Channels of energy loss and relaxation in CsI : A (A=Tl, In) scintillation crystals

par Sergii Gridin

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Andrei Belsky et de Aleksandr Gektin.

Soutenue le 15-12-2014

à Lyon 1 en cotutelle avec Nacìonalʹna akademìâ nauk Ukraïni (1994-....) , dans le cadre de École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon , en partenariat avec Institut Lumière Matière (laboratoire) .

Le président du jury était Marie-France Joubert.

Le jury était composé de Christophe Dujardin, Andrey Vasilyev.

Les rapporteurs étaient Paul Lecoq, Patrick Martin.

  • Titre traduit

    Canaux de pertes d'énergie et de relaxation dans les scintillateurs monocristallins CsI : A (A=TI, In)


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l'étude des processus de relaxation de l'énergie et des canaux de perte d'énergie dans les cristaux scintillateurs CsI:A (A = Tl, In). Dans le chapitre 1 les principaux processus d'interaction des rayonnements ionisants avec les solides luminescents sont discutés. Les méthodes expérimentales et techniques utilisées dans cette étude ainsi que les méthodes de synthèse, de caractérisation cristal, de pureté, etc sont présentées dans le chapitre 2. La deuxième section traite de la description des méthodes spectroscopiques d'analyse utilisées. Il comprend des techniques spécifiques d'investigation, telles que la spectroscopie en temps résolue, la méthode de thermoluminescence, la spectroscopie de photoluminescence excitée dans l'ultraviolet lointain, obtenues à l'aide des synchrotrons. L'étude des propriétés de luminescence des centres luminescents dans CsI:Tl et CsI:In est présentée dans le Chapitre 3 et permet de caractériser le paramètre Q. La spectroscopie d'excitation et d'émission de la luminescence (surface 3D) le type, la structure électronique et le rendement des centres luminescents liés aux ions dopants sont déterminés. Dans le chapitre 4, les propriétés de scintillation de CsI:Tl et CsI:In sont présentés. Le rendement de scintillation et la résolution énergétique sont meilleurs dans les cristaux CsI:Tl. L'étude des chaines de transfert d'énergie vers les centres luminescents et des pertes d'énergie sont décrits dans le chapitre 5. Cette approche de modélisation appliquée comprend une solution numérique des équations de population. Elle est suffisamment générale pour être utilisée dans le cas d'une grande variété de matériaux scintillateurs


  • Résumé

    This work is devoted to study of energy relaxation processes and energy loss channels in CsI :A scintillation crystals (A=Tl, In). Study of energy loss mechanisms in activated CsI scintillation crystals aims to answer the question, if the fundamental limit of scintillation yield in classical alkali halide scintillators has been reached. Concentration series of CsI:Tl and CsI:In single crystalline samples were grown by the Bridgman technique. Investigation of electron excited states in this system is done using luminescence spectroscopy methods. Analysis of the experimental results allows to come up with a general model of energy relaxation in CsI:A. The model includes the activator-induced and the intrinsic (STE) energy relaxation channels, and three possible charge states of the activators. A system of kinetic rate equations (compiled based on the energy relaxation model) allows simulating many scintillation properties of CsI:A system as a function of temperature and the activator concentration


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