Активатор (люминофор)

Чтобы узнать о других вариантах использования «Активатора», см. «Активатор » .

В люминофорах и сцинтилляторах активатором легирующей является элемент, добавляемый в качестве добавки к кристаллу материала для создания неоднородностей желаемого типа.

При люминесценции лишь небольшая часть атомов, называемая центрами излучения или центрами люминесценции , излучает свет. В неорганических люминофорах эти неоднородности кристаллической структуры обычно создаются добавлением незначительного количества легирующих примесей , примесей, называемых активаторами . (В редких случаях дислокации или другие кристаллические дефекты роль примеси могут играть .) Длина волны, излучаемая центром излучения, зависит от самого атома, его электронной конфигурации и от окружающей кристаллической структуры.

Активаторы продлевают время свечения (послесвечение). В свою очередь, другие материалы (например, никель ) могут использоваться для гашения послесвечения и сокращения затухающей части эмиссионных характеристик люминофора.

Электронная конфигурация активатора зависит от его степени окисления и имеет решающее значение для излучения света. Окисление активатора является одним из распространенных механизмов деградации люминофора. Большое значение имеет также распределение активатора в кристалле. Диффузия ионов может привести к истощению кристалла активаторами с последующей потерей эффективности. Это еще один механизм деградации люминофора.

Процесс сцинтилляции в неорганических материалах обусловлен электронной зонной структуры наличием в кристаллах . Влетающая частица может возбудить электрон из валентной зоны либо в зону проводимости , либо в экситонную зону (расположенную чуть ниже зоны проводимости и отделенную от валентной зоны энергетической щелью ). Это оставляет соответствующую дырку в валентной зоне. Примеси создают электронные уровни в запрещенной зоне . Экситоны представляют собой слабосвязанные электронно-дырочные пары , которые блуждают по кристаллической решетке до тех пор, пока не будут целиком захвачены примесными центрами. Последний затем быстро снимает возбуждение, испуская сцинтилляционный свет (быстрый компонент). В случае неорганических сцинтилляторов примеси активатора обычно выбираются так, чтобы излучаемый свет находился в видимом диапазоне или близком к УФ , где фотоумножители эффективны. Дырки, связанные с электронами в зоне проводимости, независимы от последней. Эти дырки и электроны последовательно захватываются примесными центрами, возбуждающими определенные метастабильные состояния, недоступные экситонам. Замедленное снятие возбуждения этих метастабильных примесных состояний, замедленное благодаря использованию маловероятного запрещенного механизма , снова приводит к излучению света (медленный компонент).

Активатор является основным фактором, определяющим длину волны излучения люминофора. Однако природа основного кристалла также может в некоторой степени влиять на длину волны.

Одновременно можно использовать больше активаторов.

Типичными примерами активаторов являются:

• Медь , добавляемая в концентрации 5 ppm к активированному медью сульфиду цинка , используемому в светящихся в темноте материалах и зеленых ЭЛТ- люминофорах; долгое послесвечение
• Серебро , добавляемое к сульфиду цинка для получения люминофора/сцинтиллятора, используемого в радиевых циферблатах , спинтарископах и в качестве обычного синего люминофора в цветных ЭЛТ, а также к сульфиду цинка — сульфиду кадмия, используемому в качестве люминофора в черно-белых ЭЛТ (где Соотношение ZnS/(Zn,Cd)S определяет баланс синего/желтого в получаемом белом цвете); короткое послесвечение
• Европий (II), добавленный к алюминату стронция , используется в высокоэффективных светящихся в темноте материалах, с очень длительным послесвечением; вместе с другими исходными материалами он часто используется в качестве красного излучателя в цветных ЭЛТ и люминесцентных лампах .
• Церий , добавленный к иттрий-алюминиевому гранату , используемому в белых светодиодах , возбуждается синим светом и излучает желтый цвет.
• Таллий , используемый в кристаллах йодида натрия и цезия сцинтилляционных для обнаружения гамма-излучения и для гамма-спектроскопии.

Недавно обнаруженный активатор — самарий (II), добавленный к фториду кальция. Sm(II) — один из немногих известных материалов, который обеспечивает эффективное сцинтилляцию в красной области спектра, особенно при охлаждении сухим льдом.