CsIシンチレータ発光特性の静水圧依存性

純粋なCsI結晶の室温における4.1eV発光帯は、放射線検出用のシンチレータとして広く利用されている。しかし、その特性は必ずしも理想的とは言えない。即ち、エネルギー変換効率は4〜6%と極めて小さく、発光時間幅も16nsと広い。本研究の目的はCsIシンチレータの改良と新しいシンチレータ開発の指針を明らかにすることであり、そのために(1)静水圧下でCsIシンチレータの特性、(2)CsI/RbI混晶の光学特性を測定した。(1)静水圧実験の結果:CsIではCs^+の6s電子とI-の5p正孔から成るオンセンター型とオフセンター型の自己束縛励起子による2種類の発光帯が共存し、4.1eV発光帯はオンセンター型自己束縛励起子による。そこで、結晶に静水圧を加え、オンセンター型自己束縛励起子を安定化させることにより、4.1eV発光帯強度の増加を図った。しかし、静水圧下ではCs^+の5d電子状態が最低エネルギー状態になるため、4.1eV発光帯は消失し、Cs^+の5d電子とI-の5p正孔から成るオンセンター型自己束縛励起子による新しい発光帯が出現することが分かった。この新発光帯の発光時間幅は200nsと広く、シンチレータの特性改良にはいたらなかったが、この測定を通してCsIシンチレーション機構を理解する上で非常に重要な知見を得た。(2)CsI/RbI混晶の光学特性:CsIにCs^+よりも半径の小さいRb^+を混ぜると格子間距離が小さくなる結果、オンセンター型自己束縛励起子が安定化すると予想してCsI/RbI混晶の光学測定を行った。本研究では2元蒸着法を用いて混晶作製に成功した。混晶発光の減衰時間および時間分解スペクトルから、Cs_<0.66>Rb_<0.33>Iで4.1eV発光帯が非常に強くなり予想した通りの結果を得たが、発光時間幅が16nsよりも狭くならず、なお今後に課題を残した。

純粋なCsI結晶の室温における4.1eV発光帯は、放射線検出用のシンチレータとして広く利用されている。しかし、その特性は必ずしも理想的とは言えない。即ち、エネルギー変換効率は4〜6%と極めて小さく、発光時間幅も16nsと広い。本研究の目的はCsIシンチレータの改良と新しいシンチレータ開発の指針を明らかにすることであり、そのために(1)静水圧下でCsIシンチレータの特性、(2)CsI/RbI混晶の光学特性を測定した。(1)静水圧実験の結果:CsIではCs^+の6s電子とI-の5p正孔から成るオンセンター型とオフセンター型の自己束縛励起子による2種類の発光帯が共存し、4.1eV発光帯はオンセンター型自己束縛励起子による。そこで、結晶に静水圧を加え、オンセンター型自己束縛励起子を安定化させることにより、4.1eV発光帯強度の増加を図った。しかし、静水圧下ではCs^+の5d電子状態が最低エネルギー状態になるため、4.1eV発光帯は消失し、Cs^+の5d電子とI-の5p正孔から成るオンセンター型自己束縛励起子による新しい発光帯が出現することが分かった。この新発光帯の発光時間幅は200nsと広く、シンチレータの特性改良にはいたらなかったが、この測定を通してCsIシンチレーション機構を理解する上で非常に重要な知見を得た。(2)CsI/RbI混晶の光学特性:CsIにCs^+よりも半径の小さいRb^+を混ぜると格子間距離が小さくなる結果、オンセンター型自己束縛励起子が安定化すると予想してCsI/RbI混晶の光学測定を行った。本研究では2元蒸着法を用いて混晶作製に成功した。混晶発光の減衰時間および時間分解スペクトルから、Cs_<0.66>Rb_<0.33>Iで4.1eV発光帯が非常に強くなり予想した通りの結果を得たが、発光時間幅が16nsよりも狭くならず、なお今後に課題を残した。