Diese Dissertation befasst sich mit der Untersuchung von anorganischen keramischen Szintillatoren auf Basis von Zinkoxid, die durch einachsiges Heißpressen im Vakuum hergestellt und mit verschiedenen Elementen wie Indium und Gallium dotiert wurden. Die optischen und Lumineszenzeigenschaften dieser Proben wurden unter Schwerionenbestrahlung getestet. Die Untersuchungen sind durch die Notwendigkeit motiviert, Plastikszintillatoren zu ersetzen, welche derzeit standardmäßig in schnell zählenden Szintillationsdetektoren eingesetzt werden, aber stark unter Strahlungsschäden leiden. Es wird erwartet, dass keramische Szintillationsdetektoren auf ZnO-Basis strahlungsfest sind und sich daher besonders für die Strahldiagnostik an Schwerionenbeschleunigeranlagen für absolute Strahlintensitätsmessungen sowie die Kalibrierung von Strahlstrommessgeräten wie Ionisationskammern und Sekundärelektronentransmissionsmonitoren eignen.

Die Bestrahlungsexperimente wurden am universellen Linearbeschleuniger UNILAC und am Schwerionensynchrotron SIS18 des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung (Darmstadt, Deutschland) durchgeführt. Die Proben wurden unter verschiedenen Strahlbedingungen bestrahlt, darunter Ionen zwischen 40Ar und 238U, Strahlenergien von 4,8 bis 500 MeV/u und Ionenfluenzen bis zu 10^13 cm^-2. Die Lichtausbeute und ioneninduzierte Lumineszenzspektren wurden in-situ während der Probenbestrahlung aufgezeichnet.

Unter allen Bestrahlungsbedingungen nimmt die Luminieszenzintensität mit steigender Ionenfluenz ab. Der Intensitätsverlauf als Funktion der Fluenz wird gut durch das von Birks und Black vorgeschlagenen Modells beschreiben und liefert kritishe Fluenzwerte (50% Intensitätsverlust) für die Energieverluste der verschiedenen Ionen. Die auf ZnO basierten Keramiken weisen eine mehr als 100-mal höhere Strahlenresistenz auf als Standard-Szintillatoren aus Kunststoff. In-dotierte und Ga-dotierte ZnO-Keramiken zeigen eine intensive exzitonenbasierte Nahbandkantenemission zusammen mit einer sehr geringen sogenannten deep-level Emission, die auf Defekte zurückzuführen ist.

Bei der Bestrahlung mit schweren Ionen nimmt die Intensität der bandnahen Emission ab, es werden jedoch keine neuen Emissionsbänder beobachtet, die mit strahleninduzierten Defekten in Verbindung stehen. Messungen der optischen Lichtdurchlässigkeit wurden im Wellenlängenbereich von 300 bis 1000 nm durchgeführt. Mit zunehmender Ionenfluenz zeigen die Spektren eine immer ausgeprägtere Verringerung der Transmission im Bereich von 390 bis 600 nm, während bei höheren Wellenlängen keine Veränderung zu beobachten ist. Es wurde gezeigt, dass die Intensität der Ionenlumineszenz schneller abnimmt als die optische Transmission. Die Kinetik der Luminiszentemission wurde an Hand der Signale einer schnellen Photomultiplier Röhre analysiert. Vor der Bestrahlung weisen sowohl In-dotierte als auch Ga-dotierte ZnO-Keramiken ultraschnelle Abklingzeiten von weniger als einer Nanosekunde auf, welche sich durch die Bestrahlung nicht ändert.

Der zweite Teil der Arbeit konzentrierte sich auf den Entwurf und die Konstruktion eines Szintillationsdetektor-Prototypen. Die Leistung dieses Prototyps wurde mit verschiedenen Ionen (40Ar-238U) bei 300 MeV/u getestet, einschließlich einer Variation der Strahlfleckposition über den aktiven Bereich des Detektors. Bezogen auf den Kunststoffdetektor zeigte der ZnO-Keramik-Prototyp eine Zähleffizienz von 100%. In Anbetracht der Ergebnisse zur Strahlenresistenz ist davon auszugehen, dass der Keramikdetektor eine mindestens 100-mal längere Lebensdauer als Szintillationsdetektoren aus Kunststoff haben wird und somit besser für die Diagnostik von Schwerionen geeignet ist.