В люминофорах и сцинтилляторах активатор — это элемент, добавляемый в качестве легирующей примеси в кристалл материала для создания желаемого типа неоднородностей.
При люминесценции только небольшая часть атомов, называемых центрами излучения или центрами люминесценции , излучает свет. В неорганических фосфорах эти неоднородности в кристаллической структуре обычно создаются добавлением следового количества легирующих примесей , примесей, называемых активаторами . (В редких случаях роль примеси могут играть дислокации или другие дефекты кристалла .) Длина волны, излучаемая центром излучения, зависит от самого атома, его электронной конфигурации и от окружающей кристаллической структуры.
Активаторы продлевают время свечения (послесвечения). В свою очередь, другие материалы (например, никель ) могут быть использованы для гашения послесвечения и сокращения части затухания характеристик свечения люминофора.
Электронная конфигурация активатора зависит от его степени окисления и имеет решающее значение для излучения света. Окисление активатора является одним из распространенных механизмов деградации фосфора. Распределение активатора в кристалле также имеет большое значение. Диффузия ионов может вызвать истощение кристалла активаторами, что приведет к потере эффективности. Это еще один механизм деградации фосфора.
Процесс сцинтилляции в неорганических материалах обусловлен электронной зонной структурой , обнаруженной в кристаллах . Входящая 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 связанную дырку позади, в валентной зоне. Примеси создают электронные уровни в запрещенной зоне . Экситоны представляют собой слабо связанные пары электрон-дырка , которые блуждают по кристаллической решетке , пока не будут захвачены как единое целое примесными центрами. Последние затем быстро девозбуждаются, испуская сцинтилляционный свет (быстрый компонент). В случае неорганических сцинтилляторов активирующие примеси обычно выбираются таким образом, чтобы испускаемый свет находился в видимом диапазоне или ближнем УФ-диапазоне , где эффективны фотоумножители . Дырки, связанные с электронами в зоне проводимости, независимы от последних. Эти дырки и электроны последовательно захватываются примесными центрами, возбуждая определенные метастабильные состояния, недоступные для экситонов. Замедленное снятие возбуждения этих метастабильных примесных состояний, замедленное опорой на маловероятный запрещенный механизм , снова приводит к излучению света (медленная компонента).
Активатор является основным фактором, определяющим длину волны излучения фосфора. Природа кристалла-хозяина, однако, может в некоторой степени влиять на длину волны.
Одновременно можно использовать несколько активаторов.
Распространенными примерами активаторов являются:
Недавно обнаруженный активатор — самарий (II), добавленный к фториду кальция. Sm(II) — один из немногих материалов, который, как сообщается, обеспечивает эффективную сцинтилляцию в красной области спектра, особенно при охлаждении сухим льдом. [1]