Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществомНИР

Experimental and theoretical study of the interactions of synchronous, laser, ionizing and radiofrequency radiation with matter

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа:
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа: 1. Определена природа центров люминесценции в смешанных кристаллах Y(Ta(1-х)Nb(х))O4 и Gd(Ta(1-х)Nb(х))O4. Для серии Y(Ta(1-х)Nb(х))O4 наблюдалось две полосы люминесценции, которые соответствуют собственной люминесценции автолокализованных экситонов и свечению дефектных комплексов NbO5. Для серии Gd(Ta(1-х)Nb(х))O4 наблюдается широкая полоса, связанная со свечением NbO5 комплексов и узкая полоса при 313 нм, связанная с люминесценцией ионов Gd3+. Показано, что зависимость светового выхода от значения х отличается для серий сцинтилляционных смешанных кристаллов Y(Ta(1-х)Nb(х))O4 и Gd(Ta(1-х)Nb(х))O4 при 300 К. Для серии Y(Ta(1-х)Nb(х))O4 получена нелинейная зависимость с максимальными значениями светового выхода при х = 0.4 – 0.6, тогда как для серии Gd(Ta(1-х)Nb(х))O4 зависимость имеет линейный характер. Показано, что линейная зависимость возникает в результате частичного температурного тушения люминесценции и при понижении температуры для данной серии также наблюдается нелинейная зависимость. 2. Проведены детальные спектроскопические исследования нанофосфоров SrAl2O4:Eu2+ в УФ и ВУФ спектральных диапазонах и в температурном диапазоне 15-300 К. Наблюдалась полоса люминесценции при 520 нм при 300 К, а при понижении температуры в спектре также появлялась дополнительная полоса при 450 нм. На основе полученных результатов сделан вывод, что обе полосы связаны со свечением ионов Eu2+, замещающих катионы Sr2+ в узлах с различной симметрией окружения. Показано, что структура спектров возбуждения в области до 6.5 эВ характеризуется наличием пяти пиков, связанных с расщеплением 5d состояний Eu2+ для каждой из полос. Структура спектров возбуждения в области выше 6.8 эВ связана с межзонными электронными переходами. На основе анализа результатов эксперимента построена полная схема энергетических уровней Eu2+, что также позволило объяснить температурную зависимость полос люминесценции. 3. Методами численного счета проведено исследование особенностей выхода генератора Ван дер Поля из режима синхронизации при синхронизации на обертонах вынуждающей силы. Установлено, что, как и для режима синхронизации на основном тоне, при синхронизации на обертонах существует гистерезис амплитуды и фазы синхронизированных колебаний при адиабатически медленном изменении параметров вынуждающей силы. Найдены значения параметров, при которых существует гистерезис. Установлено, что границы области синхронизации в зависимости от адиабатически медленного изменения параметров, могут зависеть не только от величины этих параметров, но и от направления их изменения (увеличения или уменьшения) в том случае, если гистерезис близок к границе области синхронизации. Тогда меняются не только границы области синхронизации, но и режим выхода из области синхронизации (пичковый/колебательный). Для унтертонов вынуждающей силы данного явления, как и явления бистабильности, не обнаружено. 4. Разработана модель фононного канала релаксации энергии в сцинтилляционном кристалле при его взаимодействии с ионизирующей частицей. Этот канал является основным неустранимым источником потерь энергии в сцинтилляторах. Получено пространственное распределение выделения энергии в фононном канале вокруг трека ионизирующей частицы. Показано, что в зависимости от максимальной энергии оптических фононов меняются условия перегрева вещества вдоль траекторий вторичных электронных возбуждений. Эти оценки важны для разработки сцинтилляторов с низкой степенью непропорциональности. Проведены теоретические оценки вероятности процессов испускания фотонов при релаксации энергии электронов в области кинетических энергий ниже одной ширины запрещенной зоны во втором порядке теории возмущений по электрон-фононному взаимодействию. Эти оценки важны для определения эффективности сверхбыстрой люминесценции в инфракрасной области в сцинтилляторах. 5. Измерены спектры фотолюминесценции (ФЛ) и ее возбуждения, а также спектры рассеяния исследуемых комплексов (Hpiv)6Tb2(piv)6, до и после обработки в сверхкритическом диоксиде углерода (СК СО2). Показано, что форма спектральных полос в комплексе (Hpiv)6Tb2(piv)6 после его обработки в СК СО2 соответствует известному координационному полимеру {Tb(piv)3}n, то есть в процессе СКФ микронизации образуется координационный 1D полимер {Tb(piv)3}n. Обнаружено влияние размера и морфологии микрочастиц {Tb(piv)3}n на ФЛ свойства ионов Tb3+. 6. Экспериментально и теоретически исследована зависимость частоты биений встречных волн от скорости вращения в кольцевом газовом лазере (КГЛ) со знакопеременной частотной подставкой на основе эффекта Зеемана. Были использованы магнитооптические подставки двух видов: прямоугольная (меандр) и комбинированная, состоящая из быстрого и медленного меандров. В области больших скоростей вращения, когда частотная невзаимность, определяемая скоростью вращения, близка по величине к амплитуде знакопеременной частотной подставки, динамические зоны захвата становятся наиболее широкими и возникают наибольшие отклонения частотной характеристики от идеальной. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов для ширин динамических зон, появляющихся в этой области измеряемых скоростей вращения, показало хорошее согласие теории с экспериментом. Из полученных результатов следует, что для описания частотной характеристики КГЛ в этой области можно использовать одно дифференциальное уравнение для разности фаз встречных волн. 7. Теоретически исследовано преобразование амплитуды бифотонного состояния света при дифракции Брэгга на бегущей звуковой волне в акустооптическом модуляторе (АОМ). Показано, что при дифракции в АОМ у бифотонов, излучаемых в процессе коллинеарного параметрического рассеяния света, возникает сдвиг несущей частоты волнового пакета, превышающий в два раза доплеровский сдвиг частоты для классического поля. Предложен метод регистрации доплеровского сдвига частоты бифотона, основанный на интерференции между независимыми бифотонами.
3 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа:
4 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа:
5 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа:
6 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа:
7 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа:
8 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа: Основные результаты работы на отчетном этапе состоят в следующем: 1) Показано, что в фосфатах Na3.6Lu1.8-x(PO4)3, активированных редко- земельными элементами, натрий может занимать четыре неэквивалентных положения, при этом одно из положений занято лишь частично. Это прояв- ляется в спектрах люминесценции Eu3+ в виде уширения полос люминес- ценции, а также появлении дополнительных пиков, не предусмотренных то- чечной симметрией узла, в котором расположены ионы Eu3+. Исследована температурная стабильность свечения европия и определены условия, при которых она улучшается за счет заселения определенных уровней в евро- пии. Показано, что наибольшая эффективность переноса от матрицы к ак- тиватору наблюдается при активировании тербием. 2) На основе исследований твердых растворов K5Eu1-xTbx(MoO4)4 с ред- коземельными ионами в матрице показано, что наиболее высокой интен- сивностью свечения для люминесценции 5D0 → 7F2 Eu3+ в серии облада- ет раствор с x = 0.4, что связывается с наиболее эффективным переносом энергии от Tb3+ к Eu3+. Определена оптическая ширина запрещенной зо- ны кристалла K5Tb(MoO4)4, которая составила 4.0 эВ. 3) Разработана модель формирования возбужденной области в кристал- лах при возбуждении гармониками фемтосекундного лазера, энергия фо- тонов которых соответствует области фундаментального поглощения. По- строенная модель учитывает насыщение поглощения кристаллом при воз- действии фемтосекундного импульса (длительность от 30 до 100 фс) боль- шой интенсивности до 40 мДж/см2 в области экситонных переходов или электронно-дырочных переходов с учетом релаксации создаваемых возбуж- дений на фононах и насыщении по плотности состояний в валентной зоне и зоне проводимости. Эта модель лежит в основе объяснения сверхлиней- ного роста выхода люминесценции с ростом интенсивности возбуждения и наблюдаемого изменения кинетики при больших интенсивностях. 4) Определены радиусы взаимодействия экситонов в вольфрамате свин- ца, определяющие существенное ускорение кинетики этого соединения при больших интенсивностях возбуждения. 5) Описаны различные каналы переноса энергии от основного вещества – пиросиликата гадолиния, активированного церием – при возбуждении в области фундаментального поглощения к центрам свечения при наличии в веществе нескольких типов экситонов (экситонов с переносом заряда, ав- толокализованных экситонов, экситонов Френкеля на базе f-f переходов в гадолинии). Эта модель объясняет изменение кинетики люминесценции и сцинтилляции и представляет интерес в работах, связанных с регистрацией ионизирующих частиц с временным разрешением лучше 100 пс. 6) Показано различие режимов генерации в спиновых генераторах на ос- нове ядерного магнитного резонанса на изотопах инертных газов с обменом с ядрами щелочного металла при линейной и круговой поляризации пере- менного магнитного поля в цепи обратной связи при снижении величины основного поля до нулевых значений. 7) Показано, что активная обратная связь, стабилизирующая двунаправ- ленную генерацию в полупроводниковом кольцевом лазере, оказывает силь- ное влияние на ширину области захвата частот встречных волн. 8) В кольцевом лазере на кристалле Nd:YVO4, работающем в режиме син- ИСТИНА 10хронизации частот встречных волн, с помощью управляющего элемента, со- стоящего из четвертьволновой пластинки и магнитоактивного кристалла во внешнем магнитном поле, получен новый автомодуляционный режим гене- рации, в котором частота модуляции интенсивности излучения пропорцио- нальна фазовой невзаимности кольцевого резонатора. 9) Показано, что в двухчастотном зеемановском кольцевом лазере воз- буждение бегущей волны на третьей частоте приводит к более сильной за- висимости частотной подставки от расстройки частоты от центра линии по сравнению с режимом двухчастотной генерации.
9 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа: Основные результаты работы на отчетном этапе состоят в следующем: 1. На основании анализа спектров возбуждения люминесценции гадолиний-алюминий-галлиевых и гадолиний-алюминий-скандий-галлиевых гранатов в области энергий фотонов от 4 до 45 эВ выявлены особенности передачи энергии в этих практически важных сцинтилляционных материалов, связанные с различными стадиями преобразования энергии возбуждения в люминесценцию: прямое возбуждение центров люминесценции, ионизация центров люминесценции, создание экситонов, создание разделенных электронно-дырочных пар, размножение электронных возбуждений и возбуждение электронов с остовных уровней. Показано, что введение скандия в состав гадолиниевого граната существенно влияет на процессы передачи энергии к центрам излучения Gd3+ и Ce3+, что связано с появлением дополнительного канала релаксации, конкурирующего с гадолиниевыми экситонами с переносом заряда, которые определяют эффективность переноса энергии на центры свечения в GAGG:Ce. Показано, что 3d-состояния скандия участвуют в формировании дна зоны проводимости GASGG:Ce. Появление дополнительного канала релаксации подавляет передачу энергии на центры свечения Gd3+ и увеличивает относительную интенсивность люминесценции Ce3+ при низких температурах. Однако, при повышении температуры до комнатной в кристаллах GASGG:Ce люминесценция церия частично тушится в результате ионизации цериевых возбужденных центров. 2. Создана модель, описывающая формирование спектров возбуждения люминесценции Gd3+ и Ce3+ в GAGG:Ce и GASGG:Ce . Показано, что основные особенности спектров возбуждения могут быть воспроизведены в модельных спектрах. Результаты моделирования показали высокую вероятность неупругого рассеяния для первичных горячих электронов непосредственно выше порога размножения фотонов. 3. Были проведены расчеты распределения электронов и дырок в треках, создаваемых ионизирующими частицами с энергиями от 10 кэВ до 500 кэВ в керамических материалах на основе гадолиний-алюминий-галлиевых гранатов. Выявлены факторы, ответственные за снижение выхода сцинтилляций и ухудшение энергетического разрешения в керамических материалах. 4. Разработана программа, описывающая диффузию электронных возбуждений по подсистеме церия в алюмо-галлиевых гранатах с учетом Оже-процесса, приводящего к тушению люминесценции церия при взаимодействии двух возбужденных цериевых ионов. Показано, что такое взаимодействие приводит к снижению выхода люминесценции при возбуждении фотонами достаточно большой энергии (выше 20 эВ) и к неэкспоненциальной кинетике свечения с временами, меньшими радиационного времени высвечивания одиночного иона церия. 5. Начато экспериментальное и теоретическое исследование новых перспективных сцинтилляционных кристаллов на основе твердых растворов вольфраматов свинца и вольфраматов щелочноземельных металлов (Ca, Sr). Показано наличие трех механизмов передачи энергии центрам свечения и выявлена роль свинцовых состояний вблизи экстремумов валентной зоны и зоны проводимости. 6. Исследованы и интерпретированы люминесцентные свойства тербий-содержащих молиблатов KTb(MoO4)2 и K5Tb(MoO4)4, которые могут представлять интерес для использования в белых светодиодах, а также люминесцентных термометрах. 7. Проведены спектроскопические исследования стеклообразных материалов – заготовок для волоконных световодов, допированных ионами трехвалентного гадолиния (Gd3+), которые рассматриваются в качестве возможных эффективных сенсоров рентгеновского и синхротронного излучений. Представлен механизм, объясняющий температурное изменение кинетики затухания фотолюминесценции в диапазоне 83–500 К. Предложена гипотеза, объясняющая механизм тушения центров, ответственных в стеклах за фотолюминесценцию гадолиния. 8. Показано, что спектр излучения кольцевого лазера на кристалле Nd:YVO4 в автомодуляционном режиме более узкий, чем в режиме синхронизации частот встречных волн. Найдена область лазерных параметров зеемановского кольцевого лазера, в которой устойчива трехчастотная генерация. 9. Показано, что результаты моделирования внутризонной люминесценции кристаллов CsI в первом и втором порядке теории возмущений, полученные ранее в приближении почти свободных электронов для зоны проводимости и в приближении сильной связи для валентной зоны, качественно и по порядку величины совпадают с рассчитанными по методу Монте-Карло с использованием DFT расчетов зонной структуры и волновых функций CsI.
10 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа:
11 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".