Registration Number
0823U101398, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
27-12-2023
popup.evolution
.
Title
The mechanism of delayed radioluminescence pulse formation in organic heterostructured scintillators and their ability to separately register ionizing radiation based on the scintillation pulse shape
Author
Khromiuk Ilarion F,,
popup.head Oleh A. Tarasenko
popup.opponent Anatolii S. Voloshinovskii
popup.opponent Larysa Trefilova
popup.review Petro Zhmurin
popup.review Oleksandr Sorokin
popup.rada
Institute for scintillation materials NAS Ukraine
Description
Дисертація присвячена встановленню впливу міграційних особливостей триплетних екситонів в органічних гетероструктурованих сцинтиляторах, а саме полікристалах та композиційних сцинтиляторах на основі стильбену, п-терфенілу (як активованого, так і неактивованого) та антрацену, на їх здатність до розділення за формою сцинтиляційного імпульсу (pulse shape discrimination, PSD) сигналів від іонізуючих випромінювань із різними питомими енергетичними втратами dE/dx. В роботі вперше проведено обчислення коефіцієнтів дифузії триплетних станів у подібних гетероструктурованих сцинтиляторах, а також показано, що просторові розмірності для цих коефіцієнтів дорівнюють 3, що вказує на ізотропний характер розповсюдження цих станів.
Також запропоновано два спрощених методи для швидкого числового визначення здатності органічного сцинтилятора, як монокристалічного так і гетероструктурованого, до розділення іонізуючих випромінювань за формою імпульсу, а саме за визначенням точки перегину та за апроксимацією швидкого компонента.
Теоретично та експериментально доведено, що міграція триплетних екситонів може бути обмежена геометричними розмірами гранули гетероструктурованого сцинтилятора та показано, що таке обмеження призводить до посилення ефекту рекомбінації триплетних екситонів за рахунок їх відбиття від меж гранул при достатній їх початковій кількості в гранулі.
В розділі 1 приведені основні фізичні принципи та механізми, які описують появу та рекомбінацію збуджених станів в органічних сцинтиляторах. Показані фактори, що впливають на форму імпульсу радіолюмінесценції, наведені основні сцинтиляційні параметри досліджуваних речовин та типів сцинтиляторів. Проведений літературний огляд щодо здатності до розділення іонізуючих випромінювань за формою сцинтиляційного імпульсу досліджуваних зразків. Обґрунтовано необхідність дослідження фізичних механізмів появи та рекомбінації триплетних екситонів у гетероструктурованих сцинтиляторах у зв’язку із можливістю варіації розмірів гранул, на основі яких вони виготовлені.
В розділі 2 описано та обґрунтовано методи отримання досліджуваних зразків органічних сцинтиляторів, наведені методики проведення експериментальних досліджень із урахуванням особливостей, пов’язаних із виконанням задач дисертаційної роботи, приведені математичні засади використання запропонованих автором нових методів розрахунку здатності до розділення іонізуючих випромінювань за формою імпульсу. Для вивчення властивостей досліджуваних зразків були використані установки для вимірювання спектрів амплітуд сцинтиляцій, кінетики імпульсів радіолюмінесценції, визначення FOM сцинтилятора, а також вимірювання спектрів оптичного пропускання і люмінесценції.
У якості досліджуваних зразків було обрано монокристалічні, полікристалічні та композиційні зразки на основі стильбену, п-терфенілу (як активованого, так і чистого) та антрацену різної геометрії (циліндричної або прямокутної) в залежності від особливостей проведення досліджень. Проведено варіацію розмірів гранул стильбену та п-терфенілу від 40 мкм до 2,5 мм. Виготовлено одношарові композиційні зразки із різними фракціями гранул у діапазоні від 40 мкм до 1 мм.
У розділі 3 наведені типи та розміри зразків, які було використано у рамках дисертаційної роботи, приведені експериментальні дані досліджень, як оптичних так і із застосуванням іонізуючого випромінювання, для одношарових та об’ємних зразків. Проведено попереднє обговорення особливостей, які можна побачити на рисунках та оцінити якісно. Обговорено технічні особливості роботи установок, які могли призвести до виникнення тих чи інших змін у експериментальних даних і не пов’язаних із природою відгуку досліджуваних зразків.
У розділі 4 проведено аналіз експериментальних даних, отриманих із застосуванням іонізуючого випромінювання, таких як спектри амплітуд сцинтиляцій, кінетика імпульсів радіолюмінесценції та визначення FOM досліджуваних зразків. Вперше показано наявність ізотропного розповсюдження триплетних екситонів у гетероструктурованих зразках, та доведено шляхом обчислення коефіцієнтів дифузії, що процес рекомбінації триплетних станів у гетероструктурованих сцинтиляторах із розміром гранул 1,7-2,2 мм проходить у межах однієї гранули.
Числовими методами показано, що запропоновані автором дисертаційної роботи способи кількісної оцінки здатності до розділення іонізуючих випромінювань за формою імпульсу (як за точкою перегину, так і за апроксимацією швидкого компоненту) корелюють із фізичними властивостями досліджуваних сцинтиляторів і можуть бути використані в подальшому.
Автором вперше поведено дослідження параметрів FOM для набору фракцій гранул, із яких складалися композиційні сцинтилятори на основі стильбену та чистого п-терфенілу, у діапазоні фракцій 0,1 мм – 2,5 мм.
Registration Date
2023-11-21
popup.nrat_date
2023-11-21 / 2026-07-01
