材料研究学报

研究发现:氟化锂晶体能够“看到”高能重离子 

来源:材料研究学报 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-09-04

氟化锂晶体现在可用于记录核粒子的轨迹。波兰科学院核物理研究所的物理学家最近证明,这些晶体也是探测高能离子轨迹的理想材料,即使是像铁一样重的离子。当核粒子进入晶体时,粒子与晶体网络中的原子或分子相互作用。在某些晶体中,在适当的条件下,由此产生的缺陷可能是弱发光的来源。波兰科学院核物理研究所 (IFJ PAN) 多年来一直在研究显示这种特性的材料。其中之一是氟化锂LiF。氟化锂晶体现在可用于检测低能粒子,例如阿尔法粒子。 (氦核)。


发表于Journal of Luminescence in该杂志的研究表明,物理学家们表明,氟化锂的应用还扩展到了对具有重要能量的粒子的检测,甚至包括铁(Fe)和其他重元素离子,完全剥离了电子。氟化锂轨迹探测器只是简单的晶体。它们是无源探测器,不同于近乎实时地监测粒子轨迹的探测设备。换句话说,它就像一张摄影胶片。一旦晶体暴露在辐射中,就需要使用荧光显微镜来找出记录的轨迹。荧光核径迹探测器已为人所知大约十年。但到目前为止,它只是由适当掺杂的 Al2O3 氧化铝晶体制成,在辐射的影响下形成永久的色心。


当这些中心的波长合适时当光被激发时,它会发射光子(较低的能量),这使得在显微镜下看到粒子的轨迹成为可能。在氟化锂的情况下,激发是用蓝光进行的,光子的发射发生在红光范围内。掺杂氧化铝的探测器需要昂贵的带激光束和扫描的共聚焦显微镜,而便宜得多的标准荧光显微镜可以用来观察氟化锂晶体中的痕迹,而且晶体中记录的痕迹非常准确 粒子路径被转载。其他探测器,例如著名的威尔逊室,通常会加宽轨道。在氟化锂晶体的情况下,分辨率仅受衍射极限的限制。


虽然在实时 粒子的轨迹很难称之为优势,但并不总是劣势。例如,在个体剂量测量中,需要检测器来确定用户暴露的辐射剂量。这些设备必须小巧易用,而毫米尺寸的结晶氟化锂极板完美地满足了这一要求。这就是为什么现在可以在国际空间站的欧洲哥伦布模块和许多其他类型的无源探测器中找到这些在波兰科学院核物理研究所使用直拉法生长的晶体的原因之一。在每六个月更换一次的 Dosis 3-D 实验中,这些探测器可以确定空间站中辐射剂量的空间分布及其随时间的变化。


在新的研究中,氟化物锂晶板暴露在高能离子中,在HIMAC加速器中进行辐射。在不同离子束轰击过程中,4He氦离子的粒子能量为150 MeV/核子,铁离子的粒子能量为500 MeV/核子。检测器还受到碳离子、氖和硅束的照射。在垂直于离子束放置的晶体板中,点光源实际上是在显微镜的光学分辨率边界上观察到的。这些是高能离子穿透晶体的地方。作为测试的一部分,一些氟化锂晶体板也平行于梁放置。当时记录轨迹的概率很低,但当它发生时,很长一段粒子轨迹被“烙印”在了晶体中。


锂离子轨迹探测器是理想的选择用于记录高能重离子的通过。此外,这些似乎并不是氟化锂晶体的唯一可能性。里面的每个原子都是锂,它与中子的相互作用非常好。氟化锂探测器,尤其是那些富含锂同位素的探测器,在记录低能中子方面可能非常有效,而且有很多迹象表明,也存在高能中子。如果未来的研究证实了这一假设,就有可能制造出个人中子剂量计。氟化锂晶体的小尺寸也将能够用于有趣的技术,这些技术在当今的技术中是无法获得的。

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