基于载流子猝灭模型的闪烁体发光非线性效应理论分析及实验验证

摘要

闪烁体探测器是辐射物理领域重要的探测器件,闪烁体作为其中的核心部分,其特性受到广泛研究,特别是闪烁体在高激发密度下的非线性效应由于其对测量结果的直接影响而得到格外关注.本文结合目前国内外闪烁体发光的相关理论,以载流子方程为基础,量化分析了激子的二阶猝灭效应对于载流子动力学过程的影响,着重计算分析了脉冲测量场景下不同激发密度产生的不同初始载流子浓度对于闪烁体光衰减曲线、光产额以及效率的影响.接着利用光致激发实验,研究了CeF3闪烁体光产额与激发密度的关系,并利用载流子猝灭模型对实验数据进行了拟合,拟合曲线与实验数据一致性较高,并得到了CeF3闪烁体10％非线性效应对应的能量密度阈值.通过本文研究工作建立的物理模型,结合不同的模型参数,可以实现多种闪烁材料发光非线性特性的预测和解释,对于理解及解决实验中遇到的闪烁体在高激发密度下产生的非线性效应问题具有重要作用.