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Scintillation properties of Yb$$^{3+}$$-doped YAlO$$_{3}$$ in the temperature range from 4.2 to 175 K

4.2Kから175Kの温度領域におけるYb$$^{3+}$$を添加したYAlO$$_{3}$$のシンチレーション特性

安宗 貴志 ; 栗原 正和*; 前畑 京介*; 石橋 健二*; 吉川 彰*

Yasumune, Takashi; Kurihara, Masakazu*; Maehata, Keisuke*; Ishibashi, Kenji*; Yoshikawa, Akira*

Yb$$^{3+}$$を添加したイットリアアルミネートのペロブスカイト型結晶(YAP:Yb)は電荷移動遷移による発光(CT発光)機構を持ち、高いシンチレーション発光強度と短い減衰時定数を併せ持つ、高性能なシンチレータ材料の候補として期待されている。しかしながら、CT発光は熱の影響を強く受け消光してしまうため、YAP:Ybをシンチレータとして使用するためには、低温でシンチレーション発光特性を測定しなければならない。しかしながら、低温ではシンチレーション発光を観測する手段に乏しいため、100K以下の温度領域でYAP:Ybに放射線を照射して測定したシンチレーション発光特性は報告されていない。そこで、4.2から175Kの温度領域において、$$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y線源からの$$beta$$線を利用して、YAP:Ybのシンチレーション発光波長分布を測定した。いずれの温度においても、340から350nm付近と500から520nm付近にYb$$^{3+}$$の電荷移動遷移発光による発光ピークが観測された。また、アバランシェフォトダイオードと$$^{137}$$Cs線源からの662keV $$gamma$$線を利用して、YAP:Ybのシンチレーション発光強度を測定した。発光強度は温度の低下とともに増加し、50Kでは10,000photons/MeVに達した。発光波長分布から算出した積分発光強度と温度の関係を用いると、4.2KではYAP:Ybの発光強度は11,000photons/MeVと計算された。

Yb$$^{3+}$$-doped yttrium-aluminum perovskites (YAP:Yb) are expected to be scintillator materials with high light yield and short scintillation decay time because of their charge transfer (CT) luminescence. Since the CT luminescence of Yb$$^{3+}$$ is strongly affected by thermal quenching, to use YAP:Yb as a scintillator material, it is necessary to measure the scintillation properties of YAP:Yb at low temperatures. Since it is difficult to detect scintillation light at low temperatures, scintillation properties of YAP:Yb characterized by irradiating with $$gamma$$-rays or other radiation below 100 K have not been reported. We conducted measurements of the temperature dependence of emission wavelength spectrum of YAP:Yb by irradiating with $$beta$$-rays from a $$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y source in the temperature range from 4.2 K to 175 K. The emission peak at around 340-350 nm and 500-520 nm were observed in the emission wavelength spectra. The light yield of YAP:Yb was characterized by using an avalanche photodiode in detection of 662 keV $$gamma$$-rays from a $$^{137}$$Cs source in the temperature range from 50 K to 175 K. The light yield increased with decreasing temperature and reached 11,000 photons/MeV at a temperature of 4.2 K.

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