Development of TIBr semiconductor crystal for applications as radiation detector and photodetector

Neste trabalho, os cristais de TlBr foram crescidos pelo método de Bridgman, a partir de materiais purificados pela técnica de fusão zonal. A eficiência da purificação e avaliação da superfície cristalina em relação ao desempenho como detectores de radiação foi observada. Bons resultados foram obtidos com os aprimoramentos realizados nos processos de purificação, crescimento de cristais e na fabricação dos detectores. A resposta à radiação foi verificada excitando os detectores com fontes de raios gama: 241Am (59 keV), 133Ba (80 e 355 keV), 57Co (122 keV), 22Na (511 keV) e 137Cs (662 keV) à temperatura ambiente. Os valores de resolução em energia mais satisfatórios encontrados nesse trabalho foram a partir de detectores mais puros. Os melhores valores de resolução em energia obtidos foram de 10keV (16%), 12keV (15%), 12keV (10%), 28 keV (8%), 31keV (6%) e 36keV (5%) para as energias de 59, 80, 122, 355, 511 e 662 keV, respectivamente. Também foi realizado um estudo da resposta à detecção a uma temperatura de -20ºC e da estabilidade desses detectores. Nos detectores desenvolvidos não houve diferença significativa na resolução tanto em temperatura ambiente quanto na reduzida. Em relação à estabilidade foi observada uma degradação das características espectrométricas sob operação contínua do detector a temperatura ambiente e esta instabilidade variou para cada detector. Ambas características também foram observadas por outros autores. A viabilidade de utilização do cristal de TlBr como fotodetector para acoplamento em cintiladores também foi estudada neste trabalho. TlBr é um material promissor para ser utilizado como fotodetector devido a sua adequada eficiência quântica na região de 350 a aproximadamente 500 nm. Como uma aplicação para este trabalho foram iniciados estudos para fabricação de sondas cirúrgicas utilizando cristais de TlBr como o meio detector.In this work, TlBr crystals were grown by the Bridgman method from zone melted materials. The influence of the purification efficiency and the crystalline surface quality on the crystal were studied, evaluating its performance as a radiation detector. Due to significant improvement in the purification and crystals growth, good results have been obtained for the developed detectors. The spectrometric performance of the TlBr detector was evaluated by 241Am (59 keV), 133Ba (80 e 355 keV), 57Co (122 keV), 22Na (511 keV) and 137Cs (662 keV) at room temperature. The best energy resolution results were obtained from purer detectors. Energy resolutions of 10keV (16%), 12keV (15%), 12keV (10%), 28keV (8%), 31keV (6%) and 36keV (5%) to 59, 80, 122, 355, 511 and 662 keV energies, respectively, were obtained. A study on the detection response at -20ºC was also carried out, as well as the detector stability in function of the time. No significant difference was observed in the energy resolution between measurements at both temperatures. It was observed that the detector instability causes degradation of the spectroscopic characteristics during measurements at room temperature and the instability varies for each detector. This behavior was also verified by other authors. The viability to use the developed TlBr crystal as a photodetector coupled to scintillators crystals was also studied in this work. Due to its quantum efficiency in the region from 350 to 500 nm, TlBr shows to be a promising material to be used as a photodetector. As a possible application of this work, the development of a surgical probe has been initiated using the developed TlBr crystal as the radiation detector of the probe