Radiation Resistance of BGO:Eu Scintillator

BGO:Eu 섬광체의 방사선 저항

Bismuth germanate crystals well known as scintillator were grown by Czochralski method. In order to understand a mechanism of radiation resistance in Eu-doped BGO, we measured radiation induced-absorption spectra, excitation spectra, emission spectra and luminescence lifetimes of BGO crystals. We found that the charge transfer state of $Eu^{3+}$ ion is to play a key role to enhance the radiation resistance in BGO crystal. The $^{5}D_{0}$ emission of $Eu^{3+}$ ions that is not suitable for the radiation detectors due to a long decay time was found to be increased with increasing europium concentration. In the BGO crystal doped with 0.1 mole%, the density of radiation induced color centers was reduced about twenty times and the light output of $^{5}D_{0}$ was negligible by comparing to that of BGO.

섬광검출기로 널리 사용되고 있는 BGO 결정을 Czochralski 방법으로 육성하였다. 그리고 들뜸빛띠, 방출빛띠 및 형광수명시간을 측정하여 엑시톤과 $Eu^{+3}$ 이온의 전하전달상태 사이에 에너지가 전달되고, 그 전달효율이 결정의 온도가 높아질수록 증가함을 확인하였다. 이것은 BGO 섬광체에 Eu를 첨가함으로써 방사선 저항을 증가시키는 과정에 대한 하나의 메카니즘이 된다. 한편 Eu를 많이 첨가할수록 방사선 저항은 증가되지만 섬광으로 부적당한 $Eu^{3+}$ 이온의 $^{5}D_{0}$, 준위에서 방출되는 형광이 커졌다. BGO 결정에 Eu를 0.1몰% 첨가하면 방사선유도 색중심밀도가 약 20배 줄고, 섬광에 이용되는 $Bi^{3+}$ 이온과 엑시톤이 방출하는 형광량에 비해서 형광수명시간이 $^{5}D_{0}$ 형광방출량은 1% 미만이었다.