2019-08-20 08:05:01
氟化锂晶体具有高能量的重离子

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最近已经使用氟化锂晶体来记录核粒子的轨迹。来自克拉科夫波兰科学院核物理研究所的物理学家刚刚证明,这些晶体也非常适合检测元素的高能离子轨道,即使像铁一样重。

当核粒子进入晶体时,它与晶体网络中的原子或分子相互作用。在某些晶体中并且在适当的条件下,所得缺陷可能是弱光发光的来源。在克拉科夫的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性质的材料。其中之一是氟化锂LiF。它的晶体最近被用于检测低能粒子,如α粒子(氦核)。在他们最新发表的“发光杂志”上,这位来自克拉科夫的物理学家表明,氟化锂的应用领域也延伸到具有显着能量的粒子的检测,甚至包括诸如铁56Fe等重元素的离子,完全剥离电子。

“氟化锂轨道探测器只是晶体。与监测粒子近实时轨迹的探测设备不同,它们是被动探测器。换句话说,它们像摄影胶片一样工作。一旦晶体暴露在辐射下,我们需要使用荧光显微镜找出我们录制的曲目,“Pawel Bilski教授(IFJ PAN)说。

荧光核径迹探测器已知大约十年。到目前为止,它们仅由适当掺杂的Al 2 O 3氧化铝晶体制成,其中在辐射的影响下产生永久色心。当被适当波长的光激发时,这些中心发射光子(具有较低能量),这使得可以在显微镜下观察粒子的轨迹。在氟化锂的情况下,激发是用蓝光进行的,光子的发射是在红色范围内进行的。

“掺杂氧化铝的探测器需要昂贵的共聚焦显微镜,激光束和扫描。用更便宜的标准荧光显微镜可以看到氟化锂晶体的痕迹,”Bilski教授强调:“非常精确地记录晶体中的痕迹其他探测器,如众所周知的威尔逊室,通常会扩大轨道。在LiF晶体的情况下,分辨率仅受衍射极限的限制。

虽然近乎实时地观察粒子轨迹的不可能性很难称之为优势,但它并不总是必然是一个缺点。例如,在个人剂量测定中,需要检测器来确定使用者已经暴露的辐射剂量。这些设备必须小巧且易于使用。毫米级结晶氟化锂板完美地满足了这一要求。这是在IFJ PAN中通过Czochralski方法生长的这些晶体现在可以在国际空间站的欧洲哥伦布模块中找到的原因之一,以及许多其他类型的无源探测器。在DOSIS 3-D实验中每六个月更换一次,探测器可以确定电台内辐射剂量的空间分布及其随时间的变化。

在最新的研究中,结晶氟化锂板暴露于高能离子。照射在日本千叶市的HIMAC加速器中进行。在用各种离子束轰击期间,粒子的能量范围从在4He氦离子的情况下每个核子150兆电子伏特到在56Fe铁离子的情况下的500MeV /核子。检测器也用12C碳离子,20Ne氖和28Si硅光束照射。

“在垂直于离子束放置的晶体板中,我们在显微镜的光学分辨率的边界上观察到了一个大小的点光源。这些是高能离子穿透晶体的地方,”Prof教授说。比尔斯基“作为测试的一部分,一些平板也与光束平行放置。然后记录轨道的概率较低,但是当它确实发生时,粒子轨道的一个长片段被”压印“在水晶。”

进行的测试证实,氟化锂轨道探测器是记录高能量重离子通过的理想选择。此外,似乎这些不是LiF晶体的唯一可能性。内部的每个其他原子都是锂,它与中子相互作用很好。氟化锂探测器,尤其是那些富含6Li锂同位素的探测器,可能会对低能中子的非常有效的配准产生影响,并且有很多迹象表明那些能量更高的中子。如果未来的研究证实了这一假设,那么就有可能构建个人中子剂量计。 LiF晶体的小尺寸也将允许当今技术上难以接近的有趣技术应用。例如,LiF轨道检测器可用于研究在由用于抗癌的药物中的促进剂产生的主质子束周围形成的二次粒子。

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