Lederer, Stephan (2016)
Strahlenschäden in Szintillator-Materialien für die Hochstrom-Diagnose von Schwerionenstrahlen.
Technische Universität Darmstadt
Ph.D. Thesis, Primary publication
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Text
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Item Type: | Ph.D. Thesis | ||||
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Type of entry: | Primary publication | ||||
Title: | Strahlenschäden in Szintillator-Materialien für die Hochstrom-Diagnose von Schwerionenstrahlen | ||||
Language: | German | ||||
Referees: | Ensinger, Prof. Wolfgang ; Kester, Prof. Oliver | ||||
Date: | February 2016 | ||||
Place of Publication: | Darmstadt | ||||
Date of oral examination: | 20 January 2016 | ||||
Abstract: | Diese Arbeit behandelt die Untersuchung des Szintillationsverhaltens keramischer Leuchtschirme für die Abbildung von Ionenstrahlen. Leuchtschirme werden an Beschleunigeranlagen in der Strahldiagnose verwendet, um ein zweidimensionales Strahlprofil des Ionenstrahls zu erhalten und somit Lage, Form und die Intensitätsverteilung des Strahls zu bestimmen. Es wurden verschiedene keramische Materialien wie Aluminiumoxid (Al2O3), Mischoxide (partikelverstärktes Al2O3/ZrO2, teilstabilisiertes ZrO2/MgO), sowie Nitride (AlN, h-BN) hinsichtlich ihrer Szintillationseigenschaften unter Schwerionenbestrahlung untersucht. Die Experimente wurden an zwei Beschleunigeranlagen, dem UNILAC des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung und dem 6 MV Tandetron-Beschleuniger des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf, durchgeführt. Die Szintillatoren wurden unter Variation verschiedener Strahlparameter, wie der Projektilmasse (14N bis 209Bi), der Strahlenergie (0,5 bis 5,9 MeV/u), sowie der akkumulierten Teilchenfluenz, des Teilchenflux und der Targettemperatur (295 bis 973 K) bestrahlt. Die Lichtausbeute und die Emissionsspektren der Materialien wurden im Wellenlängenbereich von 320 bis 800 nm aufgezeichnet. Es kann eine Degradation der Lichtausbeute in Abhängigkeit der akkumulierten Fluenz beobachtet werden. Diese wird anhand des von Birks und Black entwickelten Strahlenschadenmodells evaluiert, um die Strahlenhärte der Materialien zu bestimmen. Es zeigt sich, dass reines Al2O3 das strahlenhärteste der untersuchten Materialien ist. Optische Absorptionsmessungen im Bereich von 200 bis 1000 nm belegen eine eindeutige Korrelation zwischen der Abnahme der Szintillation und der durch die Bestrahlung erzeugten Farbzentren im Material. Die Auswertung der Emissionsspektren offenbart ein komplexes Szintillationsverhalten in Abhängigkeit der akkumulierten Fluenz und der Targettemperatur. Es zeigt sich, dass die Degradation der Lichtausbeute bei Betreiben der Leuchtschirme unter erhöhten Temperaturen (573 bis 773 K) deutlich verlangsamt bzw. gestoppt werden kann. Die durch ein thermisches Quenching bedingte globale Abnahme der Lichtausbeute muss berücksichtigt werden. Dennoch kann mit dem Tempern der Materialien ein wirksames Instrument präsentiert werden, um die Lebensdauer der Leuchtschirme deutlich zu erhöhen. Begründet werden kann dieses Verhalten durch das thermische Ausheilen der durch die Bestrahlung erzeugten Farbzentren. Das isochrone und isotherme Ausheilungsverhalten bestrahlter Proben wurde im Temperaturbereich von 295 bis 1073 K sowie für verschiedene Temperzeiten von 15 bis 480 min untersucht. Die berechneten Aktivierungsenergien für das thermische Ausheilen der Farbzentren liegen zwischen 0,15 und 0,8 eV. Nach einer Temperzeit von 1 h bei 1073 K erhält das Material Al2O3 die ursprünglichen optischen Eigenschaften zurück. |
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Alternative Abstract: |
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URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-52820 | ||||
Classification DDC: | 500 Science and mathematics > 500 Science | ||||
Divisions: | 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Material Analytics |
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Date Deposited: | 18 Feb 2016 12:05 | ||||
Last Modified: | 18 Feb 2016 12:05 | ||||
URI: | https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5282 | ||||
PPN: | 377510033 | ||||
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