2014 Fiscal Year Research-status Report
電子状態解析に基づくガドリニウム含有新規結晶シンチレーターの特性改善
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26420673
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
北浦 守 山形大学, 理学部, 准教授 (60300571)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小笠原 一禎 関西学院大学, 理工学部, 教授 (10283631)
黒澤 俊介 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (80613637)
渡邊 真太 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 研究員 (30554828)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | シンチレーター / 電子トラップ / 赤外分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光励起や放射線照射によってCe:GAGG結晶中に生成される電子捕獲中心は発光の減衰時間を長くしたり出力を低下させたりして性能を低下させることが知られている。従って、Ce:GAGGシンチレーターの性能を高めるには光や放射線によって誘起される電子捕獲中心の正体を突き止めて、これを結晶育成時に抑制するよう工夫すればよい。一般に、電子捕獲中心の深さは赤外領域の光エネルギーと同程度であるので、赤外分光によって捕獲電子の挙動を直接捉えることができる。本研究では、Ce:GAGG結晶において光誘起電子捕獲中心の起源を解明するために、紫外光励起下において低温でCe:GAGG結晶の赤外分光を行った。実験には、チョクラルスキー法で育成したCe:GAGG結晶を酸素雰囲気あるいは水素雰囲気において熱処理したものを用いた。セリウムイオンの濃度は約1mol%であっった。
酸素雰囲気で熱処理したCe:GAGG結晶の赤外吸収スペクトルには吸収帯は何も観測されない。一方、紫外光励起の下では、6000cm-1から高波数側にかけて幅広い吸収帯が現れることを新たに見出した。似たような吸収帯は、水素雰囲気で熱処理した結晶において紫外光照射しない状態でも観測されることを明らかにした。この事実は、光誘起赤外吸収帯は酸素空格子に関係することを示す。この光誘起吸収帯は温度上昇とともに消失し、この変化は熱発光の出現と反相関の関係にある。すなわち、光誘起赤外吸収の起源となる電子捕獲中心が熱活性化によって結晶中を移動し、発光中心であるセリウムイオン近傍に現れた時、電子がセリウムイオンにトンネリングによってトランスファーされ、セリウムイオンの励起状態が形成され、その輻射消滅によって熱発光が生じていることを示す。
今回見出した光誘起赤外吸収帯の原因となる電子捕獲中心を明らかにするには、より広い波数範囲で測定を行う必要があり、これを次年度の課題としたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2014年度の目標が、光誘起赤外吸収帯を観測することであったので、まずは第一目標をクリアすることができた。この吸収帯の温度変化が熱発光グロー曲線の出現と密接に関係していることも見出し、その起源解明に向けて、これまでに報告されていないデータを着実に積み重ねることができており、その結果を受けて「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点では、中赤外領域から近赤外領域に至る広い領域で測定を終えている。今後は、この領域で時間分解吸収測定を行うことに加えて、より広範囲にわたる測定を行う必要がある。また、得られたスペクトルを解析するには、高精度な電子状態計算の結果が必要不可欠であり、これを研究分担者と協力して進めたい。
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| Causes of Carryover |
購入を考えていた物品が、当初考えていた金額よりも安く入荷することができたため、残額が生じてしまった。他物品費として使用も考えたが、年度末につき入荷可能な確約もできないということで、使用不可能と判断した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
残金については、次年度に物品費として消耗品の購入に充てることにする。
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Research Products
(8 results)
