231 MeV Xeイオン照射がPbWO4単結晶の構造および発光特性に与える影響
Effect of 231 MeV Xe-Ion Irradiation on the Structural and Luminescence Characteristics of PbWO4 Single Crystals
231 MeVのXeイオンを1×10^11および1×10^13 ions cm−2のフルエンスでPbWO4単結晶に照射し、光学吸収、ラマンスペクトル、低温励起・発光スペクトル、フォトルミネッセンス、室温X線ルミネッセンスを用いて調査した。SRIM/TRIM計算によると、イオンの射程は約14.36 μmで、電子停止支配領域(Se/Sn ≈ 258)であった。Xe照射により、フルエンス依存性の顕著な光減衰が生じ、動作吸収の開始点が低エネルギー側にシフトした。8 Kでの励起・作用スペクトルは広がり、近接端の最大値が4.10–4.11 eVから約4.19–4.22 eVにシフトした。青色のホスト発光は照射後も観測可能であったが、長波長の緑/黄および赤色の欠陥関連成分の相対的な重みが増加した。相対積分X線ルミネッセンス出力はフルエンスの増加とともに強く減少し、照射層の誘起吸収による補正後の値は、元の値の約38.9%および31.8%となった。これらの光学およびルミネッセンスの変化は、照射層の構造特性を深さ方向に分解せずに、キャリアトラッピングと非放射緩和の増強と一致する。
- PbWO4単結晶に対し231 MeVのXeイオンを1×10^11および1×10^13 ions cm−2のフルエンスで照射する実験を実施し、光学吸収・ラマン・低温励起/発光・フォトルミネッセンス・室温X線ルミネッセンスで評価した。
- SRIM/TRIM計算でイオン射程は約14.36 μm、電子停止支配領域(Se/Sn ≈ 258)と算出された。
- Xe照射によりフルエンス依存の顕著な光減衰が生じ、吸収開始点が低エネルギー側へシフトした。
- 8 Kの励起・発光スペクトルは広がり、近接端の最大値が4.10–4.11 eVから約4.19–4.22 eVへシフトした。
- 青色のホスト発光は照射後も観測されたが、長波長の緑/黄・赤色の欠陥関連成分の相対的な重みが増加した。
- 相対積分X線ルミネッセンス出力はフルエンス増加とともに強く減少し、照射層の誘起吸収で補正後の値は元の約38.9%および31.8%となった。
PbWO4(タングステン酸鉛)単結晶はCERNのLHC実験用電磁カロリメータをはじめ放射線検出器・シンチレータの主要素材であり、高エネルギー重イオン照射による発光劣化とその被補正後X線ルミネッセンス出力が38.9%・31.8%まで低下するという定量結果は、宇宙・加速器・医療イメージングなど過酷放射線環境で使われるシンチレータ材料の耐放射線寿命を評価するうえで重要。ただし本件は学術的な照射実験の報告であり、特定企業の製品化・量産・調達の発表ではないため、素材メーカーへの直接的な投資シグナルとしては弱く、材料選定や耐放射線設計の基礎データとして注視する位置づけになる。