Temperaturabhängige Abklingzeiten der CsI-Szintillatoren

Das festkörperphysikalische Verhalten und die Szintillationseigenschaften des reinen CsI ist nicht im Detail geklärt (Ref. [9]). Man weiss aber, dass unterschiedliche physikalische Prozesse für die Lichtproduktion des Szintillators verantwortlich sind. Diese Prozesse laufen unterscheidbar rasch ab und weisen eine Temperaturabhängigkeit auf. An einen solchen Prozess sind die messbare Anstiegszeite und Abklingzeit -- man spricht auch vom Abklingverhalten des Szintillators -- geknüpft. Die Abklingzeit $\tau$ verhält sich gemäss dem exponentiellen Zerfallsgesetz (8), welches als Fitfunktion verwendet wurde.

$-\{a$₁τ}exp{(-{tτ}}

Der Parameter $a$₁ ist ein Formfaktor und hat keinerlei Relevanz. Will man n Abklingzeiten $\tau$_i;i=1,2,&ldots;,n gleichzeitig messen, summiert man über n Funktionen (8). Die Abbildung 26 zeigt ein Beispiel für eine und zwei Abklingzeiten.

  
Abbildung 26: Die Abklingzeit von $\tau$ ist gestrichelt eingezeichnet. Man erkennt die deutliche Verbesserung für eine Fitfunktion mit zwei Abklingzeiten $\tau$₁ und $\tau$₂. Es ist zusätzlich der prozentuale Flächenanteil der integrierten Funktion für die beiden Abklingzeiten angegeben. Das entspricht dem prozentualen Lichtanteil.

Die Abklingzeiten der Kristalle SPL und SPR wurden mit pm5 gemessen. Die analogen Pulse wurden auf dem Kathodenstrahloszillograph festgehalten und als Datenfile in den PC eingelesen. Die Abbildungen 27 - 30 illustrieren die Ergebnisse. Da die beiden Kristalle von verschiedenen Herstellern stammen, erwartet man auch unterschiedliche Reinheiten, an welche die Abklingzeit geknüpft ist.

    
Abbildung: Temperaturabhängigkeit der Abklingzeiten. Als Fitfunktion wurden zwei Funktionen 8 mit den beiden Zeitkonstanten $\tau$₁ und $\tau$₂ sumiert. Die gestrichelte Kurve entspricht der Fitfunktion mit nur einer Zeitkonstante.
Abbildung: Unterschiedliche Abklingzeiten von zwei verschiedenen CsI-Szintillatoren bei 120 K. Die Fitfunktion (8) ist gestrichelt eingezeichnet.

    
Abbildung 30: Prozentualer Lichtanteil von $\tau$₂.
Abbildung 29: Temperaturabhängigkeit von $\tau$₂.