Energy spectrum and Bragg curve of a protron beam in low-density lithium fluoride

Irradiation of lithium fluoride (LiF) with a proton beam induces the formation of F2 and F3+ aggregate color centers that luminesce in the visible spectrum when optically excited by blue light. The spatial distribution of the emitted radiophotoluminescence is proportional to the proton Bragg curve in LiF, provided that the dose received by the material is not too high (less than approximately 105–106 Gy) to cause saturation of the center density. From the analysis of the luminescent Bragg curve, it is possible to estimate the energy spectrum of the proton beam. If the analysis method is based on the superposition of theoretical Bragg curves calculated in bulk LiF, but the irradiated LiF is a thin film with a packing density lower than 100%, the resulting spectrum will not reflect the actual one. In fact, protons in a material with lower density than bulk penetrate deeper than they would in bulk. In this Technical Report, I derive an approximate correction formula that allows obtaining the actual spectrum in lower-density LiF.

L’irraggiamento del fluoruro di litio (LiF) con un fascio di protoni provoca la formazione di centri di colore aggregati F2 ed F3+ che emettono luminescenza nel visibile se eccitati otticamente con luce blu. La distribuzione spaziale della radiofotoluminescenza emessa è proporzionale alla curva di Bragg dei protoni nel LiF, purché la dose ricevuta dal materiale non sia troppo elevata (minore di circa 105–106 Gy) da provocare saturazione della densità dei centri. Dall’analisi della curva di Bragg luminescente, è possibile stimare lo spettro energetico del fascio di protoni. Se il metodo di analisi si basa sulla sovrapposizione di curve di Bragg teoriche calcolate nel LiF bulk, ma il LiF irraggiato è quello di un film sottile con densità d’impacchettamento minore del 100%, lo spettro che si ottiene non è quello reale. Infatti, i protoni in un materiale con densità inferiore a quella di bulk penetrano più in profondità rispetto a quanto farebbero nel bulk. In questo Rapporto Tecnico, derivo una formula correttiva approssimata che permette di ricavare lo spettro reale nel LiF a densità minore.