ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE TEZE K

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
TEZE K DISERTAČNÍ PRÁCI
České vysoké učení technické v Praze
Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská
Katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření
Jiří Martinčík
VUV a UV luminiscence Nd3+ , Er3+ , Tm3+ a
Gd3+ v binárních a komplexních fluoridech,
kinetika dosvitu, procesy přenosu energie
Doktorský studijní program: Aplikace přírodních věd
Studijní obor: Jaderné inženýrství
Teze disertace k získání akademického titulu „doktor“ ,
ve zkratce „Ph.D.“
Praha, říjen 2012
Disertační práce byla vypracována v kombinované formě doktorského studia na Katedře dozimetrie a aplikace ionizujícího záření
Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze.
Uchazeč:
Ing. Jiří Martinčík
Katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření
Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze
Břehova 7
115 19, Praha 1
Školitel:
Školitel-specialista:
Ing. Martin Nikl, CSc.
Ing. Karel Polák
Oddělení optických materiálů
Oddělení optických materiálů
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
Cukrovarnická 10
Cukrovarnická 10
162 53, Praha 6
162 53, Praha 6
Oponenti:
RNDr. Jiří A. Mareš, CSc.
Prof. Zdeněk Bryknar, CSc.
Oddělení optických materiálů
Katedra inženýrství pevných látek
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
FJFI, ČVUT v Praze
Cukrovarnická 10
Trojanova 13
162 53, Praha 6
120 00, Praha 2
Teze byly rozeslány dne: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Obhajoba disertace se koná dne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v . . . . . .
hod. před komisí pro obhajobu disertační práce ve studijním oboru
Jaderné inženýrství v zasedací místnosti č. . . . . . . Fakulty jaderné
a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze.
S disertací je možno se seznámit na děkanátě Fakulty jaderné a
fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze, na oddělení pro vědeckou a
výzkumnou činnost, Břehová 7, Praha 1.
Prof. Tomáš Čechák, CSc.
předseda komise pro obhajobu
disertační práce
ve studijním oboru Jaderné inženýrství
Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská
ČVUT, Břehová 7, Praha 1
OBSAH
1 SOUČASNÝ STAV PROBLEMATIKY
2
2 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE
3
3 METODY ZPRACOVÁNÍ
4
4 VÝSLEDKY
5
5 ZÁVĚR
10
Seznam v tezích použité literatury
13
Seznam vlastních publikací k tématu práce
15
Seznam konferenčních prezentací
16
Summary
17
1
1 SOUČASNÝ STAV PROBLEMATIKY
Scintilačních materiálu je v dnešní době obrovské množství a celkový přehled by vydal na knižní publikaci [1, 2]. Náš výzkum je
zaměřen na fluoridové VUV (vacuum-ultraviolet) scintilátory dopované Nd3+ s dosvitem v řádu nanosekund a emisí ve spektrální
oblasti pod 190 nm.
Jedním ze základních a zároveň i velice atraktivním scintilátorem je LuF3 [3, 4]. Ceněn je zejména pro svou vysokou brzdnou schopnost vysokoenergetických fotonů. Pro energii γ záření 511 keV je absorpční koeficient LuF3 0,31 cm−1 , což je hodnota srovnatelná se současně používanými scintilátory jako je LSO
(0,28 cm−1 ) nebo BGO (0,37 cm−1 ) [5]. Pro vylepšení vlastností
se dále využívá dopace prvky vzácných zemin, nejčastěji však Nd.
Přes všechny výhody LuF3 :Nd zde figuruje velké omezení z hlediska rozměrů a především vysoké ceny. Vypěstovat velké krystaly
LuF3 je stále problematické [6].
Jako další kandidát na VUV scintilátor byl intenzivně studován LaF3 dopovaný Nd3+ (LaF3 :Nd) [7], protože LaF3 :Nd efektivně scintiluje ve VUV oblasti díky 5d ↔ 4f přechodu iontů Nd3+ .
Přesto je u LaF3 :Nd potencionálně problematické dosáhnout vysokého světelného výtěžku díky ztrátám způsobených vnitřními
pastmi LaF3 a konverzí záření do pomalých 4f ↔ 4f přechodů
Nd3+ v UV–viditelné spektrální oblasti [8].
Proto se vývoj zaměřil na několik skupinu krystalů LuLiF4 dopovaných Nd. Vysoké atomové číslo a hustota krystalů LuLiF4 je
navíc vhodnější pro detekci vysoko energetického záření γ. V porovnání s LuF3 :Nd, má LuLiF4 :Nd menší světelný výtěžek a brzdnou schopnost, přesto je však levnější a není limitován problémy
2
s růstem velkých krystalů. Pokud by se podařilo zvýšit efektivitu
LuLiF4 :Nd, mohl by se stát uspokojivou náhradou za LaF3 :Nd
na poli VUV scintilátorů.
Výzkum a vývoj nových VUV scintilátorů a testování různých
dopantů, jež by zvýšily jejich luminiscenční vlastnosti, je základem
této práce. V neposlední řadě je také kladen důraz na zrychlení a
zefektivnění celého procesu výroby, které umožní využití dražších
a kvalitnějších materiálu v moderních aplikacích.
2 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE
Japonská firma Tokuyama ve spolupráci s Tohoku University v Sendai experimentuje s krystaly LuLiF4 dopované kombinací iontů
Nd3+ a Er3+ , Tm3+ nebo Gd3+ . Cílem experimentů je nalezení
optimálních koncentrací dopantů, které umožní komerční výrobu
nového VUV scintilačního materiálu se špičkovými parametry. Pro
řešení tohoto úkolu byl na AV ČR zahájen mezinárodní výzkumný
projekt.
Pro ucelený přehled o procesech podílejících se na luminiscenci
v neodymem dopovaných krystalech LuLiF4 je nutné detailní zmapování procesu distribuce energie v systému. Cílem této práce je
nalézt mechanismy distribuce energie v systému, při kterých dochází ke ztrátám a navrhnout řešení, jak tyto ztráty minimalizovat.
Problematika distribuce energie je komplexní a dynamika procesu závisí na mnoha parametrech. Pro nalezení mechanismu přenosu energie z jednoho dopantu na druhý je vhodné rozdělit celou
problematiku na několik částí a zkoumat je odděleně. Kombinací
výsledků jednotlivých skupin pak identifikujeme procesy, při nichž
3
dochází k disipaci energie. Jednoznačná identifikace ztrátových
mechanismů nám pak umožní navrhnout strategii přípravy, která
by tyto ztráty omezila.
3 METODY ZPRACOVÁNÍ
Pro řešení nastíněné problematiky je vhodné rozdělit celý proces na část týkající se popisu krystalů a část popisující použité
experimentálních metody. Přehled vzorků, jejich základní charakteristiky a postup výroby je shrnut v kapitole 3.1. Pro růst jednoduchých a komplexních fluoridových krystalů byla způsobem
modifikována metoda µPD.
Popis experimentální měřící aparatury, použitých metod měření
VUV a UV luminiscenčních charakteristik, dosvitové kinetiky, radioluminiscenčních a absorpčních charakteristik je uveden v kapitole 3.2. Práce je zaměřena na získání přesných dat z různých
experimentálních aparatur, jejich následné zpracování a vyhodnocení. Převážně se jedná o identifikaci absorpčních a emisních
píků pro 5d ↔ 4f a 4f ↔ 4f optické přechody, určení dosvitových
charakteristik těchto přechodů a jejich závislost na koncentraci
dopantů.
Všechna VUV měření byla naplánována a provedena na experimentálním zařízení SUPERLUMI ve výzkumném centru DESY
(Deutsches Elektronen–Synchrotron) v Hamburku. HASYLAB je
výzkumné centrum Helmholzovy asociace a zaměřuje se na využití
světla pro vědecký výzkum. SUPERLUMI je unikátní experimentálním uspořádání pro měření časově a energeticky rozlišené VUV
luminiscenční a reflexní spektroskopie [9].
Druhá část měření byla prováděna v laboratoři Fyzikálního ústa-
4
vu AV ČR na oddělení Optických materiálů. Práce probíhala na několika experimentálních aparaturách. Všechna měření se prováděla
při pokojové teplotě a atmosférickém tlaku. Aparatury nejsou vybavené vakuovým systémem, z toho důvodu byla měření omezena
hranicí 190 nm, kde je hranice pohlcení UV záření ve vzduchu.
Měření se prováděla postupně se všemi skupinami vzorků (viz kapitola 3.1) a po vyhodnocení byla zkompletována s daty z měření
v DESY.
4 VÝSLEDKY
Předchozí výzkum ukázal, že krystaly LuLiF4 dopované pouze
ionty Nd3+ vykazují spíše nižší než potřebný světelný výtěžek
pro zamýšlené medicínské zobrazovací aplikace (PET, SPECT,
CT, . . . ) i když technologie jeho přípravy jinak velmi dobře vyhovuje. Pro zvýšení luminiscenčních vlastností byla použita strategie dvojí dopace ionty prvků vzácných zemin, tedy dopace Nd3+
v kombinaci s dalším kodopantem. Pro naše účely byly testovány skupiny vzorků dopované Tm3+ , Er3+ a Gd3+ . Metoda dvojí
dopace využívá přenosu absorbované energie z center kodopantu
(tzv. donoru) na emisní centra Nd3+ (tzv. akceptoru) a tak může
zvýšit scintilační účinnost [8, 10].
Fluoridy s širokým zakázaným pásem jsou velice vhodným materiálem pro tyto účely a použití Nd3+ jako dopovaného emisního
centra umožňuje rychlou emisi v intervalu 180–190 nm díky jeho
zářivému přechodu z 5d na 4f hladinu.
Následuje několik příkladů vyhodnocování naměřených dat, kde
je demonstrována identifikace přenosu energie mezi dopanty.
5
Ukázka absorpčního měření s naznačeným
vyhodnocením dat.
Měření absorbance bylo provedeno v rozmezí 190–2000 nm. Všechny naměřené píky odpovídají 4f ↔ 4f přechodům iontů Gd3+ a
Nd3+ . Pro odlišení absorpčních hladin Gd a Nd, byl vypěstován
vzorek GdLiF4 , obsahující pouze ionty Gd3+ . Srovnáním absorpčního spektra GdLiF4 se vzorkem dopovaným oběma ionty se podařilo přiřadit jednotlivé píky ve spektru příslušným iontům. Z absorpčního spektra GdLiF4 na obrázku 1 je zřejmé, že nejnižší energetická hladina pro Gd3+ je 6 P7/2 , která odpovídá vlnové délce
312 nm. Pod touto hladinou není prakticky žádná absorpční hladina až do základního stavu 8 S7/2 . Oproti tomu spektrum vzorku
obsahující Nd3+ je bohaté na absorpční hladiny až do cca 900 nm
(hladina 4 F3/2 ).
0,5
GdLiF4
6
I
15/2
Nd4%Gd4%LuLiF4
Absorbance [rel. jednotka]
0,4
2
6
G
F
6
13/2
D
Gd
9/2
Nd
3/2
2
G
4
0,3
6
G
D
6
P
9/2
P
7/2
2
I
7/2
5/2
6
D
G
5/2
6
0,2
5/2
2
7/2
4
G
5/2
2
I
3/2
0,1
7/2
2
G
9/2
4
G
9/2
0
200
250
300
350
400
450
vlnová délka λ [nm]
500
550
600
Obrázek 1: Absorpční spektrum vzorků GdLiF4 a LuLiF4 : 4% Nd, 4%
Gd.
6
V oblasti mezi 200 a 320 nm lze pozorovat jednu oblast překryvu 4f absorpčních hladin obou dopantů. Jedná se o překryv
2
F3/2 hladiny Nd3+ s 6 D9/2 hladinou Gd3+ na 250 nm, který lze
vyhodnotit jako potenciální oblast přenosu energie mezi dopanty.
Se vzrůstající koncentrací dopantů byla pozorována zvýšená amplituda absorpčních píků, ale neprojevily se žádné další parazitické
absorpce.
Ukázka lokalizace přenosu energie ve spektrech.
Absolutní hodnoty intenzity luminiscence v rozsahu 210–276 nm
jsou sečteny a porovnány se stejnými součty v rozmezí od 273
do 620 nm. Tyto součty nám dávají představu o množství luminiscence emitované z 5d 1 do 4f stavů a z 4f do 4f stavů. Pro koncentrace Tm a Er výšší než 1 % je patrný pokles intenzity luminiscence na obou intervalech. Toto chování ukazuje, že proces
přenosu energie z kodopantů na Nd3+ je redukován nějakým dalším procesem.
Toto chování lze vysvětlit pomocí překryvu emisních pásů Nd3+
na 260 nm s absorpčními pásy Er3+ a Tm3+ na 263 a 256 nm.
Tyto překryvy způsobují snížení intenzity v 5d 1 pásech Nd3+ (viz
obrázek 2). Z obrázku je dále zřejmé, že Nd3+ 5d 1 →2 Hx přechod,
který končí na 260 nm, je v rezonanci s 4f ↔ 4f přechody Er3+ a
Tm3+ začínajících na 4 D5/2 a 3 P2 hladinách, a tím dochází k přenosu energie na posledně zmíněné ionty. I méně výrazné absorpční
píky obou iontů v této oblasti mohou přispět k tomuto nežádoucímu přenosu energie.
Z obrázku 2 dále vyplývá, že u rychlých emisních pásů na 230
a 260 nm, příslušející deexcitaci 5d 1 excitovaného stavu Nd3+ ,
dochází k překryvu s 4f ↔ 4f absorpčními pásy Er3+ (4 D5/2 ). To
7
5
0,8
Intenzita [rel. jednotka]
0,7
1
Nd 1% - RL
x
3
P
0,5
Nd: 5d > F
1
x
Er: D
3
2
4
4
0,4
4
2
Nd: 5d > H
0,6
4
5/2
Er: G
9/2
2
3
0,3
P
1
0,2
3
P
0
1
absorbance [rel. jednotka]
Er - absorbance
Tm - absorbance
0,1
0
200
220
240
260
vlnová délka λ [nm]
280
0
300
Obrázek 2: RL spektrum LuLiF4 : 1% Nd kombinované s absorpčními spektry LuLiF4 : 1% Nd, 99% Er nebo Tm. Překryv emise z Nd3+
5 d1 → 4f přechodu s 4 f energetickými hladinami Er3+ a Tm3+ .
je jednoznačný důkaz toho, že zde dochází k přenosu energie z 5d 1
hladiny Nd3+ na blízký iont Er3+ .
Ukázka emisních spekter pro různé koncentrace
dopantů.
Na obrázku 3 je uveden přehled fotoluminiscenčních spekter pro
všechny zkoumané vzorky dopované Nd3+ a Gd3+ . Pro srovnání
intenzity emise Nd3+ na 185 nm je zde zobrazen i LuLiF4 dopovaný pouze Nd3+ . Z obrázku je patrná závislost intenzity emise
na koncentraci dopantů. Nejvyšší intenzitu emise vykazuje vzorek
LuLiF4 : 1% Nd, 4% Gd.
Z absorpčních měření víme, že v okolí 185 nm se nachází pře-
8
kryv absorpčního pásu Gd3+ a 5d emisního pásu Nd3+ . Je zřejmé,
že rostoucí koncentrace Gd3+ redukuje emisi Nd3+ díky přenosu
energie z Nd3+ do Gd3+ center právě díky tomuto překryvu. Z hlediska zvýšení luminiscenční účinnosti Nd3+ je tento efekt velice nepříznivý. Přes tento úbytek energie však u vzorku LuLiF4 : 1% Nd,
4% Gd došlo ke zvýšení scintilační účinnosti Nd3+ emise oproti nekodopovanému vzorku. To znamená, že ve vzorku dochází ke zlepšení přenosu energie na 5d centra Nd3+ a je to jednoznačně dáno
přítomností Gd ve vzorku. Další zvyšování obsahu Nd ve vzorcích
vede k dodatečnému efektu koncentračního zhášení, které nepřispívá ke zvýšení intenzity luminiscence.
35
Nd 1%
Nd 1%, Gd 1%
Nd 1%, Gd 4%
Nd 1%, Gd 10%
Nd 4%, Gd 4%
Nd 4%, Gd 10%
Intenzita [rel. jednotka]
30
25
20
15
10
5
0
180
200
220
240
vlnová délka λ [nm]
260
280
Obrázek 3: Emisní spektra LuLiF4 s různými koncentracemi Nd3+ a
Gd3+ při excitaci 160 nm.
9
5 ZÁVĚR
V rámci této disertační práce bylo získáno velké množství experimentálních dat na celkem čtyřech sadách monokrystalických
vzorků LuLiF4 s dopací Nd3+ , (Nd3+ , Tm3+ ), (Nd3+ , Er3+ ) a
(Nd3+ , Gd3+ ). Vzorky byly vypěstovány metodou µPD ve firmě
Tokuyama ve spolupráci s Tohoku University v Sendai v Japonsku. K získání luminiscenčních dat potřebných pro analýzu vzorků
ve VUV oblasti byla využita experimentální stanice SUPERLUMI
v laboratořích DESY v Hamburku, kde se během několika let
v rámci tam udělených projektů postupně podařilo získat potřebný měřící čas a v několika turnusech provést potřebná měření.
Další sada dat byla změřena na přístrojích, které byly k dispozici na oddělení Optických materiálů Fyzikálního ústavu AV ČR.
Jedná se především o měření luminiscence v UV a ve viditelné oblasti, zahrnující měření absorpce, luminiscence a kinetiky dosvitu.
Byl získán ucelený přehled o luminiscenčních procesech v neodymem dopovaných krystalech LuLiF4 a byly popsány procesy
distribuce energie v systému a identifikovány oblasti nejvyšších
ztrát energie.
Mezi nejvýznamnější dosažené výsledky patří:
Krystaly LuLiF4 :Nd mají charakteristickou emisi s maximem
na 180 nm, která je excitována v několika 4f → 5d n pásech včetně
absorpční hrany matrice. Jedná se o rychlou emisi přechodu Nd3+
5d 1 → 4 I9/2 s dobou života 18,4 ns (vzorek s 0,1% dopací Nd3+
při excitaci 160 nm).
Přenos energie z matrice krystalu do center Nd3+ je jednoznačně
teplotně závislý.
Pozorovaná antikorelace pomalé a rychlé složky v excitačních
10
spektrech pro Nd3+ emisi na 180 nm byla prokázána v obou případech dvojí dopace. Tyto pozorování potvrzují, že přenos energie
z dopantů na 5d 1 hladiny Nd3+ skutečně existuje, což je původní
záměr zvolené strategie dvojí dopace.
Obecně platí, že přenos energie z Er3+ (Tm3+ ) center na Nd3+
ve VUV oblasti, tj. přenos z 5d hladiny donoru na 5d hladinu akceptoru, je dalekodosahovější než zpětný přenos z Nd3+ na Er3+
(Tm3+ ) v UV oblasti, tj. přenos z 5d hladiny donoru na 4f hladinu akceptoru, což vysvětluje mírná lokální maxima a zvýšení intensity radioluminiscence Nd3+ pro malé koncentrace kodopantů
a samotného Nd3+ .
V okolí 185 nm se nachází překryv absorpčního pásu Gd3+ a
5d emisního pásu Nd3+ , který s rostoucí koncentrace Gd3+ způsobuje postupnou redukci emise Nd3+ díky přenosu energie z Nd3+
do Gd3+ center. Při srovnání intenzity hlavní VUV emise Nd3+
na 185 nm vykazuje nejvyšší intenzitu vzorek LuLiF4 : 1% Nd, 4%
Gd, který i přes výše zmíněný úbytek energie, vykazuje zvýšení
scintilační účinnosti Nd3+ emise oproti nedopovanému vzorku.
Z hlediska optimalizace světelného výtěžku v závislosti na koncentraci dopantů se ze všech testovaných skupin podařilo vybrat
vhodné kandidáty pro další testování. Nejvyšší luminiscenční účinnosti pro hlavní VUV emisi Nd3+ na 180 nm dosahuje vzorek
LuLiF4 : 1% Nd, 1% Tm, vzorek LuLiF4 : 1% Nd, 1% Er a vzorek
LuLiF4 : 1% Nd, 4% Gd.
Jako příští etapa při vylepšování scintilačních vlastností LuLiF4 :
Nd je navržena další optimalizace koncentrace Nd3+ a kodopantů
Tm3+ , Er3+ a Gd3+ , která však bude pracovat s mnohem jemnějšími koncentracemi dopantů a povede ke zvýšení scintilační účin-
11
nosti. Současně se plánuje i vypěstovat krystaly s optimálním složením pomocí metody Czochralski, což by mělo dále zvýšit kvalitu
krystalu a následně i vylepšit jeho scintilační vlastnosti.
Námi testované krystaly jsou ve srovnání s nejlepšími scintilátory v této třídě (LuF3 : Nd, LaF3 :Nd) horší z hlediska světelného
výtěžku i brzdné schopnosti. Pokud se v budoucnosti podaří dále
vylepšit scintilační účinnost LuLiF4 :Nd a LuLiF4 :Nd,Gd na srovnatelnou úroveň s LuF3 :Nd, staly by se tyto materiály „číslem
jedna“ v této kategorii.
V průběhu práce byly vytvořeny čtyři publikace, které byly zveřejněny v recenzovaných impaktovaných časopisech a byly prezentovány tři příspěvky na mezinárodních konferencích (viz přílohy).
12
Seznam v tezích použité literatury
[1] Shionoya, S., Yen, W.M. Phosphor Handbook. New York:
CRC Press, 1997. 921p. ISBN-10: 0849375606.
[2] Yen, W.M., Weber, M.J. Inorganic Phosphors: Compositions,
Preparation and Optical Properties. New York: CRC Press,
2004. 520p. ISBN-10: 0849319498.
[3] Průša, Petr. Scintilační charakteristiky komplexních oxidových materiálů: dizertační práce. Praha: ČVUT v Praze,
FJFI, 2010, 163 str., Nikl, Martin.
[4] Yanagida, T., N. Kawaguchi, N., Fukuda, K., Kurosawa, S.,
Fujimoto, Y., Futami, Y., Yokota, Y., Taniue, K., Sekiya, H.,
Kubo, H., Yoshikawa, A., Tanimori, T. Scintillation properties of Nd3+ , Tm3+ , and Er3+ doped LuF3 scintillators in the
vacuum ultra violet region. Nuc. Instr. Meth. Phys. Research
A, 2011, 659, 1, p. 258–261.
[5] Korzhika, M., Fedorov, A., Annenkov, A., Borissevitch, A.,
Dossovitski, A., Missevitch, O., Lecoq, P. Development of
scintillation materials for PET scanners. Nuclear Instruments
and Methods in Physics Research A, 2007, 571, p. 122–125.
[6] Fukuda, K., Ishizu, S., Kawaguchi, N., Nagami, T., Suyama,
T., Yanagida, T., Yokota, Y., Nikl, M., Yoshikawa, A. Crystal
growth and optical properties of the Nd3+ doped LuF3 single
crystals. Opt. Mater., 2011, 33, p. 1143–1146.
[7] Yang, K.H., DeLuca, J.A. VUV fluorescence of Nd3+ , Er3+ ,
and Tm3+ doped trifluorides and tunable coherent sources
13
from 1650 to 2600 Å. Applied Physics Letters, 1976, 29, p.
499.
[8] Dorenbos, P., de Haas, J.T.M., van Eijk, C.W.E. The intensity of the 173 nm emission of LaF3 :Nd3+ scintillation
crystals. Journal of Luminescence, 1996, 69, p. 229–233.
[9] Zimmerer, G. SUPERLUMI: A unique setup for luminescence
spectroscopy with synchrotron radiation. Radiat. Meas.,
2007, 42, p. 859–864.
[10] Becker, J., Gesland, J.Y., Kirikova, N.Y., Krupa, J.C.,
Makhov, V.N, Runne, M., Queffelec, M., Uvarova, T.V., Zimmerer, G. Fast VUV emission of rare earth ions (Nd3+ , Er3+ ,
Tm3+ ) in wide bandgap crystals. J. Alloys and Compounds,
1998, 275–277, p. 205–208.
14
Seznam vlastních publikací k tématu
práce
1. Martincik, J., Nikl, M., Ishizu, S., Fukuda, K., Suyama, T.,
Beitlerova, A., Polak, K., Babin, V., Yoshikawa, A. VUV–
UV–visibleluminescence of Nd3+ , Er3+ and Tm3+ in LuLiF4
single crystal host. Radiation Measurements, 2010, 45, 3–6,
pp. 403–405. (doi: 10.1016/j.radmeas.2010.01.038)
2. Martincik, J., Nikl, M., Ishizu, S., Fukuda, K., Cechak, T.,
Beitlerova, A., Polak, K., Yoshikawa, A. VUV–UV–visible
luminescence of Nd3+ , Er3+ and Tm3+ and energy distribution in LuLiF4 single crystal host. IOP Conf. Ser.: Mater.
Sci. Eng., 2010, 15, 012089. (doi: 10.1088/1757-899X/15/1/
012089)
3. Martincik, J., Ishizu, S., Fukuda, K., Suyama, T., Cechak,
T., Beitlerova, A., Yoshikawa, A., Nikl, M. Concentration
dependence study of VUV–UV–visible luminescence of Nd3+
and Gd3+ in LuLiF4 . Optical Materials, 34, 7, May 2012, p.
1029–1034. (doi: 10.1016/j.optmat.2011.12.013)
4. Martincik, J., Nikl, M., Ishizu, S., Baratova, A., Cechak, T.,
Fukuda, K., Suyama, T., Beitlerova, A., Yoshikawa, A. Concentration dependence of VUV–UV–visible luminescence of
Nd3+ and Gd3+ in LuLiF4 . IEEE Trans. Nucl. Science,
2012, PP, 99. (doi: 10.1109/TNS.2012.2194722)
15
Seznam konferenčních prezentací
1. Martincik, J., Nikl, M., Ishizu, S., Fukuda, K., Suyama, T.,
Beitlerova, A., Polak, K., Babin, V., Yoshikawa, A. VUV–
UV–visibleluminescence of Nd3+ , Er3+ and Tm3+ in LuLiF4
single crystal host. Proceedings of the 7th International conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation, LUMDETR 2009, 12–17 July 2009, Krakow, Poland.
2. Martincik, J., Nikl, M., Ishizu, S., Fukuda, K., Cechak, T.,
Beitlerova, A., Polak, K., Yoshikawa, A. VUV–UV–visible
luminescence of Nd3+ , Er3+ and Tm3+ and energy distribution in LuLiF4 single crystal host. Proceedings of the 11th
Europhysical conference on Defects in Insulating Materials,
EURODIM 2010, 12–16 July 2010, Pécs, Hungary.
3. Martincik, J., Nikl, M., Ishizu, S., Baratova, A., Cechak, T.,
Fukuda, K., Suyama, T., Beitlerova, A., Yoshikawa, A. Concentration dependence of VUV–UV–visible luminescence of
Nd3+ and Gd3+ in LuLiF4 . Proceedings of the 11th International conference on Inorganic Scintilators and their Applications, SCINT 2011, 12–16 September 2011, Giessen,
Germany.
16
Summary
This work is focused on the research of scintillation materials
based on complex fluorides, namely single crystals of LuLiF4 doubly doped with (Nd3+ , Tm3+ ), (Nd3+ , Er3+ ) or (Nd3+ , Gd3+ )
ions. In the introduction a brief historical overview of scintillation materials based on fluoride is provided. The overview of basic
properties of the scintillation and energy transfer process in crystals are given. Then the main properties of each group of samples
are described and the methods of crystal production as well. Another chapter describes the experimental apparatus used for measurements. In addition, for each group of samples, the complete
list of measurements of absorption and luminescence characteristics is given and their concentration dependence of dopants is
discussed. The thesis includes the identification of the processes
of transition and distribution of energy in crystals and prediction
of the optimal concentrations of dopants with respect to maximmum scintilation efficiency.
17