First study of radiation hardness of lead tungstate crystals at low temperatures

The electromagnetic calorimeter of PANDA at the FAIR facility will rely on an operation of lead tungstate (PWO) scintillation crystals at temperatures near -25 deg.C to provide sufficient resolution for photons in the energy range from 8 GeV down to 10 MeV. Radiation hardness of PWO crystals was studied at the IHEP (Protvino) irradiation facility in the temperature range from room temperature down to -25 deg.C. These studies have indicated a significantly different behaviour in the time evolution of the damaging processes well below room temperature. Different signal loss levels at the same dose rate, but at different temperatures were observed. The effect of a deep suppression of the crystal recovery process at temperatures below 0 deg.C has been seen.Comment: 10 pages 7 figure

Advanced scintillation single crystals based on complex oxides with large atomic number

An improved production technology has been developed for scintillation single crystals based on complex oxides with large atomic number – bismuth germanate (BGO), gadolinium silicate (GSO), cadmium tungstate (CWO) and lead tungstate (PWO). Scintillators based on these crystals have good energy resolution and light output, high detection efficiency, they are not hygroscopic, have high radiation stability and mechanical strength. This makes it possible to use them as radiation detectors for high energy physics (PWO), in instruments for radiation and radioecological monitoring (BGO,CWO,GSO)

Temperature dependence of radiation resistance of scintillation detectors based on lead tungstate crystals

Effect of gamma irradiation on the radiation resistance of detection blocks based on lead tungstate crystals has been studied in +60 to -25°C temperature range. A decrease in the radiation resistance and in the initial light yield recovery rate has been observed at the crystal temperature decrease. For the qualitative interpretation of the experimental results, the cluster model is used that assumes the presence of tungsten oxide clusters in the regular PWO (PbWO₄) matrix. The induced absorption of PWO crystals has been shown to depend on the cluster defect (CD) chemical composition and to be due to its radiation-induced transformation. The temperature dependence of the crystal radiation resistance has been shown to be in correlation with that of the initial CD composition recovery time.Досліджено вплив гамма-опромінення на радіаційну стійкість блоків детектування на основі кристалів вольфрамату свинцю у температурному діапазоні від +60 до -25°С. 3і зниженням температури кристалів спостерігалося збільшення чутливості до опромінення та уповільнення відновлення початкового світловиходу. Для якісної інтерпретації експериментальних результатів використовується кластерна модель, яка припускає наявність кластерів оксидів вольфраму у регулярній матриці PWO (PbWO₄). Показано, що наведене поглинання кристалів PWO залежить від хімічного складу кластерних дефектів (КД) та обумовлено його радіаційно індукованим перетворенням, а температурна залежність радіаційної стійкості кристалів корелює з температурною залежністю часу відновлення початкового складу КД.Изучено влияние гамма-облучения на радиационную стойкость блоков детектирования на основе кристаллов вольфрамата свинца в температурном диапазоне от +60 до -25°С. С понижением температуры кристаллов наблюдалось увеличение чувствительности к облучению и более медленное восстановление начального световыхода. Для качественной интерпретации экспериментальных результатов используется кластерная модель, предполагающая наличие кластеров оксидов вольфрама в регулярной матрице PWO (PbWO₄). Показано, что наведенное поглощение кристаллов PWO зависит от химического состава кластерных дефектов (КД) и обусловлено его радиационно-индуцированным преобразованием, а температурная зависимость радиационной стойкости кристаллов коррелирует с температурной зависимостью времени восстановления начального состава КД

A high resolution electromagnetic calorimeter based on lead-tungstate crystals

A large-scale prototype of the PHOS electromagnetic spectrometer, which is part of the ALICE detector, has been built and tested. This prototype has 256 detector channels and is operated at −25 °C. Each detector channel is a lead-tungstate crystal coupled to an Avalanche Photo-Diode with a low-noise preamplifier. The prototype includes a 16×16 crystal matrix, photo-detectors, analog and digital electronics, a thermo-stabilized cooling system, a light-emitting diode monitoring system, and a charged-particle detector acting as veto counter. Results of measurements using electron and hadron beams of the CERN PS and SPS accelerators are discussed, and the performance of the prototype is evaluated