Desenvolvimento e caracterização de cristais de K2GdF5, LaAlO3 e Al2O3 para aplicação em dosimetria das radiações e imagens digitais termoluminescentes para campos de radiação de nêutrons, ultravioleta, X e gama

Exportado OPUSMade available in DSpace on 2019-08-10T04:59:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 teseden_ednacarla_junho2014.pdf: 5498729 bytes, checksum: 98d374183ae568be1379feccfe4dffda (MD5) Previous issue date: 30Neste trabalho foram desenvolvidos e caracterizados materiais termoluminescentes (TL) para serem aplicados em dosimetria para campos de radiação X, gama, nêutron e ultravioleta. Para raios X e gama, policristais micro e nanoparticulados de óxido de alumínio (Al2O3) na fase alfa foram dopados com diferentes porcentagens de carbono e sinterizados nas temperaturas de 1700 °C, 1745 °C e 1770 °C. Amostras de -Al2O3 dopadas com 1,0% e 5,0% de carbono e sinterizados a 1745°C apresentaram excelentes respostas termoluminescentes para dose gama relacionadas à sua reprodutibilidade e linearidade. Monocristais de K2GdF5 dopados com 0,2, 1,0, 5,0 e 10,0% de íons trivalentes opticamente ativos de Dy3+ foram crescidos pelo método hidrotérmico e caracterizados para campos de nêutrons térmicos. O K2Gd0,95Dy0,05F5 apresentou uma resposta TL para nêutrons térmicos (15700 u.a.) bastante superior à resposta TL obtida em trabalhos anteriores para nêutrons rápidos (707 u.a.) e radiação gama (15 u.a.). Os picos de emissão TL principais são centrados em 230°C para nêutrons térmicos e 215 °C para nêutrons rápidos. Este bom resultado é atribuído à alta seção de choque de captura para nêutrons térmicos do gadolínio para nêutrons dos isótopos 155Gd e 157Gd, presentes nas quantidades de 14,7% e 15,7% no Gadolínio natural. Monocristais de LaAlO3 não dopados e dopados com 1,0 e 5,0% de Ce3+ e co-dopados com 5,0% de Ce3+ e 1,0% de Dy3+ foram caracterizados para utilização em campos de radiação ultravioleta. O LaAlO3 co-dopado com 5,0% de Ce3+ e 1,0% de Dy3+ e sensibilizados com 147,6mJ.cm-2 de radiação UV apresentou alta sensibilidade TL, com picos de emissão em 125,7 °C, 151,2°C, 213,1 °C e 287,2 °C. A possibilidade de estes três materiais serem utilizados em radiografia digital foi avaliada para os campos de radiação X, gama, UV e de nêutrons. Filmes produzidos utilizando alumina microparticulada dopada com 1% e 5% de carbono apresentaram imagens com boa resolução e profundidade para campos de raios X. O aluminato de lantânio co-dopado com Cério e Disprósio foi utilizado para a fabricação de filmes sensibilizados pela radiação ultravioleta. Obtivemos imagens com boa resolução TL. Para neutrografia, o filme TL produzido com o K2GdF5 dopado com 5% de Dy3+ foi irradiado com nêutrons térmicos. A dose de 10 mSv não foi suficiente para sensibiliza-lo. Entretanto, depois de irradiado com dose de 50 Gy de radiação gama, foi possível obter uma imagem TL de resolução não satisfatória. Tendo em vista a altíssima resposta TL deste material para nêutrons térmicos, quando comparados à resposta para radiação gama, podemos inferir que, para doses maiores de nêutrons térmicos, o K2GdF5 poderá ser futuramente investigado para aplicações em imagens digitais de Neutrografia.In this work, thermoluminescent (TL) materials were developed and characterized aiming applications in dosimetry for X, gamma, neutron and ultraviolet radiation fields. Micro and nanosized aluminum oxide (Al2O3) polycrystals in the alpha phase were doped with different carbon atoms concentrations and sintered at 1700 °C, 1745 °C and 1770 °C. Samples of - Al2O3 doped with 1.0 and 5.0 at.% of carbon and sintered at 1745 °C have shown excellent TL responses for gamma doses concerning to its reproducibility and linearity. K2GdF5 single crystals doped with 0.2, 1.0, 5.0 and 10.0 at.% of trivalent optically active Dy3+ ions have been synthesized under hydrothermal conditions and characterized for thermal neutron fields. K2Gd0.95Dy0.05F5 crystals have shown TL output for thermal neutrons (15,000 a.u.) well above that obtained in a previous work for fast neutrons (707 a.u.) and gamma radiation (15 a.u.). Their main TL emission peaks are centered at 230 °C for thermal neutrons and at 215 °C for fast neutrons. This good performance is attributed to the high capture cross section for thermal neutrons of 155Gd and 157Gd isotopes, which are present in amounts of 14.7 and 15.7% in natural Gadolinium. Undoped LaAlO3 single crystals and those doped with 1.0 and 5.0 at.% of Ce3+ as well as those co-doped with 5.0 at.% of Ce3+ and 1.0 at.% of Dy3+ were characterized for use in UV dosimetry. The LaAlO3 single crystals co-doped with 5.0 at.% of Ce3+ and 1.0 at.% of Dy3+ and sensitized with 147.6 mJ.cm-2 of UV radiation have shown high TL sensitivity, with TL emission peaks centered at 125.7 °C, 151.2 °C, 213.1 °C e 287.2 °C. The possibility of using these three materials in digital radiography have been evaluated for X, gamma, UV and neutron radiation fields. The thermoluminescent films manufactured using microsized -Al2O3 doped with 1.0 and 5.0 at.% of carbon have presented the best images for X-rays fields, with good resolution and profundity. UV sensitized films of LaAlO3 single crystals co-doped with Ce3+ and Dy3+ were manufactured. TL images with good resolution were obtained for UV fields. On the other hand, for neutrongraphy applications, the TL film made with K2Gd0.95Dy0.05F5 crystals was irradiated with 10 mSv of thermal neutrons. This very low neutron dose has produced no TL output in the TL film. However, after being irradiated with 50 Gy of gamma dose, it was possible to capture a not satisfactory TL image. Taking into account the high TL output of this material to thermal neutrons, when compared to its TL output for gamma radiation, we may infer that, for higher thermal neutron doses, this material could be investigated in future work for applications in neutron digital imaging