การเปล่งแสงและยิลด์ทางแสงของแก้ว La2O3 และ Gd2O3 เจือด้วยซีเรียมและเพรซีโอดิเมียม
คำสำคัญ:
การเปล่งแสง, แก้วซิลทิลเลเตอร์, ยิลด์ทางแสงบทคัดย่อ
วัตถุประสงค์และที่มา : พัฒนาประสิทธิภาพของแก้วซิลทิเลเตอร์ SBAL และ SBALG และปรับปรุงค่ายิลด์ทางแสงของซิลทิลเลเตอร์ โดยการเจือซีเรียมและเพรซีโอดิเมียมเทียบกับผลึก BGO เป็นมาตรฐาน
วิธีดำเนินการวิจัย : ในการวิจัยนี้ได้ทำการพัฒนาแก้วซิลทิลเลเตอร์ 2 สูตร ได้แก่ 15SiO2 - 30B2O3 - 25Al2O3 – 30 La2O3 (SBAL) และ 15SiO2 - 30B2O3 - 25Al2O3 – 22.5La2O3 – 7.5Gd2O3 (SBALG) โดยที่ทั้งสองสูตรถูกเจือด้วยซีเรียมและเพรซีโอดิเมียม แก้วตัวอย่างถูกเตรียมด้วยกระบวนการหลอมภายใต้บรรยากาศคาร์บอนมอนอกไซด์และอบอ่อนที่ 700 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 ชั่วโมง
ผลการวิจัย : แถบการดูดกลืนพลังงานประกอบด้วย Gd3+ (4f-4f) ที่ 272 นาโนเมตร Pr3+ (4f-4f) ที่ 400-500 นาโนเมตร และขอบการดูดกลืนของ Ce3+ (5d-4f) ที่ 370 นาโนเมตร นอกจากนี้งานวิจัยนี้ได้ประยุกต์ density functional theory (DFT) และ random phase approximation (RPA) มาใช้ในการทำนายสมรรถนะในการดูดกลืนพลังงานของโครงสร้างแก้วซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพในการเปล่งแสงของแก้วตัวอย่าง แถบการคายพลังงานของ Ce3+: 5d - 4f อยู่บริเวณ 370-630 นาโนเมตร และมีการคายพลังงานของ Pr3+ ที่ระดับชั้นพลังงาน 4f-4f ของแก้วตัวอย่าง SBAL และ SBALG ที่สถานะระดับชั้นพลังงาน 1D2 -3H4 โดยมียอดที่ความยาวคลื่น 604 นาโนเมตร
สรุปผลการวิจัย : การกระตุ้นแก้วตัวอย่างด้วยรังสีเอกซ์พบว่าแก้วตัวอย่าง SBAL มีประสิทธิภาพในการเปล่งแสง 2.52% และแก้วตัวอย่าง SBALG มีประสิทธิภาพที่ 7.83% เมื่อเทียบกับผลึก BGO ค่ายิลด์ทางแสงเมื่อกระตุ้นด้วยอนุภาคแอลฟา (238Pu) พบว่าแก้วตัวอย่าง SBALG มีพลังงานสูงกว่าแก้วตัวอย่าง SBAL เมื่อเทียบกับผลึก BGO ดังนั้นโครงสร้างแก้ว SBALG มีความเหมาะสมในการถูกนำไปใช้เป็นวัสดุซิลทิลเลเตอร์ เนื่องจากมีความสามารถในการทำปฏิกิริยากับรังสีได้ดี
References
Bartosiewicz, K., Horiai, T., Yamaji, A., Yoshikawa, A., Kurosawa, S., Kim, K.J., Vistovskyy, V., Voloshinovskii, A.,& Zorenko, Y. (2021). Bright exciton luminescence from La doped Lu3Al5O12 single crystals, J. Lumin., 235, 118013.
Becke, A.D. (2014). Perspective: Fifty years of density-functional theory in chemical physics. J. Chem. Phys., 140, 18A301.
Bertolaccini, M., Cova, S.,& Bussolatti, C.(1968). A technique for absolute measurement of the effective photoelectron per keV yield in scintillation counters, In Proceeding of the Nuclear Electronics Symposium. (pp. 1-8). France : Versailles.
Blasse, G., & Grabmaier, B.C. (1994). Luminescent Materials. Germany : Springer.
Chewpraditkul, W., Pattanaboonmee, N., Yawai, N., Lertloypanyachai, P., Sreebunpeng, K., & Chen, D. (2019). Luminescence and scintillation properties of Ce3+-doped SiO2–Al2O3–BaF2–Gd2O3 glasses. Optical Materials, 98, 109468.
Ghosh,, A.K. (1968). The nature of trapping and luminescence centers due to thallium in glass. Phys. Chem. Solids Pergamon Press, 29, 1387 – l393.
Kaewnuama, E., Wantana, N., Kaewkhao, J., & Kim, H.J. (2019). X-ray Induced Luminescence and Physical Properties of Lithium Lanthanum Borate Glass Doped with Ce3+ for Radiation Detection Material. Materials Today: Proceedings, 17, 1787–1793.
Kohler, A. , & Bassler, H. (2015). Electronic Processes in Organic Semiconductors. Germany : Wiley-VCH.
Lertloypanyachai, P., Yawai, N., Chewpraditkul, W., & Chen, D. (2021). Investigation CeF3 Doped SiO2-Al2O3-BaF2-Gd2O3 Glasses Effect on Luminescence and Scintillation Properties. SNRU Journal of Science and Technology, 3, 96-102.
Lertloypanyachai, P., Chewpraditkul, W., Chen, D., V. Babin, V.,& Nikl, M. (2016). Luminescence and Scintillation Response of Ce3+-doped Oxide Glasses with High Gd2O3 Content. Key Engineering Materials, 675-676, 434-437.
Lertloypanyachai, P., Chewpraditkul, W., Chen, D., Babin, V.,& Nikl, M. (2017). Luminescence, scintillation, and energy transfer in SiO2–Al2O3–B2O3–Gd2O3:Ce3+, Pr3+ glasses. Phys. Status Solidi A, 214( 9), 1700072.
Lertloypanyachai, P., Chewpraditkul, W., Yawai, N., Sreebunpeng, K., & Nikl, M. (2023). Luminescence and light yield of Ce3+-doped (60-x) SiO2-xBaF2-20Al2O3-20Gd2O3 scintillation glasses: The effect of BaF2 admixture. Optical Materials, 289, 171272.
Pramchu S., Supatutkul C., & Srisakonsub P. (2022). Systematic first-principles study of Y3Al5-xGaxO12 for the efficient predictions of structural properties and electronic structure. RMUTSB Acad. J, 10(2), 202-215.
Ronda, C.R. (2008). Luminescence from theory to applications. Germany : Wiley-VCH.
Sun X., Yang Q., Xie P., Gao P.,& Wu H. (2015). Effects of substitution of BaF2 for GdF3 on optical properties of dense oxyfluoride borogermanate scintillating glasses. J. Rare Earths, 33, 800-804.
Wu Y., & Ren G. (2013). Energy transfer and radiative recombination processes in (Gd, Lu)3Ga3Al2O12:Pr3+ scintillators. Optical Materials, 35, 2146–2154.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2024 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Burapha Science Journal is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) licence, unless otherwise stated. Please read our Policies page for more information
