Growth, characterization and application of crystals of NaI (Tl) detectors for gamma radiation and x-rays

Neste trabalho, construímos um novo e versátil forno de crescimento de cristais pela técnica de Bridgman, o qual pode operar em temperaturas de até 2000 °C em alto-vácuo ou atmosferas inertes. Visto que o problema mais importante após o crescimento de um cristal por esta técnica é a aderência entre o mesmo e as paredes do caidinho, construímos também um sistema para tratamento do material de partida que eliminou este fenômeno. Este procedimento permitiu a obtenção de monocristais cilíndricos de NaI(Tl) transparentes, com alta qualidade e com cerca de 60 mm de comprimento e diâmetro de 20 mm. Utilizando a técnica de Czochralski, crescemos também vários monocristais cilíndricos transparentes de NAI(Tl) com comprimentos de 50 mm e diâmetros de 30 mm. Descrevemos também um método para eliminar o excesso de iodo dissolvido na fase líquida durante o processo de crescimento do cristal. Medidas de absorção ótica realizadas com os cristais de NAI(Tl) à temperatura ambiente e do nitrogênio líquido, mostram bandas de absorção características do Tálio próximas de 304, 291, 257, 249 e 236 nm. Através da relação entre a densidade ótica da banda de absorção em 304 nm e a concentração de tálio, estimamos o perfil da concentração deste elemento ao longo de um cristal crescido por Cz e por Bridgman. Através de espectroscopia de fluorescência encontramos, à temperatura ambiente, uma banda de emissão centrada em 425 nm. Protótipos de detetores foram construídos para avaliar as resoluções de energia dos monocristais crescidos pelos métodos de Bridgman e Czochralski. A performance dos detetores também foi analisadaIn this work we constructed a new versatile Bridgman crystal growth furnace that can operate to 2.000 °C in high vacuum or in inert atmospheres. Since the most important post-growth problem in this technique is related with the adherence between crystal-crucible, we also developed an initial materials-treatment system that could prevent this phenomenon, by previously saturating with HI gas. These procedures allowed us to get clear and high quality NaI(Tl) cylindric single crystals up to 60mm length and 20mm diameter. Using the Czochralski technique, we also grew several clear NaI(Tl) single crystals with dimensions up to 50 mm length and 30 mm diameter. A method to prevent the excess of Iodine in the liquid phase during the crystal growth process is also described. Optical absorption measurements in NaI(Tl) single crystals, at room and liquid nitrogen temperatures, show characteristic Thallium bands near 304, 291, 257, 249 and 236 nm. Through the relationship between optical density of the absorption band at 304 nm and Thallium concentration, we could estimate the concentration profile through the entire crystal, grown by each method: Bridgman and Czochralski. By fluorescence spectroscopy we also find, at room temperature, one emission band near to 425 nm. Radiation detector prototypes were developed to evaluate the energy resolution of the single crystals grown by Bridgman and Czochralski methods. The performance of the radiation detectors is also analyze