最外内殻電子励起と原子間輻射遷移の同時許容化による高速・高輝度シンチレータの開発

サブナノ秒の時間領域で高効率な放射線検出を可能とするシンチレータ開発は、放射線の高速検出が益々重要度を増している現在、早急に対処すべき課題である。そうした中、本研究では、価電子帯と最外内殻準位間での、原子間輻射遷移によるオージェ・フリー発光遷移過程に着目し、放射線に対して高輝度かつサブナノ秒で応答するシンチレータを開発する。この実現のため、本研究では、従来光学過程がトレードオフの関係にある、原子間輻射遷移と最外内殻電子励起をともに許容化し得る新たな発光原理を提案し、これらの同時許容化を可能とするシンチレータ材の開発を目指している。本研究では、これまでの研究で発見した許容型オージェ・フリー発光物質の最外内殻電子励起過程を許容化するため、最外内殻準位がｐ軌道とｄ軌道の混合軌道で形成されることと、これら軌道に生成する正孔の格子緩和の大きさが有効質量により異なることを利用して目的とする許容化を実現する。研究初年度は、これを可能とするシンチレータ材としてセリウム亜鉛塩化物混晶について、組成比が異なる試料の作製を試みた。試料の作製では、出発試薬の融点の差からブリッジマン法等による溶融を伴う試薬混合による結晶化は試薬の合成に適切ではない可能性を考慮して、まずはそうした可能性を起こさない水溶液蒸発法による作製を選択し、組成比を変化させたいくつかの試料結晶の作製を計画した。この手法による試料作製を継続し、作製された試料に対して分光実験による結晶の質評価を計画した。

サブナノ秒の時間領域で高効率な放射線検出を可能とするシンチレータ開発は、放射線の高速検出が益々重要度を増している現在、早急に対処すべき課題である。そうした中、本研究では、価電子帯と最外内殻準位間での、原子間輻射遷移によるオージェ・フリー発光遷移過程に着目し、放射線に対して高輝度かつサブナノ秒で応答するシンチレータを開発する。この実現のため、本研究では、従来光学過程がトレードオフの関係にある、原子間輻射遷移と最外内殻電子励起をともに許容化し得る新たな発光原理を提案し、これらの同時許容化を可能とするシンチレータ材の開発を目指している。本研究では、これまでの研究で発見した許容型オージェ・フリー発光物質の最外内殻電子励起過程を許容化するため、最外内殻準位がｐ軌道とｄ軌道の混合軌道で形成されることと、これら軌道に生成する正孔の格子緩和の大きさが有効質量により異なることを利用して目的とする許容化を実現する。研究初年度は、これを可能とするシンチレータ材としてセリウム亜鉛塩化物混晶について、組成比が異なる試料の作製を試みた。試料の作製では、出発試薬の融点の差からブリッジマン法等による溶融を伴う試薬混合による結晶化は試薬の合成に適切ではない可能性を考慮して、まずはそうした可能性を起こさない水溶液蒸発法による作製を選択し、組成比を変化させたいくつかの試料結晶の作製を計画した。この手法による試料作製を継続し、作製された試料に対して分光実験による結晶の質評価を計画した。