1. Введение.

Детектирование и дозиметрия радиации с использованием твердотельных материалов. Роль дозиметрических и сцинтилляционных материалов в современной энергетике, экологии, физике, химии, технике, тонких промышленных технологиях, технике радиационной безопасности и т.д.

2. Элементарные физические явления в твердых телах, лежащие в основе функционирования дозиметрических и сцинтилляционных материалов.

Оптические явления в твердых телах (люминесценция, поглощение). Структура идеальных кристаллов, типы плотнейших упаковок решетки, типы связей. Энергетическая структура металлов, узкощелевых полупроводников и широкощелевых диэлектриков. Зонная структура диэлектрических материалов. Квазичастицы в твердых телах (электроны проводимости, дырки, фононы, экситоны). Проявления электронно-дырочных и экситонных процессов в спектрах возбуждения фотопроводимости, внешнего фотоэффекта, различных видов люминесценции.

Дефекты кристаллической структуры. Точечные дефекты Шоттки и Френкеля, дислокации, поверхностные и объемные дефекты. Твердые растворы примесных ионов в кристаллах. Оптические характеристики центров люминесценции в широкощелевых материалах с учетом взаимодействия с колебаниями. Адиабатические потенциалы. Приближение Франка-Кондона. Термализованная и горячая люминесценция. Бесфононные линии. Тепловое и оптическое тушение. Безызлучательные переходы.

3. Взаимодействие электронов, протонов и ионов с материалами.

Взаимодействие медленных электронов со свободными атомами и кристаллообразующими частицами (эффект Франка-Герца). Спектры энергетических потерь электронов в твердых телах. Поперечные и продольные электронные возбуждения. Взаимодействие материалов с протонами и -частицами. Треки частиц. Ионизационные потери в треках. Эффекты при разных величинах линейных потерь энергии. Тормозное излучение. Создание дефектов Френкеля при столкновении протонов с ионами. Треки тяжелых ионов в условиях сверхвысоких dE/dx. Экспериментальные проявления структуры треков тяжелых частиц.

Общая схема эволюции электронных возбуждений при детектировании частиц и квантов большой энергии. Создание и быстрая релаксация первичных и промежуточных электронных возбуждений. Релаксированные экситоны, электроны и дырки. Передача энергии центрам люминесценции. Элементарные процессы размножения электронных возбуждений.

4. Сцинтилляционные быстрые детекторы радиации.

Общие характеристики неорганических сцинтилляторов. Световой выход. Длительность сцинтилляционного импульса. Послесвечение. Радиационная стойкость. Применение сцинтилляторов в физике высоких энергий, радиационной физике средних энергий, медицине, геологоразведке и т.д.

5. Современные сцинтилляционные материалы.

Классические сцинтилляторы NaI:Tl, CsI:Tl и CsI:Na. Элементарные механизмы их функционирования. Новые сцинтилляторы на основе оксидов и оксидных систем, легированных ионами Ce³⁺ и др. Быстрые высокотемпературные сцинтилляторы с использованием собственной кросс-люминесценции BaF₂, KBaF₃ и YBaF₅ .

6. Методы дозиметрии.

Высокочувствительная термолюминесцентная дозиметрия с применением равномерного и фракционного нагрева. Линейные, сублинейные и сверхлинейные процессы при термостимулированной люминесценции. Нарушения взаимо-заместимости интенсивности и длительности облучения. Фотостимулированная люминесценция и дозиметрия. Трековая дозиметрия тяжелых частиц.

7. Материалы для персональной и технологической дозиметрии.

Материалы на основе LiF, CaF₂ и LiBaF₃ для дозиметрии -, -, -лучей и тепловых нейтронов. Дозиметры на основе Al₂O₃ и CaSO₄ для -дозиметрии. Материалы для дозиметрии быстрых нейтронов с использованием селективного создания дефектов (MgO) и сверхлинейных электронно-дырочных процессов (CaS и др.).

8. Некоторые специальные применения дозиметрических и сцинтилляционных материалов. Нерешенные проблемы и перспективы.

Литература:

1. C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, New York, Willey, 1988, 1996;

Ч. Киттель, Введение в физику твердого тела, М., Наука, 1978.

2. P.A. Rodnyi, Physical Processes in Inorganic Scintillators, Boca Ratom, New York, CRC Press, 1997.

3. S.W.S. MsKeever, M. Moscovitch and P.D. Townsend, Thermoluminescence Dosimetry Materials: Properties and Uses, Ashford, Nuclear Technology Publishing, 1995.

4. Ч.Б. Лущик и А.Ч. Лущик, Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твердых телах. М., Наука, 1989.