สารเรืองแสงอินทรีย์เป็น สารประกอบ ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกที่มี โครงสร้างวงแหวน เบนซีนที่เชื่อมโยงกันในรูปแบบต่างๆ การเรืองแสงของสารเหล่านี้มักจะสลายตัวภายในไม่กี่นาโนวินาที^{[ 9 ]}

สารเรืองแสงอินทรีย์บางชนิดเป็นผลึกบริสุทธิ์ ชนิดที่พบมากที่สุดคือแอนทราซีน^{[ 10 ]} ( C )ชั่วโมง , เวลาสลายตัว µ30 ns),สติลบีน ^{[ 10 ]} (Cชั่วโมง , เวลาการสลายตัว 4.5 ns) และแนฟทาลีน(Cชั่วโมง , เวลาการสลายตัวไม่กี่นาโนวินาที) พวกมันมีความทนทานมาก แต่การตอบสนองของพวกมันไปในทิศทางเดียวกัน(ซึ่งทำให้ความละเอียดของพลังงานลดลงเมื่อแหล่งกำเนิดไม่ได้รับการจัดเรียง) และไม่สามารถขึ้นรูปได้ง่าย หรือไม่สามารถปลูกในขนาดใหญ่ได้ ดังนั้นจึงไม่ค่อยได้ใช้บ่อยนัก แอนทราซีนมีปริมาณแสงสูงสุดในบรรดาสารเรืองแสงอินทรีย์ทั้งหมด จึงถูกเลือกใช้เป็นตัวอ้างอิง: ปริมาณแสงของสารเรืองแสงอื่นๆ บางครั้งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของปริมาณแสงของแอนทราซีน ^{[ 11 ]}

นี่คือสารละลายของสารเรืองแสงอินทรีย์หนึ่งชนิดหรือมากกว่าในตัวทำละลายอินทรีย์สารละลายทั่วไปคือสารเรืองแสง เช่นพี -เทอร์ฟีนิล ( C)ชั่วโมง ),PBD(Cชั่วโมงน. O),บิวทิล PBD(Cชั่วโมงน. O),PPO(Cชั่วโมง NO) และตัวเปลี่ยนความยาวคลื่นเช่นPOPOP(C )ชั่วโมงน. O) ตัวทำละลายที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ได้แก่โทลูนไซเบนซีนฟีนิลไซโคลเฮกเซนไตรเอทิลเบนซีนและเดคาลินสารเรืองแสงเหลวสามารถเติมสารเติมแต่งอื่นๆ ได้ง่าย เช่น ตัวเปลี่ยนความยาวคลื่นเพื่อให้ตรงกับช่วงความไวต่อสเปกตรัมของ PMT เฉพาะ หรือ¹⁰Bเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจจับนิวตรอนตัวนับการเรืองแสงเอง (เนื่องจาก¹⁰B มีภาคตัดขวางการปฏิสัมพันธ์สูงกับนิวตรอนความร้อน) แนวทางใหม่ๆ ผสมผสานตัวทำละลายหลายชนิดหรือเติมโลหะที่แตกต่างกันเพื่อระบุอนุภาคที่ตกกระทบ ^{[ 12 ] [ 13 ]}สำหรับของเหลวหลายชนิดออกซิเจนสามารถทำหน้าที่เป็นตัวดับแสงและนำไปสู่การลดปริมาณแสงที่ปล่อยออกมา ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปิดผนึกสารละลายในภาชนะที่ปราศจากออกซิเจนและปิดสนิท ^{[ 6 ]}

โดย ทั่วไป คำว่า "พลาสติกสกิ้นทิลเลเตอร์" หมายถึงวัสดุสกิ้นทิลเลเตอร์ที่มีตัวปล่อยฟลูออเรสเซนต์หลักที่เรียกว่าฟลูออร์แขวนลอยอยู่ในฐานซึ่งเป็นเมทริกซ์โพลีเมอร์แข็ง แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วการผสมผสานนี้จะทำได้โดยผ่านการละลายของฟลูออร์ก่อนการพอลิเมอไรเซชันแบบกลุ่ม แต่บางครั้งฟลูออร์ก็เชื่อมโยงกับโพลีเมอร์โดยตรง ไม่ว่าจะเป็นแบบพันธะโควาเลนต์หรือผ่านการประสานงาน ดังเช่นในกรณีของพลาสติกสกิ้นทิลเลเตอร์ Li6 หลายชนิด พบว่า โพลีเอทิลีนแนฟทาเลตแสดงการสกิ้นทิลเลชันได้ด้วยตัวเองโดยไม่ต้องมีสารเติมแต่งใดๆ และคาดว่าจะเข้ามาแทนที่พลาสติกสกิ้นทิลเลเตอร์ที่มีอยู่เดิมเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงกว่าและราคาต่ำกว่า^{[ 14 ]}

ข้อดีของสารเรืองแสงพลาสติก ได้แก่ การปล่อยแสงที่ค่อนข้างสูงและสัญญาณที่ค่อนข้างรวดเร็ว โดยมีเวลาการสลายตัว 2–4 นาโนวินาที แต่บางทีข้อดีที่สำคัญที่สุดของสารเรืองแสงพลาสติกก็คือความสามารถในการขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์หรือวิธีการอื่น ๆ ให้เป็นรูปทรงที่ต้องการได้เกือบทุกรูปแบบ ซึ่งมักจะมีความทนทานสูง^{[ 15 ]}เป็นที่ทราบกันดีว่าสารเรืองแสงพลาสติกจะแสดงการอิ่มตัวของการปล่อยแสงเมื่อความหนาแน่นของพลังงานสูง ( กฎของ Birks )

สารเรืองแสงอนินทรีย์มักเป็นผลึกที่ปลูกใน เตาเผาอุณหภูมิสูงเช่นเฮไลด์ของโลหะอัลคาไล ซึ่งมักมีสาร กระตุ้นเจือปนอยู่เล็กน้อยสารที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือNaI(Tl) ( โซเดียมไอโอไดด์ที่เจือด้วย แทลเลียม ) ซึ่งมีแสงเรืองแสงสีน้ำเงิน ผลึกเฮไลด์อัลคาไลอนินทรีย์อื่นๆ ได้แก่CsI(Tl) , CsI(Na) , CsI (บริสุทธิ์) , CsF , KI(Tl) , LiI(Eu)ส่วนผลึกที่ไม่ใช่โลหะอัลคาไล ได้แก่BGO , BaF ,CaF (Eu),ZnS(Ag),CaWO ,CdWO ,YAG(Ce)(Yอัล O (Ce)),GSO,LSO,GAGG:Ce. (สำหรับตัวอย่างเพิ่มเติม โปรดดูฟอสฟอร์) ^{[ 18 ]}

ผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาขึ้นใหม่ ได้แก่LaCl (Ce)แลนทานัมคลอไรด์ที่เจือด้วยซีเรียม รวมถึงแลนทานัมโบรไมด์ซีเรียมLaBr (Ce)ทั้งสองชนิดดูดความชื้นได้(กล่าวคือ เสียหายเมื่อสัมผัสกับความชื้นในอากาศ) แต่ให้ผลผลิตแสงและความละเอียดของพลังงานที่ดีเยี่ยม (63 โฟตอน/keV γ สำหรับLaBr) (Ce)เทียบกับ 38 โฟตอน/keV γ สำหรับNaI(Tl)) การตอบสนองที่รวดเร็ว (16 ns สำหรับLaBr) (Ce)เทียบกับ 230 ns สำหรับNaI(Tl) ^{[ 10 ]} ) ความเป็นเส้นตรงที่ยอดเยี่ยม และเอาต์พุตแสงที่เสถียรมากในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง นอกจากนี้ LaBr(Ce) ยังมีพลังการหยุดรังสีแกมมาสูงกว่า (ความหนาแน่น 5.08 g/cm³เทียบกับ 3.67 g/cm³สำหรับNaI(Tl) ^{[ 10 ]} )LYSO(Luย.ซิโอ (Ce)) มีความหนาแน่นสูงกว่า (7.1 g/cm³^{เทียบเท่า}กับBGO) ไม่ดูดความชื้น และมีปริมาณแสงที่ปล่อยออกมาสูงกว่าBGO(32 โฟตอน/keV γ) นอกจากนี้ยังมีความเร็วค่อนข้างสูง (เวลาการสลายตัว 41 ns เทียบกับ 300 ns สำหรับBGO)

ข้อเสียอย่างหนึ่งของผลึกอนินทรีย์บางชนิด เช่น NaI คือความสามารถในการดูดความชื้น ซึ่งทำให้จำเป็นต้องเก็บไว้ในภาชนะที่ปิดสนิทเพื่อป้องกันความชื้น ส่วนCsI(Tl)และ BaF₂ ความชื้นเพียงเล็กน้อยและโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องมีการป้องกัน CsF, NaI(Tl) ₂ และLaCl₃ ก็มีคุณสมบัติคล้ายกัน (Ce),LaBr (Ce)ดูดความชื้น ในขณะที่BGOและCaF (Eu),LYSOและYAG(Ce)ไม่ใช่

ผลึกอนินทรีย์สามารถตัดให้มีขนาดเล็กและจัดเรียงเป็นแถวเพื่อให้มีความไวต่อตำแหน่ง แถวผลึกดังกล่าว มักใช้ในด้านฟิสิกส์การแพทย์หรือการใช้งานด้านความปลอดภัยเพื่อตรวจจับรังสีเอ็กซ์หรือรังสีแกมมา โดยทั่วไปแล้ว วัสดุที่ มีเลขอะตอม สูง และมีความหนาแน่นสูง (เช่น LYSO, BGO) มักเป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานประเภทนี้

โดยทั่วไป การเรืองแสงในผลึกอนินทรีย์จะช้ากว่าในผลึกอินทรีย์ โดยมีค่าตั้งแต่ 1.48 นาโนวินาทีสำหรับZnO(Ga)ไปจนถึง 9000 นาโนวินาทีสำหรับCaWO [ ^{10 ]}ข้อยกเว้นคือCsF(~5 ns), ^BaFเร็ว (0.7 ns; ส่วนประกอบที่ช้าอยู่ที่ 630 ns) รวมถึงผลิตภัณฑ์ใหม่กว่า (LaCl) (Ce), 28 ns;LaBr (ซี), 16 ns;ลิโซ, 41 ns)

สำหรับการใช้งานด้านการถ่ายภาพ ข้อดีอย่างหนึ่งของผลึกอนินทรีย์คือให้ผลผลิตแสงสูงมาก เมื่อไม่นานมานี้มีการรายงานเกี่ยวกับสารเรืองแสงที่มีผลผลิตแสงสูงกว่า 100,000 โฟตอน/MeV ที่ 662 keV สำหรับLuI (Ce),SrI (Eu)และCs HfCl .

สารเรืองแสงเซมิคอนดักเตอร์หลายชนิดเป็นที่รู้จัก เช่น ZnS(Ag) (กล่าวถึงในส่วนประวัติ), CdS(Ag), ZnO(Zn), ZnO(Ga), CdS(In), ZnSe(O) และ ZnTe(O) แต่ไม่มีชนิดใดที่มีจำหน่ายในรูปแบบผลึกเดี่ยว CdS(Te) และ ZnSe(Te) มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในรูปแบบผลึกเดี่ยว แต่ความสว่างของพวกมันลดลงบางส่วนที่อุณหภูมิห้อง^{[ 19 ]}

GaAs(Si,B) เป็นสารกึ่งตัวนำเรืองแสงแบบไครโอเจนิกที่เพิ่งค้นพบใหม่ มีการปล่อยแสงสูงในย่านอินฟราเรดและเห็นได้ชัดว่าไม่มีการเรืองแสงหลังการกระตุ้น เมื่อรวมกับโฟโตดีเทคเตอร์แบบไครโอเจนิกที่มีสัญญาณรบกวนต่ำมาก จึงเป็นเป้าหมายในการทดลองเพื่อตรวจจับการกระตุ้นอิเล็กตรอนพลังงานต่ำที่หายากจากสสารมืดที่มีปฏิสัมพันธ์กัน^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

สารเรืองแสงแบบก๊าซประกอบด้วยไนโตรเจนและก๊าซเฉื่อย ได้แก่ฮีเลียมอาร์กอนคริปตอนและซีนอนโดยฮีเลียมและซีนอนได้รับความสนใจมากที่สุด กระบวนการเรืองแสงเกิดจากการลดระดับพลังงานของอะตอมเดี่ยวที่ถูกกระตุ้นโดยการผ่านของอนุภาคที่เข้ามา การลดระดับพลังงานนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมาก (~1 ns) ดังนั้นการตอบสนองของตัวตรวจจับจึงค่อนข้างเร็วโดยทั่วไปจำเป็นต้อง เคลือบผนังของภาชนะด้วย ตัวเปลี่ยนความยาวคลื่น เนื่องจากก๊าซเหล่านี้มักจะปล่อยแสงในช่วง อัลตราไวโอเลตและ PMT ตอบสนองได้ดีกว่าในช่วงสีฟ้า-เขียวที่มองเห็นได้ ในฟิสิกส์นิวเคลียร์ มีการใช้ตัวตรวจจับแบบก๊าซเพื่อตรวจจับชิ้นส่วนฟิสชันหรืออนุภาคประจุหนัก^{[ 27 ]}

สารเรืองแสง แก้วที่พบได้ทั่วไปคือ ลิเธี ยมหรือโบรอนซิลิเกต ที่กระตุ้นด้วยซีเรียม เนื่องจากทั้งลิเธียมและโบรอนมีภาคตัดขวางของนิวตรอน ขนาดใหญ่ เครื่องตรวจจับแก้วจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับนิวตรอนความร้อน (ช้า)ลิเธียมถูกใช้กันอย่างแพร่หลายมากกว่าโบรอนเนื่องจากมีการปลดปล่อยพลังงานมากกว่าเมื่อจับนิวตรอนและดังนั้นจึงให้แสงออกมามากกว่า อย่างไรก็ตาม สารเรืองแสงแก้วมีความไวต่ออิเล็กตรอนและรังสีแกมมาเช่นกัน (สามารถใช้การจำแนกความสูงของพัลส์เพื่อระบุอนุภาคได้) เนื่องจากมีความทนทานสูง จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เวลาตอบสนองอยู่ที่ประมาณ 10 ns แต่ปริมาณแสงที่ออกมานั้นต่ำ โดยทั่วไปประมาณ 30% ของแอนทราซีน^{[ 11 ]}

คุณสมบัติการเรืองแสงของเพอร์รอฟสไกต์ตะกั่ว เฮไลด์เมทิลแอมโมเนียมอินทรีย์-อนินทรีย์ (MA) ภายใต้การฉายรังสีโปรตอนได้รับการรายงานครั้งแรกโดย Shibuya et al. ในปี 2002 ^{[ 28 ]}และสเปกตรัมความสูงของพัลส์รังสีแกมมาครั้งแรก แม้ว่าจะยังมีความละเอียดของพลังงานต่ำ ก็ได้รับการรายงานบน ( (C )ชั่วโมง (CH ) NH ) PbBr ) โดย van Eijk และคณะในปี 2008 ^{[ 29 ]} Birowosuto และคณะ ^{[ 30 ]}ศึกษาคุณสมบัติการเรืองแสงของเพอร์รอฟสไกต์แบบชั้น 3 มิติและ 2 มิติภายใต้การกระตุ้นด้วยรังสีเอกซ์MAPbBr(CH NH PbBr ) ปล่อยแสงที่ 550 นาโนเมตร และMAPbI(CH NH PbI ) ที่ 750 นาโนเมตร ซึ่งเกิดจากการปล่อยเอ็กซิตอนใกล้ช่องว่างพลังงานของสารประกอบ ในเพอร์รอฟสไกต์ Pb-halide รุ่นแรกนี้ การปล่อยแสงจะถูกดับลงอย่างมากที่อุณหภูมิห้องและเหลือน้อยกว่า 1,000 ph/MeV อย่างไรก็ตาม ที่ 10 K จะสังเกตเห็นการปล่อยแสงที่เข้มข้น และ ^{[ 30 ]}เขียนเกี่ยวกับผลผลิตสูงถึง 200,000 ph/MeV การดับลงเกิดจากพลังงานพันธะ eh ขนาดเล็กในเอ็กซิตอนซึ่งลดลงจาก Cl ไป Br ไป I ^{[ 31 ]}ที่น่าสนใจคือ เราอาจแทนที่กลุ่ม MA อินทรีย์ด้วย Cs+ เพื่อให้ได้เพอร์รอฟสไกต์ CsPbX3 halide ออร์แกนิกทั้งหมด ขึ้นกับปริมาณ Cl, Br, I การปล่อยเอ็กซิตอนที่ถูกกระตุ้นด้วยรังสีเอกซ์แบบทริปเล็ตสามารถปรับได้ตั้งแต่ 430 นาโนเมตรถึง 700 นาโนเมตร ^{[ 32 ]}อาจเจือจาง Cs ด้วย Rb เพื่อให้ได้การปรับแต่งที่คล้ายกัน

การพัฒนาล่าสุดข้างต้นแสดงให้เห็นว่าเพอร์รอฟสไกต์ Pb-halide อินทรีย์-อนินทรีย์และอนินทรีย์ทั้งหมดมีคุณสมบัติการเรืองแสงที่น่าสนใจต่างๆ อย่างไรก็ตาม ผลึกเดี่ยวเพอร์รอฟสไกต์สองมิติล่าสุดที่มีผลผลิตแสงระหว่าง 10,000 ถึง 40,000 ph/MeV และเวลาการสลายตัวต่ำกว่า 10 ns ที่อุณหภูมิห้อง^{[ 30 ]}จะเป็นที่น่าพอใจมากกว่า เนื่องจากอาจมีการเลื่อน Stokes ที่ใหญ่กว่ามากถึง 200  nm เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเรืองแสงควอนตัมดอท CsPbBr และนี่เป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันการดูดซับซ้ำด้วยตนเองสำหรับตัวเรืองแสง

เมื่อไม่นานมานี้ กลุ่มวิจัย ของศาสตราจารย์ Biwu Maได้รายงานเกี่ยวกับวัสดุประเภทใหม่เป็นครั้งแรกเรียกว่า 0D organic metal halide hybrid (OMHH) ซึ่งเป็นส่วนขยายของวัสดุเพอร์รอฟสไกต์^{[ 33 ]}วัสดุประเภทนี้แสดงให้เห็นถึงการยึดเหนี่ยวของเอ็กซิตอนที่แข็งแกร่งหลายร้อย meV ส่งผลให้ประสิทธิภาพควอนตัมการเรืองแสงสูงเกือบหนึ่ง คุณสมบัติการเลื่อนสโตกขนาดใหญ่และปราศจากการดูดซับซ้ำทำให้วัสดุเหล่านี้เป็นที่ต้องการ^{[ 33 ]}กลุ่มวิจัยเดียวกันและกลุ่มอื่นๆ ได้รายงานถึงศักยภาพในการใช้งานเป็นสารเรืองแสง^{[ 34 ] [ 35 ]}ในปี 2020 มีการรายงานว่า (C38H34P2)MnBr4 มีผลผลิตแสงสูงถึง 80,000 โฟตอน/MeV แม้ว่าจะมี Z ต่ำเมื่อเทียบกับสารอนินทรีย์แบบดั้งเดิม^{[ 34 ]}มีการรายงานผลผลิตแสงที่น่าประทับใจจาก 0D OMHH อื่นๆ มีศักยภาพอย่างมากในการสร้างสารเรืองแสงรุ่นใหม่จากวัสดุประเภทนี้ อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของอุปกรณ์เหล่านี้คือเวลาตอบสนองที่ค่อนข้างนานในระดับไมโครวินาที ซึ่งเป็นหัวข้อที่มีการวิจัยอย่างเข้มข้น

การเปลี่ยนผ่านที่เกิดขึ้นโดยอิเล็กตรอนวาเลนซ์ อิสระ ของโมเลกุลเป็นสาเหตุของการเกิดแสงวับวับในผลึกอินทรีย์^{[ 9 ]}อิเล็กตรอนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับโมเลกุลทั้งหมดมากกว่าอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ และครอบครองสิ่งที่เรียกว่าออร์บิทัลโมเลกุลสถานะพื้นฐาน S เป็นสถานะซิงเกล็ตซึ่งเหนือกว่านั้นคือสถานะซิงเกล็ตที่ถูกกระตุ้น (S ^* , S ^** , ...) สถานะทริปเล็ตต่ำสุด(T ) และระดับที่ถูกกระตุ้น (T ^* , T ^** , ...)โครงสร้างละเอียดที่สอดคล้องกับโหมดการสั่นของโมเลกุล เกี่ยวข้องกับแต่ละระดับอิเล็กตรอนเหล่านั้น ระยะห่างของพลังงานระหว่างระดับอิเล็กตรอนคือ ≈1 eV ระยะห่างระหว่างระดับการสั่นคือประมาณ 1/10 ของระยะห่างสำหรับระดับอิเล็กตรอน^{[ 36 ]} 

อนุภาคที่เข้ามาสามารถกระตุ้นได้ทั้งระดับอิเล็กตรอนหรือระดับการสั่นสะเทือน การกระตุ้นแบบซิงเกล็ตจะสลายตัวทันที (< 10  ps) ไปยังสถานะ S ^*โดยไม่มีการปล่อยรังสี (การเสื่อมสภาพภายใน) จากนั้นสถานะ S ^*จะสลายตัวไปยังสถานะพื้นฐาน S0 โดยทั่วไปไปยังระดับการสั่นสะเทือนระดับใดระดับหนึ่งที่สูงกว่า S0 โดยการปล่อยโฟ ตอนเรืองแสง นี่คือส่วนประกอบแบบทันทีหรือฟลูออเรสเซนซ์ความโปร่งใสของสารเรืองแสงต่อโฟตอนที่ปล่อยออกมาเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานของโฟตอนน้อยกว่าพลังงานที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนผ่าน S0 S ^* (การเปลี่ยนผ่านมักจะเป็นระดับการสั่นสะเทือนที่สูงกว่า ) ^{[ 36 ]}

เมื่อสถานะทริปเล็ตหนึ่งได้รับการกระตุ้น มันจะสลายตัวทันทีไปยังสถานะ T โดยไม่มีการปล่อยรังสี (การสลายตัวภายใน) เนื่องจากการเปลี่ยนผ่าน T   → S มีโอกาสน้อยมาก สถานะ T จึงสลายตัวโดยการโต้ตอบกับโมเลกุล T อื่นแทน : ^{[ 36 ]}

$${\displaystyle T_{0}+T_{0}\rightarrow S^{*}+S_{0}+{\text{photons}}}$$

และทำให้โมเลกุลหนึ่งอยู่ในสถานะ S ^*ซึ่งจะสลายตัวไปเป็น S0 กับการปล่อยโฟตอนเรืองแสงออกมา เนื่องจากปฏิกิริยา T0-T0 ใช้เวลา แสงเรืองแสงจึงล่าช้า: นี่คือส่วนประกอบที่ช้าหรือล่าช้า (ซึ่งสอดคล้องกับการเรืองแสงแบบล่าช้า) บางครั้ง การเปลี่ยนผ่าน T0 → S0 โดยตรงเกิดขึ้น (ล่าช้าเช่นกัน) และสอดคล้องกับฟส อสเซนซ์โปรดทราบว่าความแตกต่างที่สังเกตได้ระหว่างการเรืองแสงแบบล่าช้าและฟอสฟอเรสเซนซ์คือความแตกต่างของความยาวคลื่นของโฟตอนแสงที่ปล่อยออกมาในการเปลี่ยนผ่าน S ^*  → S0 กับการเปลี่ยนผ่าน  →

สารเรืองแสงอินทรีย์สามารถละลายในตัวทำละลายอินทรีย์เพื่อสร้างสารเรืองแสงที่เป็นของเหลวหรือพลาสติกได้ กระบวนการเรืองแสงจะเหมือนกับที่อธิบายไว้สำหรับผลึกอินทรีย์ (ข้างต้น) สิ่งที่แตกต่างคือกลไกการดูดซับพลังงาน: พลังงานจะถูกดูดซับโดยตัวทำละลายก่อน จากนั้นจึงส่งต่อไปยังสารละลาย เรืองแสง (รายละเอียดของการถ่ายโอนยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างชัดเจน) ^{[ 36 ]}

กระบวนการเรืองแสงในวัสดุอนินทรีย์เกิดจากโครงสร้างแถบอิเล็กตรอนที่พบในผลึกและไม่ได้มีลักษณะเป็นโมเลกุลเหมือนในกรณีของสารเรืองแสงอินทรีย์^{[ 37 ]}อนุภาคที่เข้ามาสามารถกระตุ้นอิเล็กตรอนจากแถบวาเลนซ์ไปยังแถบนำไฟฟ้าหรือ แถบ เอ็กซิตอน (ซึ่งอยู่ต่ำกว่าแถบนำไฟฟ้าและแยกจากแถบวาเลนซ์ด้วยช่องว่างพลังงานดูภาพประกอบ ) ซึ่งจะทิ้งรู ที่เกี่ยวข้อง ไว้ในแถบวาเลนซ์ สารเจือปนสร้างระดับอิเล็กตรอนในช่องว่างต้องห้ามเอ็กซิตอนเป็นคู่ของอิเล็กตรอน-โฮล ที่ยึดเหนี่ยวกันอย่างหลวมๆ ซึ่งเคลื่อนที่ผ่านโครงผลึกจนกว่าจะถูกจับโดยศูนย์กลางของสารเจือปนทั้งหมด

จากนั้น เอ็กซิตอนจะลดระดับพลังงานลงอย่างรวดเร็วโดยการปล่อยแสงวับวาบ (ส่วนประกอบเร็ว) โดยทั่วไปแล้ว สารเจือปน ที่กระตุ้นจะถูกเลือกเพื่อให้แสงที่ปล่อยออกมาอยู่ในช่วงแสงที่มองเห็นได้หรือใกล้ยูวีซึ่งโฟโตมัลติพลายเออร์มีประสิทธิภาพ รูที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนในแถบนำไฟฟ้าจะเป็นอิสระจากอิเล็กตรอนเหล่านั้น รูและอิเล็กตรอนเหล่านั้นจะถูกจับโดยศูนย์กลางของสารเจือปนอย่างต่อเนื่อง ทำให้ เกิดการกระตุ้น สถานะกึ่งเสถียร บางอย่าง ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้โดยเอ็กซิตอน การลดระดับพลังงานที่ล่าช้าของสถานะสารเจือปนกึ่งเสถียรเหล่านั้นจะส่งผลให้เกิดแสงวับวาบอีกครั้ง (ส่วนประกอบช้า)

BGO ( บิสมัท ^{เจอร์}มาเนียมออกไซด์ ) เป็นสารเรืองแสงอนินทรีย์บริสุทธิ์ที่ปราศจากสิ่งเจือปนใดๆ กระบวนการเรืองแสงเกิดจากการเปลี่ยนผ่านทางแสงของBi³⁺ไอออน ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของผลึก^{[ 6 ]}ในสารเรืองแสงทังสเตตCaWOและCdWOการปล่อยแสงเกิดจากการสลายตัวแบบแผ่รังสีของเอ็กซิตอนที่ถูกดักจับไว้ด้วยตัวเอง

กระบวนการเรืองแสงใน GaAs ที่เจือด้วยซิลิคอนและโบรอนนั้นแตกต่างจากสารเรืองแสงทั่วไปตรงที่การเจือซิลิคอน ชนิด nทำให้เกิดประชากรอิเล็กตรอนที่กระจายตัวอยู่บริเวณด้านล่างของแถบนำไฟฟ้า^{[ 38 ]}อะตอมของโบรอนบางส่วนจะอยู่บนตำแหน่งของสารหนูและทำหน้าที่เป็นตัวรับ^{[ 39 ]}โฟตอนเรืองแสงจะเกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่อะตอมตัวรับ เช่น โบรอน จับรูไอออนไนเซชันจากแถบวาเลนซ์ และรูนั้นจะรวมตัวกันใหม่แบบแผ่รังสีกับอิเล็กตรอนที่กระจายตัวตัวใดตัวหนึ่ง^{[ 40 ]}

แตกต่างจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ อิเล็กตรอนที่ไม่จำกัดตำแหน่งซึ่งเกิดจากซิลิคอนจะไม่ถูก "แช่แข็ง" ที่อุณหภูมิเยือกแข็ง เหนือความเข้มข้นของการเปลี่ยนผ่านของมอตต์8 × 10 ¹⁵ตัวนำอิสระต่อ cm ³สถานะ "โลหะ" จะคงอยู่ที่อุณหภูมิเยือกแข็งเนื่องจากการผลักกันจะผลักดันอิเล็กตรอนเพิ่มเติมใดๆ ไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นถัดไปซึ่งอยู่ในแถบนำไฟฟ้า^{[ 41 ]}สเปกตรัมของโฟตอนจากกระบวนการนี้มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ 930  nm (1.33 eV) และมีแถบการปล่อยแสงอีกสามแถบที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ 860, 1070 และ 1335  nm จากกระบวนการย่อยอื่นๆ^{[ 42 ]}แต่ละแถบการปล่อยแสงเหล่านี้มีความสว่างและเวลาการสลายตัวที่แตกต่างกัน^{[ 43 ]}ความสว่างของการเรืองแสงที่สูงนั้นน่าประหลาดใจเพราะ (1) ด้วยดัชนีหักเหประมาณ 3.5 การหลุดออกจะถูกยับยั้งโดยการสะท้อนภายในทั้งหมด และ (2) การทดลองที่ 90K รายงานค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับอินฟราเรดลำแสงแคบหลายต่อ cm ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

การคำนวณ Monte Carlo และ Feynman path integral ล่าสุดแสดงให้เห็นว่าความสว่างสูงสามารถอธิบายได้หากการดูดซับลำแสงแคบส่วนใหญ่เป็นการ กระเจิงแสง แบบใหม่จากอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าที่มีหน้าตัดประมาณ 5 × 10 ⁻¹⁸ cm ²ซึ่งทำให้โฟตอนเรืองแสงหลุดพ้นจากการสะท้อนภายในทั้งหมด^{[ 47 ] [ 48 ]}หน้าตัดนี้มีขนาดใหญ่กว่าการกระเจิงของ Thomson ประมาณ 10 ⁷เท่า แต่เทียบได้กับหน้าตัดแสงของอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าในกระจกโลหะ

ในก๊าซ กระบวนการเกิดแสงวับวาบเกิดจากการลดระดับพลังงานของอะตอมเดี่ยวที่ถูกกระตุ้นโดยอนุภาคที่เข้ามา (กระบวนการที่รวดเร็วมาก: ประมาณ 1 นาโน วินาที)

โดยทั่วไปแล้ว เคาน์เตอร์แบบสั่นไหวไม่เหมาะสำหรับการตรวจจับไอออนหนักด้วยเหตุผลสามประการ: ^{[ 49 ]}

1. พลังการแตกตัวเป็นไอออนที่สูงมากของไอออนหนักทำให้เกิดปรากฏการณ์ลดทอนซึ่งส่งผลให้ปริมาณแสงที่ปล่อยออกมาลดลง (เช่น สำหรับพลังงานที่เท่ากันโปรตอนจะผลิตแสงได้เพียง 1/4 ถึง 1/2 ของอิเล็กตรอนในขณะที่อนุภาคอัลฟาจะผลิตแสงได้เพียงประมาณ 1/10 เท่านั้น)
2. พลังการหยุดยั้งที่สูงของอนุภาคยังส่งผลให้ส่วนประกอบที่เคลื่อนที่เร็วลดลงเมื่อเทียบกับส่วนประกอบที่เคลื่อนที่ช้า ซึ่งทำให้เวลาที่เครื่องตรวจจับไม่สามารถใช้งานได้เพิ่มขึ้น
3. พบปรากฏการณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นอย่างรุนแรงในการตอบสนองของตัวตรวจจับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่พลังงานต่ำ

การลดลงของปริมาณแสงที่ปล่อยออกมานั้นรุนแรงกว่าสำหรับสารอินทรีย์มากกว่าสำหรับผลึกอนินทรีย์ ดังนั้น ในกรณีที่จำเป็น จึงควรใช้ผลึกอนินทรีย์ เช่นCsI(Tl) , ZnS(Ag) (โดยทั่วไปใช้ในแผ่นบางๆ เป็นตัวตรวจสอบอนุภาคอัลฟา), CaF (Eu)ควรได้รับการพิจารณาเลือกใช้มากกว่าวัสดุอินทรีย์ การใช้งานทั่วไป ได้แก่เครื่องมือสำรวจวัดปริมาณรังสีและdE/dxไอออนหนักการทดลองฟิสิกส์นิวเคลียร์ด้วย

ประสิทธิภาพการตรวจจับอิเล็กตรอนโดยพื้นฐานแล้วอยู่ที่ 100% สำหรับสารเรืองแสงส่วนใหญ่ แต่เนื่องจากอิเล็กตรอนสามารถกระเจิงเป็น มุมกว้างได้ (บางครั้งเป็นการกระเจิงย้อนกลับ ) พวกมันจึงสามารถออกจากตัวตรวจจับได้โดยไม่ต้องถ่ายเทพลังงานทั้งหมดลงในตัวตรวจจับ การกระเจิงย้อนกลับเป็นฟังก์ชันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของเลขอะตอมZของวัสดุสารเรืองแสง สารเรืองแสงอินทรีย์ซึ่งมีZ ต่ำ กว่าผลึกอนินทรีย์ จึงเหมาะสมที่สุดสำหรับการตรวจจับอนุภาคเบตา  พลังงานต่ำ (< 10 MeV) สถานการณ์จะแตกต่างออกไปสำหรับอิเล็กตรอนพลังงานสูง เนื่องจากพวกมันส่วนใหญ่สูญเสียพลังงานโดยการแผ่รังสีเบร็มส์ตรัลลุงที่พลังงานสูงขึ้น วัสดุที่มี Z สูงกว่า จึงเหมาะสมกว่าสำหรับการตรวจจับโฟตอนเบร็มส์ตรัลลุงและการสร้างฝักบัวแม่เหล็กไฟฟ้าที่มันสามารถเหนี่ยวนำได้^{[ 50 ]}

วัสดุที่มี ค่า Zสูงเช่น ผลึกอนินทรีย์ เหมาะที่สุดสำหรับการตรวจจับรังสีแกมมารังสีแกมมามีปฏิสัมพันธ์กับสสารในสามวิธีพื้นฐาน ได้แก่ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกการกระเจิงคอมป์ตันและการสร้างคู่ โฟตอนจะถูกดูดซับอย่างสมบูรณ์ในปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกและการสร้างคู่ ในขณะที่พลังงานเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ถูกส่งไปในการกระเจิงคอมป์ตันพื้นที่หน้าตัดสำหรับกระบวนการโฟโตอิเล็กทริกเป็นสัดส่วนกับZ⁵ส่วนพื้นที่หน้าตัดสำหรับการสร้างคู่เป็นสัดส่วนกับ^Z² ในขณะที่การกระเจิงคอมป์ตันเป็นสัดส่วนโดยประมาณกับZ ดังนั้น วัสดุที่มี ^ค่าZสูงจึงเอื้อต่อสองกระบวนการแรก ทำให้สามารถตรวจจับพลังงานทั้งหมดของรังสีแกมมาได้^{[ 50 ]}หากรังสีแกมมามีพลังงานสูงกว่า (>5 MeV) การสร้างคู่จะเป็นกระบวนการหลัก

เนื่องจากนิวตรอนไม่มีประจุ จึงไม่เกิดปฏิกิริยาผ่านแรงคูลอมบ์และด้วยเหตุนี้จึงไม่ทำให้วัสดุเรืองแสงแตกตัวเป็นไอออน มันต้องถ่ายโอนพลังงานบางส่วนหรือทั้งหมดผ่านแรงนิวเคลียร์แบบแรงไปยังนิวเคลียสของอะตอม ที่มีประจุเสีย ก่อน จากนั้นนิวเคลียสที่มีประจุบวกจะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนนิวตรอนเร็ว (โดยทั่วไป >0.5 MeV ^{[ 6 ]} ) ส่วนใหญ่อาศัยโปรตอนที่กระเด็นออกมา ในปฏิกิริยา (n,p) ดังนั้นวัสดุที่มีไฮโดรเจน สูง เช่น พลาสติกเรืองแสง จึงเหมาะสมที่สุดสำหรับการตรวจจับนิวตรอนเร็ว นิวตรอนช้าอาศัยปฏิกิริยานิวเคลียร์เช่น ปฏิกิริยา (n,γ) หรือ (n,α) เพื่อทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน ดังนั้น ระยะทางเฉลี่ยอิสระของพวกมันจึงค่อนข้างมาก เว้นแต่ว่าวัสดุตัวเรืองแสงจะมีนิวไคลด์ที่มีภาคตัดขวาง สูง สำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์เหล่านี้ เช่น⁶ Li หรือ¹⁰ B วัสดุเช่น LiI(Eu) หรือแก้วซิลิเกตจึงเหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับการตรวจจับนิวตรอนช้า (ความร้อน) ^{[ 51 ]}