Сцинтилляционные волокна
Различные сцинтилляционные и спектросмещающие волокна находят широкое применение в области физики высоких энергий, в разнообразных датчиках, детекторах, в качестве регистраторов элементарных частиц. Сцинтилляционные волокна изготавливаются на основе пластмассовых сцинтилляторов, которые состоят из полимерной матрицы (чаще всего полистирольной) и двух типов органических люминофоров: активатора и сместителя спектра. После воздействия излучения в молекулах полимерной матрицы возникают возбуждённые уровни, которые переходят сначала к активатору, а затем к сместителю спектра. Излучение последнего с энергией фотонов, меньшей энергии уровней первичного возбуждения, регистрируется фотодетектором. Многоступенчатость процесса регистрации ионизирующего излучения снижает его эффективность.
Классические органические люминофоры, используемые при производстве волокон, имеют ряд существенных недостатков: незначительный Стоксов сдвиг, а, следовательно, большое самопоглощение; невысокий молярной коэффициент экстинкции, как следствие, низкая эффективность поглощения; плохая растворимость в полимерных матрицах и др. Мы предлагаем заменить их на новые, разработанные командой проекта кремнийорганические наноструктурированные люминофоры (КНЛ), обладающие следующими преимуществами: возможностью настраивать в широком диапазоне максимумы спектров поглощения и люминесценции; высокий молярный коэффициент экстинкции, достигающий рекордных значений; большой Стоксов сдвиг, и, как следствие, низкие потери на самопоглощение; короткое время высвечивания, по сравнению с классическими люминофорами.
Первые исследовательские работы, совместно с ведущим производителем сцинтилляционных волокон – компанией Kuraray Co. Ltd. (Япония), и одним из ключевых потребителей таких волокон – CERN (Швейцария), позволили получить сцинтилляционные волокна, которые по своим основным характеристикам сравнимы с лучшими образцами, доступными на рынке, при этом в несколько раз превосходя их по скорости высвечивания. Для лучших доступных на сегодня волокон оно составляет 2,4-2,7 нс. Первые образцы, полученные с использованием КНЛ, позволяют понизить это время до 1,2-1,3 нс., что открывает для них новые области применения, где этот показатель особенно важен [1].
[1] O. Borshchev, A.B.R. Cavalcante, L. Gavardi, L. Gruber, C. Joram, S. Ponomarenko, O. Shinji and N. Surin. Development of a New Class of Scintillating Fibres with Very Short Decay Time and High Light Yield. JINST 12 P05013. 2017
