NOWE OBLICZE BADAŃ SPEKTRALNYCH TERMOLUMINOFORÓW

Podobne dokumenty
Zakład Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii Centrum Cyklotronowe Bronowice, Instytut Fizyki Jądrowej PAN

Datowanie luminescencyjne

AUTOREFERAT z dnia

Dawki otrzymywane od promieniowania jonizującego w placówkach medycznych objętych kontrolą dozymetryczną w LADIS IFJ PAN

Osiągnięcia. Uzyskane wyniki

Dawki indywidualne. środowiskowe zmierzone w zakładach. adach przemysłowych objętych kontrolą dozymetryczną w LADIS IFJ PAN w Krakowie w latach 2006.

MONITORING DAWEK INDYWIDUALNYCH

Fluorescencyjna detekcja śladów cząstek jądrowych przy użyciu kryształów fluorku litu

Lata 60-te Lata 70-te Detektory termoluminescencyjne

Termoluminescencja. Ewelina Tyran Katarzyna Białek. Kraków,

Maciej Budzanowski i Marek Jeżabek, IFJ PAN. MĄDRALIN 2013 Politechnika Warszawska, Luty 2013

Rozszczepienie poziomów atomowych

Charakteryzacja właściwości elektronowych i optycznych struktur AlGaN GaN Dagmara Pundyk

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Pomiary widm fotoluminescencji

Repeta z wykładu nr 11. Detekcja światła. Fluorescencja. Eksperyment optyczny. Sebastian Maćkowski

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

IM-4 BADANIE ABSORPCJI ŚWIATŁA W MATERIAŁACH PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

WŁAŚNOŚCI SCYNTYLACYJNE KRYSZTAŁU BGO. Winicjusz Drozdowski

WPOMAGANIE PROCESU IDENTYFIKACJI RADIACYJNYCH CENTRÓW DEFEKTOWYCH W MONOKRYSZTAŁACH KRZEMU BADANYCH METODĄ HRPITS

Laboratorium z Krystalografii. 2 godz.

Metody optyczne w badaniach półprzewodników Przykładami różnymi zilustrowane. Piotr Perlin Instytut Wysokich Ciśnień PAN

I.4 Promieniowanie rentgenowskie. Efekt Comptona. Otrzymywanie promieniowania X Pochłanianie X przez materię Efekt Comptona

Przejścia promieniste

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Spektroskopia fotoelektronów (PES)

Rozwój metod zapewnienia bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej dla bieżących i przyszłych potrzeb energetyki jądrowej

INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ POLSKIEJ AKADEMII NAUK

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

spektroskopia UV Vis (cz. 2)

Paulina Majczak-Ziarno, Paulina Janowska, Maciej Budzanowski, Renata Kopeć, Izabela Milcewicz- Mika, Tomasz Nowak

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

II. Badanie charakterystyki spektralnej źródła termicznego promieniowania elektromagnetycznego

DOKĄD ZMIERZA DOZYMETRIA TERMOLUMINESCNECYJNA?

Własności optyczne półprzewodników

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

3. Zależność energii kwantów γ od kąta rozproszenia w zjawisku Comptona

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Badanie efektu Faraday a w kryształach CdTe i CdMnTe

WYKAZ OPUBLIKOWANYCH PRAC NAUKOWYCH ORAZ INFORMACJA

Własności światła laserowego

Β2 - DETEKTOR SCYNTYLACYJNY POZYCYJNIE CZUŁY

Niskie dawki poza obszarem napromieniania: symulacje Monte Carlo, pomiar i odpowiedź radiobiologiczna in vitro komórek

Ćwiczenie 3 : Spektrometr promieniowania gamma z licznikiem półprzewodnikowym Ge(Li)

Ćwiczenie nr 2 : Badanie licznika proporcjonalnego fotonów X

J8 - Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

ĆWICZENIE 2 WYZNACZANIE WYDAJNOŚCI KWANTOWYCH ORAZ CZASÓW ZANIKU LUMINESCENCJI ZWIĄZKÓW W ROZTWORZE ORAZ CIELE STAŁYM, CZ. II.

SPECYFIKACJA TECHNICZNA ZESTAWU DO ANALIZY TERMOGRAWIMETRYCZNEJ TG-FITR-GCMS ZAŁĄCZNIK NR 1 DO ZAPYTANIA OFERTOWEGO

METODYKA POMIARÓW WIDM FLUORESCENCJI (WF) NA MPF-3 (PERKIN-HITACHI)

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Koncepcja Sieci Naukowej. Polska Sieć Ochrony Radiologicznej i Bezpieczeństwa Jądrowego KRZYSZTOF KOZAK

ĆWICZENIE Nr 4 LABORATORIUM FIZYKI KRYSZTAŁÓW STAŁYCH. Badanie krawędzi absorpcji podstawowej w kryształach półprzewodników POLITECHNIKA ŁÓDZKA

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW. Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego

SPRAWOZDANIE MERYTORYCZNE DOTYCZĄCE PROJEKTU NR IP

RoHS-Vision / X-RoHS + SDD

Recenzja. rozprawy doktorskiej mgr inż. Anny Mrozik

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

J7 - Badanie zawartości manganu w stali metodą analizy aktywacyjnej

Monochromatyzacja promieniowania molibdenowej lampy rentgenowskiej

Ćwiczenie 31. Zagadnienia: spektroskopia absorpcyjna, prawa absorpcji, budowa i działanie. Wstęp

Repeta z wykładu nr 10. Detekcja światła. Kondensator MOS. Plan na dzisiaj. fotopowielacz, część 2 MCP (detektor wielokanałowy) streak camera

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

Analiza aktywacyjna składu chemicznego na przykładzie zawartości Mn w stali.

Promieniowanie jonizujące i metody radioizotopowe. dr Marcin Lipowczan

J6 - Pomiar absorpcji promieniowania γ

J14. Pomiar zasięgu, rozrzutu zasięgu i zdolności hamującej cząstek alfa w powietrzu PRZYGOTOWANIE

Zakres wykładu. Detekcja światła. Zakres wykładu. Zakres wykładu

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne

Ćwiczenie LP1. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 22 listopada 2009

Spektrometry EDXRF do analizy metali szlachetnych X-PMA i w wersji przenośnej EX-PMA

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNE

Z21 BADANIE HISTEREZY PRZEMIANY MARTENZYTYCZNEJ METODĄ REZYSTOMETRYCZNĄ. Cel ćwiczenia

Spektrometr XRF THICK 800A

γ6 Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

Podsumowanie W9. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 12 1

Metody badań spektroskopowych

PROMIENIOWANIE RENTGENOWSKIE

Ćwiczenie 1. Zagadnienia: spektroskopia absorpcyjna, prawa absorpcji, budowa i działanie. Wstęp. Część teoretyczna.

Dozymetria promieniowania jonizującego

Absorpcja promieni rentgenowskich 2 godz.

Zadania badawcze realizowane w Oddziale V IFJ PAN w ramach projektu NCBiR

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Informacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.

Zespolona funkcja dielektryczna metalu

Identyfikacja cząstek

Przejścia kwantowe w półprzewodnikach (kryształach)

Właściwości światła laserowego

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

A. Woźniak, M. Budzanowski, A. Nowak, B. DzieŜa, K. Włodek, M. Puchalska, R. Kopeć, M. Kruk

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 1 Badanie efektu Faraday a w monokryształach o strukturze granatu

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Wykonanie wieloparametrycznego klasyfikatora właściwości użytkowych biopaliw ciekłych (Z5.2)

Detektory scyntylacyjne

Detektor CCD. aparaty cyfrowe kamery VIDEO spektroskopia mikrofotografia astrofizyka inne

Rozpraszanie nieelastyczne

Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA)

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Transkrypt:

NOWE OBLICZE BADAŃ SPEKTRALNYCH TERMOLUMINOFORÓW Ewa Mandowska Akademia im. Jana Długosza, Wydział Matematyczno Przyrodniczy, Instytut Fizyki Częstochowa 1

PLAN Trochę historii Zastosowanie TL Metoda SR-TL Badania metodą SR-TL Zastosowanie SR-TL do określenia mechanizmu rekombinacji Podsumowanie Akademia im. Jana Długosza, Wydział Matematyczno Przyrodniczy, Instytut Fizyki Częstochowa 2

TROCHĘ HISTORII Polikryształ diamentu CVD Sir Robert William Boyle (1627-1691) Najsłynniejszy kolorowy diament E g =5.5 ev Pierwsze doniesienie naukowe 1663 Krystaliczny diament CVD TL - emisja światła, ponad promieniowanie termiczne, podczas ogrzewania dielektryków, jeżeli wcześniej były poddane działaniu promieniowania jonizującego lub światła. Sir Robert Boyle, Experiments and Considerations upon Colours with Observationson 3 Diamond That Shines in the Dark". Register of the Royal Society London, 213, 1663

TROCHĘ HISTORII TL naturalnego CaF 2 (rodzina halogenków, Eg 12eV) Rad przywraca właściwości TL w CaF 2, 1904 Maria Curie Skłodowska (1867-1934) TL CaF 2 (A) Fluoryt (naturalny CaF 2 ) (B) FL CaF 2 po ekspozycji na UV Niektóre substancje, takie jak fluoryt, podczas ogrzewania świecą; są termicznie-świetlistymi. Ich świecenie zanika z czasem, ale zdolność do świecenia odnawia się poprzez pobudzenie iskrowe, jak również działanie promieniowania. W ten sposób rad może odnawiać w tych substancjach ich właściwość do termicznego świecenia. Marie Curie, Radioactive Substances (English translation of doctoral thesis presented4to the Faculty of Science, Paris 1904). Greenwood Press. Westpoint, 1961.

TROCHĘ HISTORII Zastosowanie pierwszych detektorów TL (LiF) podczas testów broni atomowej (1953) (F. Daniels - University of Wisconsin, Madison, USA) Farrington Daniels (1889-1972) LiF kryształ LiF proszek Operacja "Teapot USA 1955 odtajniony test bomb atomowej Daniels F, Boyd C. A, Saunders D. F., Thermoluminescence as a Research Tool., Science, 5 117 (1953) 343-3499.

ZASTOSOWANIE TL Detektory TL Halogenki metali alkalicznych E g =8-12eV LiF:Mg,Ti TLD-100, TLD-700, TLD-600 Harshaw MTS-N, MTS-7, MTS-6, MTT IFJ PAN Kraków LiF:Mg,Cu,P TLD-100H, TLD-600H i TLD-700H Harshaw GR-200 Chiny MCP-N IFJ PAN Kraków BeO Li 2 B 4 O 7 - boran litu diamenty CVD MCP TLD 100 Mandowska E., Bilski P., Ochab E., Światek J., Mandowski A. (2002) TL emission spectra 6 from differently doped LiF:Mg detectors. Radiat. Prot. Dosim. 100, 451 454.

ZASTOSOWANIE TL Dozymetria w medycynie, indywidualna, środowiskowa TLD-100 umieszczony na odcinku 5-30cm, co 5cm od krawędzi pola, 6MV prom. X (nowotwory mózgu, szyi) Projekt Matroshka 2004 2011 (6 tys. detektorów) (Polska, Rosja, Niemcy, Włochy) Dozymetria wypadkowa Czarnobyl 26.04.1986, 1990 i 1993 cegły, dachówki (na zewnątrz domów), terakotę i porcelanowe przedmioty (wewnątrz pomieszczeń), badanie TL Dozymetria retrospektywna Wyznaczenie dawki promieniowania zaabsorbowanego przez przedmioty 7 znajdujące się w sąsiedztwie wypadku

wiek ZASTOSOWANIE TL TL od czasu zero do teraźniejszosci TL jednostkowej dawki promieniowania roczna dawka promieniowania z otoczenia = Geologia Archeologia Datowanie czwartorzędowych osadów geologicznych (skały wulkaniczne, osady wapienne i lesowe, skały osadowe) Wypalone krzesiwa znalezione we Włoszech datowane metodą TL (SiO 2 ) (79±11ka do 57±12ka BP) Wykorzystanie do datowania naturalnych minerałów zawierających kwarc lub skaleń. Martini M., Sibilia E. (2006) Lumienscence dating and cultural heritage. Archeometriai 8 Muhely 1, 3-11

METODA TL Energia zmagazynowana w dielektrykach podczas ekscytacji jest uwalniana podczas ogrzewania Intensity Temperature T 0 excitation metastable state Temperature t start t 1 t 2 t end Time 9

METODA TL Brak informacji spektralnej PC Sterownik temperatury Próbka Filtry Grzanie Detektor β, γ, X TL (a.u.) 120 100 80 60 40 20 0.5 kgy 0 300 400 500 Temperature (K) Układ pomiarowy do detekcji TL Krzywa jarzenia KCl (Mandowska i in. 2017) Mandowska E., Majgier R., Mandowski A. (2017) złożone w Appl. Radiat. Isot. 10

METODA TL PC sterownik CCD sterownik migawki/ MCP sterownik spektrometru filtry LN/CCD 1024E PIXIS 256E migawka lub MCP SP150 spektrometr OFA migawka monochromator lampy zasilacz/ iskrownik Temperature (K) 500 450 400 350 300 350 450 550 650 Wavelength (nm) SR-TL KCl, ekscytacja promieniowanie β, dawka 5 kgy okienko kwarcowe próbka sterownik temperatury kriostat optyczny pro nia filtry ród³a ekscytacji: lampy ³ukowe: Xe, Hg lampa halogenowa laser N2 Ÿród³o 90 Sr / 90 Y Detektor kamera CCD Inne uklady SR-TL Hornyak i Franklin (1988) Piters i in. (1993) Luff i Townsend (1992) Reiser i in. (1994) Martini i in. (1996) Mandowska E., Mandowski A., Świątek J. (2004). Macromol. Symp. 212, 251-256. 11

METODA TL Kamera CCD PIXIS 256E (firma Princeton Instruments, USA) chłodzona termoelektrycznie Spektrometr SP150 (firma Acton Research Corp., USA), kamera LN CCD (firma Princeton Instruments, USA) chłodzona ciekłym azotem, kriostat 78-700 K (firma Janis, USA) Mandowska E., Mandowski A., Świątek J. (2004). Macromol. Symp. 212, 251-256. 12

METODA TL licznik fotonów PMT filtry M266 PMT Inne uklady SR-TL Bailif i in. 1977 Prescott i in. 1988 Brovetto i in. 1990 PC kontroler temperatury œwiat³owód okienko kwarcowe pro nia próbka filtry komora pomiarowa (kriostat optyczny) pompy Temperature (K) 500 450 400 350 SR-TL LSO:10%Ce, (lutetu ortokrzemianu Lu 2 SiO 5 ) ekscytacja promieniowaniem α (Twardak i in. 2013) Detektor PMT + monochromator skanujący 350 400 450 500 550 600 Wavelength (nm) A. Twardak,, P. Bilski, Y. Zorenko, V. Gorbenko, A. Mandowski, E. Mandowska, 13 O. Sidletskiy, Radiat. Meas. 56 (2013) 196-199

METODA TL ruchoma przes³ona M266 licznik fotonów PMT PMT PC sterownik przes³ony œwiat³owód okienko kwarcowe filtry ruchoma przes³ona Inne uklady SR-TL Oczkowski 1992 kontroler temperatury pro nia próbka komora pomiarowa (kriostat optyczny) pompy Detektor PMT + ruchoma przesłona Oczkowski H.L. (1992) Acta Phys. Pol., A 82, 367-375. 14

METODA TL A Skanujący monochromator M266 wraz z fotopowielaczem Układ z ruchomą przesłoną: (A) M266 z przystawką i fotopowielaczem (B) szczelina wyjściowa spektrografu z widocznym wnętrzem przystawki 15 B

BADANIA METODĄ SR-TL Opublikowane badania materiałów techniką SR-TL 1. R 5 EPK, R 5 3,6ClEPK; R 5 3ClEPK, R 5 3,6BrEPK, R 5 3BrEPK 2. PVK 3. LiF:Mg,P; LiF:Mg*,P; LiF:Mg,Cu,Ti 4. LiF:Mg,Ti (MTS) 5. LiF:Mg,Ti (MTT) PRACA DR 6. LiF:Mg,Cu,P (MCP-N) 7. Diamenty CVD 8. LiAlO 2, LiAlO 2 :MgO, LiAlO 2 :Ti, LiAlO 2 :C 9. YAlO 3 :Mn (YAP:Mn) (filmy) 10. Lu 2 SiO 5 (LSO) i LSO:Ce (kryształy i filmy) 11. Y 2 SiO 5 (YSO) i YSO:Ce (kryształy i filmy) 12. Izolatory ceramiczne 13. KCl kryształy 14. BSG:Ce, BSG:Eu, BSG:Gd (BSG - szkła borokrzemowe) 15. inne 16

BADANIA METODĄ SR-TL/ LiF:Mg,Cu,P IFJ PAN Kraków, KAERI Daejeon, Republic of Korea MCP-N odpowiedź dawkowa liniowa w zakresie mgy 1kGy. Czy można je stosować dla wyższych dawek? SR-TL w zakresie 0.0065-500kGy MCP-N, promieniowanie γ, widmo emisyjne SR-TL. Zdolność rozdzielcza 1nm. Mandowska E., Bilski P., Obryk B., Mandowski A., Olko P., Kim J. (2010) Radiat. 17Meas. 45, 579-582.

BADANIA METODĄ SR-TL/ LiF:Mg,Cu,P TL (a.u.) 1x10 5 5x10 4 TL (a.u.) 100 80 60 40 20 MCP doses: 0.0065kGy 0.5kGy 1kGy 5kGy 0 300 400 500 600 700 800 Wavelength (nm) TL (a.u.) 1x10 5 5x10 4 MCP doses: TL (a.u.) 100 80 60 40 20 0 300 400 500 600 700 800 Wavelength (nm) 50kGy 100kGy 200kGy 500kGy A 0x10 0 300 400 500 600 700 800 Wavelength (nm) 0x10 0 B 300 400 500 600 700 800 Wavelength (nm) MCP, promieniowanie γ, widma emisyjne dla dawek 0.0065-500 kgy zsumowane w zakresie temperatur 60-350 C. Dawki (A) 0.0065-5 kgy, (B) 50-200 kgy. Zdolność rozdzielcza 1nm. Mandowska E., Bilski P., Obryk B., Mandowski A., Olko P., Kim J. (2010) Radiat. 18Meas. 45, 579-582.

BADANIA METODĄ SR-TL/ LiF:Mg,Cu,P Fit error (%) 4 0-4 TL (a.u.) 100 80 60 40 20 MCP-N dose 100 kgy 6 RCs measured points fitted curve 348nm 380nm 471nm 540nm 605nm 724nm 0 300 400 500 600 700 800 900 Wavelength (nm) Gaussowska dekonwolucja widma TL sumowanego dla T=<60-350 C> Mandowska E., Bilski P., Obryk B., Mandowski A., Olko P., Kim J. (2010) Radiat. 19Meas. 45, 579-582.

BADANIA METODĄ SR-TL/ LiF:Mg,Cu,P 250 200 349 378 478 540 610 722 6 RCs Pozycje pików są dosyć stabilne Dose (kgy) 150 100 50 0 1 348 380 471 540 605 724 346 346 378 350 381 433 443 541 614 381 442 543 5kGy 616 707 10kGy 0.8 0.6 350 379 428 0.4 0.007kGy 0.2 2RCs 345 372 0 300 400 500 600 700 800 Wavelength (nm) Istnieje możliwość zastosowania MCP nie tylko w dozymetrii niskich i wysokich dawek (mgy 1kGy) ale także bardzo wysokich dawek (do 1 MGy) Opracowano nową metodę pomiarową TL bazującą na detektorach MCP pozwalającą na detekcję bardzo wysokich dawek (Obryk i in. 2011). Położenie maksimów dopasowanych pików Gaussa do widm TL sumowanych w zakresie temperatur 60-350 C dla dawek 0.0065-200 kgy. Dekonwolucję przeprowadzono w domenie energii. Mandowska E., Bilski P., Obryk B., Mandowski A., Olko P., Kim J. (2010) Radiat. 20Meas. 45, 579-582. Obryk B., Bilski P., Olko P. (2011) Radiat. Prot. Dosim. 144, 543-547.

BADANIA METODĄ SR-TL/ LiF:Mg,Cu,P Analiza kształtu powierzchni/ algorytm pików z więzami IFJ PAN Kraków Konieczne zał. dotyczące: 1. mechanizmu przepływu nośników 2. modelu kinetyki 3. rozkładu spektralnego (opisany funkcją Gaussa) IFJ PAN Kraków ZAŁOŻENIA wszystkie piki związane z i-tym poziomem pułapkowym podczas rekombinacji nośników w różnych RCs powinny się pojawić w tej samej temperaturze maksima spektralne tych pików związane z j-tym RC pojawiają się dla tej samej długości fali. SR-TL MCP, promieniowanie γ Analiza ograniczona do 6 pików: T3 (b=1), T4 (b=1), T5 (b=2) R 1, R 2 (Bilski 2002) Mandowski A., Mandowska E., Świątek J., Bilski P. (2004) Radiat. Meas. 38, 793-797. 21 Bilski P. (2002) Radiat. Prot. Dosim. 100, 199-206.

BADANIA METODĄ SR-TL/ LiF:Mg,Cu,P Analiza kształtu powierzchni/ algorytm pików z więzami IFJ PAN Kraków Zał. dotyczące: 1. mechanizmu przepływu nośników 2. modelu kinetyki 3. rozkład spektralny opisany funkcja Gaussa Dobra zgodność z literaturą Bilski 2002; Meijvogel i in. 1995 Mandowska i in. 2010; Meijvogel i in. 1995 Energie aktywacji (T 3 -T 5 ) 0.85eV, 2.1eV, 1.3 ev Pasma emisyjne R1, R2 - maksima intensywności 349nm, 376 nm Mandowska E., Bilski P., Obryk B., Mandowski A., Olko P., Kim J. (2010) Radiat. Meas. 22 45, 579-582. Bilski P. (2002) Radiat. Prot. Dosim. 100, 199-206.

BADANIA METODĄ SR-TL/ LiF:Mg,Cu,P R 1 λ m =349 nm T 3 E a =0.85 ev R 2 λ m =376 nm T 4 E a =2.1 ev T 5 E a =1.3 ev 23

PODSTAWOWE MODELE TEORETYCZNE TL Przejścia zdelokalizowane Przejścia zlokalizowane CB nc CB nc ST TL (hν)e Bj RC hj Ai Ni ni AT Pi DT E M TL RC B h L P A ne n L E VB nv VB nv BRAK INFORMACJI O TYPIE PRZEJŚĆ 24

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Brak założeń o charakterze kinetyki Brak założeń o mechanizmie przepływu nośników Zał: Pasma emisji opisane krzywą Gaussa Z ik 1 ( t) = S S i k ( t) ( t) Z ik 2 ( t) = Sk ( t) Ii ( t) 1 max Sk Si ( t) Ik ( t) 1 max Si Z ijk 3 Iˆ ( ) ˆ ( ) i t I 1 j t ( t) = ln ln Iˆ ( ) ˆ j t Ik ( t) Stosowalność łatwiejsza, gdy pasma emisyjne są rozdzielone. Gdy pasma emisyjne nachodzą na siebie konieczna jest numeryczna dekonwolucja każdego widma 25

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Variable stimulation e.g. spectrally resolved thermoluminescence (SR-TL) and spectrally resolved variable intensity optically stimulated luminescence (SR-VIOSL) DD DL LL Z 1 (initial) + - - Z 2 + - - Z 3 + - - Constant stimulation e.g. spectrally resolved phosphorescence (SR-Ph) and spectrally resolved continuous wave optically stimulated luminescence (SR-CWOSL) DD DL LL Z 1 (initial) + - + Z 2 + - + Z 3 + - + Zastosowanie f. testowych P( t) P( t) = const const E P( t) = s exp + Φ t kt ( t) Mandowska E. (2017) Characteristic features of spectrally resolved luminescence in 26 crystalline phosphors. J. Lumin. 188, 313-318. ( ) σ

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Symulacje numeryczne (Mathcad procedura Stiffb()) DDT: AT (2) E 1 =1.2 ev, E 2 =1.4 ev, DT (1) RCs (3) LLT: AT+RC, E L =1.8 ev β=1k/s, T 0 =300K, T=T 0 +β t Widmo SR-TL 27

Wavelength (nm) Wavelength (nm) 600 550 500 TL 1 450 450 R1 600 400 400 550 350 350 500 300 300 450 300 350 400 450 500 550 600 650 700 300 350 400 450 500 550 600 650 700 400 Temperature (K) Temperature (K) 350 600 600 300 550 300 350 400 450 500 550 600 550650 700 500 Temperature (K) 500 450 400 350 OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI R3 TL 3 Wavelength (nm) 300 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Temperature (K) RCs Wavelength (nm) Wavelength (nm) 600 550 500 450 400 350 TL 2 R2 RL TL loc. 300 300 350 400 450 500 550 600 28 650 700 Temperature (K)

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Krzywą TL z wszystkimi czterema składowymi spektralnymi (Mathcad procedura Stiffb()) DDT: AT (2) E 1 =1.2 ev, E 2 =1.4 ev, DT (1) RCs (3) LLT: AT+RC, E L =1.8 ev β=1k/s, T 0 =300K Czasowa zależność wszystkich koncentracji dla przejść zdelokalizowanych Mandowska E. (2017) Characteristic features of spectrally resolved luminescence in 29 crystalline phosphors. J. Lumin. 188, 313-318.

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Z 1 = const dla przejść zdelokalizowanych, Z ik 1 ( t) = S S i k ( t) ( t) Z 2 =const dla przejść zdelokalizowanych Z ik 2 ( t) = Sk ( t) Ii ( t) 1 max Sk Si ( t) Ik ( t) 1 max Si Mandowska E. (2017) Characteristic features of spectrally resolved luminescence in 30 crystalline phosphors. J. Lumin. 188, 313-318.

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Z 3 =const dla przejść zdelokalizowanych Z ijk 3 Iˆ ( ) ˆ ( ) i t I 1 j t ( t) = ln ln Iˆ ( ) ˆ j t Ik ( t) UWAGA: Eksperymentalnie funkcje Z 1 -Z 3 powinny być obliczane tylko w obszarach o dostatecznie wysokiej intensywność. Z pomiarów SR-TL możliwa jest identyfikacja przejść zdelokalizowanych Mandowska E. (2017) Characteristic features of spectrally resolved luminescence in 31 crystalline phosphors. J. Lumin. 188, 313-318.

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Funkcja Z 4 uproszczona funkcja Z 3 4 Z Iˆ i ( t ) ( t) = ln I ˆ k ( t ) LL BLk PLk BLiP Li Z4 ( t) = t PLi, k ( t ) = const. ALk + BLk ALi + BLi P( t) = const Z 4 LL - zastosowanie do identyfikacji przejść zlokalizowanych przy stałej w czasie funkcji stymulacji (CWOSL, Ph) Z 4 mniejszy zakres stosowalności niż Z 1 -Z 3 Mandowska E. (2017) Characteristic features of spectrally resolved luminescence in 32 crystalline phosphors. J. Lumin. 188, 313-318.

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Funkcja Z 4 uproszczona funkcja Z 3 4 Z Iˆ i ( t ) ( t) = ln I ˆ k ( t ) ( Biϑ t ) ( B ϑ t ) exp ( ) DD Z4 ( t) = ln = ( Bk Bi ) ϑ( t) exp k ( ) B k koncentracja gęstości prawdopodobieństwa wychwycenia elektronu z pasma przewodnictwa do k tego RC ϑ(t) (całka z koncentracji nośników w paśmie przewodnictwa) - zawsze rosnąca ( ) ( ϑ ) ( ϑ ) I ( t) c h B exp B ( t) c h B Z t = = exp ( B B ) ( t) DD i i i0 i i i i0 i 4M Ik ( t) ckhk 0Bk exp Bk ( t) ckhk 0Bk [ ϑ ] Z DD 4, Z DD 4M badanie monotoniczności szczególnie użyteczne, gdy np. nie mamy pełnego rozdziału na komponenty spektralne i 33 dane doświadczalne wykazują duży rozrzut statystyczny. k i

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI WNIOSKI LiF:Mg,Ti (MTS) IFJ PAN, Kraków Brak odrębnego piku scharakteryzowanego indywidualną długością fali emisji. W MTS wykluczamy istotny udział przejść czysto zlokalizowanych (LT) Czy wszystkie przejścia są zdelokalizowane? 34

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Funkcja Z 4M jest monotoniczna dla DD I ( t) c h B Z t B B t 0 ( ) = exp [( ) ϑ( )] DD i i i i 4M Ik ( t) ckhk 0Bk k i Fit error (%) TL (a.u.) 4 0-4 100 80 60 40 20 measured points fitted curve 403 nm band 472 nm band MTS dose 200 Gy FOM 2.9 LiF:Mg,Ti (MTS) IFJ PAN, Kraków I R1 /I R2 Czy dopuszczalne jest stosowanie modelu przejść zdelokalizowanych? 2 1.6 1.2 0.8 MTS, dose 200 Gy I R1 320-380nm I R2 550-620nm 0 300 400 500 600 700 Wavelength (nm) Gaussowska dekonwolucja widma TL-3D sumowanego w zakresie 350-590 K 0.4 400 450 500 550 600 Temperature (K) 35 Iloraz dwu komponent spektralnych Z 4M =I R1 / IR2

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI Funkcja Z 4M jest monotoniczna dla DD LiF:Mg,Ti (MTS) IFJ PAN, Kraków I ( t) c h B Z t B B t 0 ( ) = exp [( ) ϑ( )] DD i i i i 4M Ik ( t) ckhk 0Bk Czy dopuszczalne jest stosowanie modelu przejść zdelokalizowanych? k i 2 1.6 MTS, dose 200 Gy I R1 320-380nm I R2 550-620nm Z 4M funkcja słabo rosnąca ale lokalne minimum w okolicach 460K I R1 /I R2 1.2 0.8 Pik 5a 0.4 400 450 500 550 600 Temperature (K) Iloraz dwu komponent spektralnych Kinetyka TL w MTS nie może być opisana za pomocą jakiegokolwiek jednonośnikowego modelu przejść zdelokalizowanych, także z udziałem wielu dyskretnych, interaktywnych poziomów pułapkowych 36

OKREŚLENIE MECHANIZMU REKOMBINACJI 2 1.6 LITERATURA Pik 5 - s~10 20 s -1 (Bilski 2002) Pik 5a - odpowiedzialny za zlokalizowaną lub częściowo-zlokalizowaną rekombinację (Horowitz 2002, 2003) MTS, dose 200 Gy I R1 320-380nm I R2 550-620nm 3500 3000 2500 peak 5 Tm=473 K MTS, dose 200 Gy 300-620 nm I R1 /I R2 1.2 TL (a.u.) 2000 1500 peak 4 Tm=444K 0.8 Pik 5a 0.4 400 450 500 550 600 Temperature (K) Iloraz dwu komponent spektralnych 1000 500 peak 6 Tm=529K 0 400 450 500 550 600 Temperature (K) Krzywa jarzenia, powstała przez sumowanie 37 po długości fali TL-3D w zakresie 300-620 nm

PODSUMOWANIE KONCEPCJA WYKORZYSTANIA BADAŃ SPEKTRALNYCH DO CHARAKTERYZACJI FOSFORÓW KRYSTALICZNYCH Pomiar spektralnie rozdzielczy Kalibracja wyników (lambda, intensywność) Znalezienie pasm spektralnych Ewolucja komponent spektralnych w czasie (TL, Ph, OSL...) (przyporządkowanych do konkretnych CR) Analiza mechanizmu rekombinacji (zlokalizowane/ zdelokalizowane/ inne...) Analiza kinetyki poszczególnych komponent spektralnych (parametry pułapkowe dla zidentyfikowanych modeli) Analiza powierzchni 3D Nie zakładamy mechanizmu kinetyki ale badamy jaki on jest. 38

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 39