechanism of millisecond afterglow in CsI:Tl crystals by Eu²⁺ impurity

The causes of millisecond afterglow in Csl:Tl crystals have been considered. The two afterglow components with about 5 ms and about 60 ms characteristic time at RT have been shown to be related to the trap disruption at 190 and 215 K. The thermostimulated luminescence peak at 215 K is of extrinsic nature and is associated most probably with barium cations in the form of single dipoles Ba²⁺-Vc⁻. In contrast to Ba²⁺, introduction of Eu²⁺ cations results in the afterglow attenuation. The aggregation of Eu²⁺-Vc⁻ dipoles in a quenched sample has been found to occur during almost 10 min at RT. The afterglow suppression mechanism in Csl:Tl,Eu crystals consists in that not only europium ions but also other Me²⁺ type impurities are involved in the aggregation process. After the solid solution decomposition and metastable aggregate formation, not millisecond but more durable afterglow is observed in the crystals within the second and minute time ranges.Розглянуто причини мілісекундного післясвітіння кристалів Csl:TJ. Показано, що два компоненти післясвітіння з характерними часами -5 та -60 мс при кімнатній температурі пов'язані з руйнуванням пасток при 190 та 215 К. Пік термостимульованої люмінесценції при 215 К має домішкову природу та пов'язаний найімовірніше з катіонами барію у формі окремих диполів Ba²⁺-Vc⁻. На відміну від Ва²⁺, введення катіонів Eu²⁺ призводить до зниження післясвітіння. Показано, що агрегація диполів Eu²⁺-Vc⁻ у загартованому зразку триває не більше 10 хв при кімнатній температурі. Механізм пригнічення післясвітіння в кристалах Csl:TJ,Eu полягає в тому, що до процесу агрегації залучаються не тільки іони європію, але й інші домішки типу Ме²⁺. Після розпаду твердого розчину та утворення метастабільних агрегатів у кристалах спостерігається не мілісекундне, а більш тривале післясвітіння у секундному та хвилинному діапазонах часу.Рассмотрены причины миллисекундного послесвечения кристаллов Csl:TJ. Показано, что два компонента послесвечения с характерными временами -6 и -60 мс при комнатной температуре связаны с разрушением ловушек при 190 и 215 К. Пик термостимулированной люминесценции при 215 К имеет примесную природу и наиболее вероятно связан с катионами бария в виде одиночных диполей Ba²⁺-vc-· В отличие от Ва²⁺, введение катионов Eu²⁺ приводит к снижению послесвечения. Показано, что агрегация диполей Eu²⁺-Vc⁻ в закаленном образце занимает не более 10 мин при комнатной температуре. Механизм подавления послесвечения в кристаллах Csl:TJ,Eu состоит в том, что в процесс агрегации вовлекаются не только ионы европия, но другие примеси типа Ме²⁺. После распада твердого раствора и образования метастабильных агрегатов в кристаллах наблюдается не миллисекундное, а более длительное послесвечение в секундном и минутном диапазоне времен

Suppression mechanism of millisecond afterglow in CsI:Tl crystals by Eu²⁺ impurity

The causes of millisecond afterglow in Csl:Tl crystals have been considered. The two afterglow components with about 5 ms and about 60 ms characteristic time at RT have been shown to be related to the trap disruption at 190 and 215 K. The thermostimulated luminescence peak at 215 K is of extrinsic nature and is associated most probably with barium cations in the form of single dipoles Ba²⁺-Vc⁻. In contrast to Ba²⁺, introduction of Eu²⁺ cations results in the afterglow attenuation. The aggregation of Eu²⁺-Vc⁻ dipoles in a quenched sample has been found to occur during almost 10 min at RT. The afterglow suppression mechanism in Csl:Tl,Eu crystals consists in that not only europium ions but also other Me²⁺ type impurities are involved in the aggregation process. After the solid solution decomposition and metastable aggregate formation, not millisecond but more durable afterglow is observed in the crystals within the second and minute time ranges.Розглянуто причини мілісекундного післясвітіння кристалів Csl:TJ. Показано, що два компоненти післясвітіння з характерними часами -5 та -60 мс при кімнатній температурі пов'язані з руйнуванням пасток при 190 та 215 К. Пік термостимульованої люмінесценції при 215 К має домішкову природу та пов'язаний найімовірніше з катіонами барію у формі окремих диполів Ba²⁺-Vc⁻. На відміну від Ва²⁺, введення катіонів Eu²⁺ призводить до зниження післясвітіння. Показано, що агрегація диполів Eu²⁺-Vc⁻ у загартованому зразку триває не більше 10 хв при кімнатній температурі. Механізм пригнічення післясвітіння в кристалах Csl:TJ,Eu полягає в тому, що до процесу агрегації залучаються не тільки іони європію, але й інші домішки типу Ме²⁺. Після розпаду твердого розчину та утворення метастабільних агрегатів у кристалах спостерігається не мілісекундне, а більш тривале післясвітіння у секундному та хвилинному діапазонах часу.Рассмотрены причины миллисекундного послесвечения кристаллов Csl:TJ. Показано, что два компонента послесвечения с характерными временами -6 и -60 мс при комнатной температуре связаны с разрушением ловушек при 190 и 215 К. Пик термостимулированной люминесценции при 215 К имеет примесную природу и наиболее вероятно связан с катионами бария в виде одиночных диполей Ba²⁺-vc-· В отличие от Ва²⁺, введение катионов Eu²⁺ приводит к снижению послесвечения. Показано, что агрегация диполей Eu²⁺-Vc⁻ в закаленном образце занимает не более 10 мин при комнатной температуре. Механизм подавления послесвечения в кристаллах Csl:TJ,Eu состоит в том, что в процесс агрегации вовлекаются не только ионы европия, но другие примеси типа Ме²⁺. После распада твердого раствора и образования метастабильных агрегатов в кристаллах наблюдается не миллисекундное, а более длительное послесвечение в секундном и минутном диапазоне времен

The effect of oxygen-containing anions on luminescent properties of CsI

It has been found that from the series of oxygen-containing impurities CO₃²⁻, SO₄²⁻, HCO₃–, OH–, IO₃–, NO₃–, NO₂–, CNO–, BO₂– only the bivalent ions stimulate an intensive blue luminescence in CsI crystals at UV- or gamma-excitation. The blue luminescence intensity is higher in CsI(CO₃) than in CsI(SO₄) crystals. The nature of blue luminescence components has been considered and two types of centres have been suggested: the impurity type – CO₃²⁻-Va⁺ (395 nm) and the structural one – Va⁺-Vc⁻ (435 nm). A method of deep purification of the melt from oxygen-containing anions during the growth process has been proposed