О пределе точности постановки временной метки при регистрации аннигиляционных γ-квантов сцинтилляционным детектором

  • Михаил Васильевич Коржик Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь4
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-2-96-101

Аннотация

Проанализировано влияние различных процессов релаксации электронных возбуждений, приводящих к возникновению в кристаллических соединениях сцинтилляции под действием ионизирующего излучения. Установлено, что внутрицентровая релаксация электронных возбуждений формирует физический предел для временного разрешения сцинтилляционного детектора. Путем моделирования определен численный предел временного разрешения, который может быть обеспечен при измерении ионизирующего излучения сцинтилляционными детекторами. Выполнено сравнение пределов временного разрешения детекторов при различных погрешностях, вносимых электронной частью детектора ионизирующего излучения. Показано, что неорганические сцинтилляционные материалы на основе монокристаллов, активированных ионами церия, имеют предел на уровне 10 пс, в то время как самоактивированные сцинтилляторы, обладающие малым выходом и короткой кинетикой сцинтилляций, - не хуже 20 пс. Дальнейшее увеличение выхода сцинтилляций при сохранении короткой кинетики в самоактивированных материалах может обеспечить лучшее временное разрешение при использовании их в детекторах в сравнении с таковым при применении Се-активированных материалов.

Биография автора

Михаил Васильевич Коржик, Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь4

доктор физико-математических наук; заведующий лабораторией экспериментальной физики высоких энергий

Литература

  1. Arkhipova AA, Chaika VA, Gromysheva OV, editors. Lyuminestsentsiya i ee primenenie v narodnom khozyaistve. Sbornik materialov II nauchno-prakticheskogo seminara; 12 marta 2020 g.; Moskva, Rossiya [Luminescence and its application in the national economy. Proceedings of the 2nd scientific and practical seminar; 2020 March 12; Moscow, Russia]. Moscow: Kurchatovskii institute – IREA; 2020. 64 p. Russian.
  2. Lecoq P, Gektin A, Korzhik M. Inorganic scintillators for detector systems: physical principles and crystal engineering. 2nd edition. Cham: Springer; 2017. 408 p. DOI: 10.1007/978-3-319-45522-8.
  3. Korzhik M, Tamulaitis G, Vasil’ev AN. Physics of fast processes in scintillators. Cham: Springer; 2020. 250 p. DOI: 10.1007/ 978-3-030-21966-6.
  4. LHC Experiments Committee. Technical proposal for a MIP timing detector in the CMS experiment phase 2 upgrade: CERNLHCC-2017-027/LHCC-P-009 [Internet]. Geneva: CERN; 2017 [cited 2020 November 5]. 98 p. Available from: https://cds.cern.ch/ record/2296612. (Technical proposal).
  5. Nargelas S, Dosovitskiy G, Korzhik M, Tamulaitis G. Role of inter- and intraconfigurational transitions of Pr3+ ion in nonequilibrium carrier relaxation in garnet-type scintillators. Optical Materials. 2021;111:110676. DOI: 10.1016/j.optmat.2020.110676.
  6. Gundacker S, Acerbi F, Auffray E, Feri A, Gola A, Nemallapudi MV, et al. State of the art timing in TOF-PET detectors with LuAG, GAGG and L(Y)SO scintillators of various sizes coupled to FBK-SiPMs. Journal of Instrumentation. 2016;11:P08008. DOI: 10.1088/1748-0221/11/08/P08008.
  7. Korzhik M, Alenkov V, Buzanov O, Dosovitskiy G, Fedorov A, Kozlov D, et al. Engineering of a new single-crystal multi-ionic fast and high-light-yield scintillation material (Gd0.5 – Y0.5)3Al2Ga3O12 :Ce, Mg. CrystEngComm. 2020;22(14):2502–2506. DOI: 10.1039/ D0CE00105H.
  8. Lecoq P, Morel C, Prior JO, Visvikis D, Gundacker S, Auffray E, et al. Roadmap toward the 10 ps time-of-flight PET challenge. Physics in Medicine and Biology. 2020;65(21):21RM01. DOI: 10.1088/1361-6560/ab9500.
  9. LHC Experiments Committee. The compact muon solenoid. Technical proposal: CERN-LHCC-94-38/LHCC-P-1 [Internet]. Geneva: CERN; 1994 [cited 2020 November 5]. 254 p. Available from: http://cds.cern.ch/record/290969. (LHC technical proposal; 1).
  10. LHC Experiments Committee. ALICE. Technical proposal for A Large Ion Collider Experiment at the CERN LHC: CERNLHCC-95-71/LHCC-P-3 [Internet]. Geneva: CERN; 1995 [cited 2020 November 5]. 237 p. Available from: http://cds.cern.ch/record/ 293391. (LHC technical proposal; 3).
Опубликован
2021-05-25
Ключевые слова: сцинтиллятор, временное разрешение, релаксация, церий, вольфрамат свинца
Как цитировать
Коржик, М. В. (2021). О пределе точности постановки временной метки при регистрации аннигиляционных γ-квантов сцинтилляционным детектором. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 96-101. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-2-96-101
Выпуск
№ 2 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика ядра и элементарных частиц

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).