Physical principles of industrial growing technology of lead tungstate (PWO) for high-energy physics applications

摘要

A new model is proposed describing defects responsible for optical properties and radiation hardness of PWO single crystals. The model clarifies origins of optical properties important for application of PWO as a scintillator in high-energy physics experiments and provides a base for purposeful optimization of growth and annealing processes to achieve reliable reproducibility of specified parameters in production of PWO scintillators on industrial scale. The model is based on assumption that the optical properties of nominally pure PWO are determined mainly by inherent inclusions of tungsten oxides with variable tungsten valence WO_(3-x) that are formed during the crystal growth and may be modified by thermal treatment or irradiation. The new concept enabled development of industrial technology at "North Crystals" company, where scintillation blocks with parameters specified for CERN ALICE and CMS projects are being produced now with reproducibility of about 100%.%Предложена новая модель для описания дефектов, ответственных за оптические свойства и радиационную стойкость монокристаллов PWO. Модель поясняет происхождение оптических характеристик, имеющих важное значение для применения PWO в качестве сцинтиллятора в экспериментах по физике высоких энергий, и обеспечивает основу для направленной оптимизации процессов роста и отжига с целью достижения надежной восп猝唰讧侑缨唰乍讧蕨唰悃洄? заданных параметров при промышленном производстве сцинтилляторов на основе PWO. Модель основывается на допущении, что опт讧椐支悃堙讧? свойства номинально чистого PWO определяются, в основном, неизбежными включениями оксидов вольфрама с различной валентностью во荮瞌妲猝学蕨? WO_(3-x), образующимися в процессе роста кристалла, и могут быть модифицированы путем термообработки или облучения. Новая концепция обеспечила возможность разработки промышленной технологии в фирме "Северные Кристаллы", где сцинтилляционные блоки с параметрами, соо洄缨支洄悃洄缨濮皈毵讧蕨? требованиям проектов CERN "ALICE" и "CMS", в настоящее время изготовляются с воспроизводимостью, близкой к 100%.