Processos de conversão ascendente de energia entre íons terras-raras em vidros como parte ativa de dispositivos: correlação entre coordenadas de cor e dose de radiação gama

Nome completo do orientador: Petrus D'Amorim Santa Cruz OliveiraFACEPEÍons terras-raras, quando utilizados como dopantes em matrizes vítreas, podem atribuir ao material propriedades luminescentes envolvendo mecanismos com eficiência dependente da evolução do meio, resultando em materiais que podem atuar como parte ativa de dispositivos fotônicos. A radiação ionizante, amplamente utilizada na medicina e em processos industriais, precisa ser monitorada em faixas de dose e ambientes muito diversificados para que seja explorada com a devida segurança, e diversos processos e mecanismos de dosimetria são utilizados em função da faixa de dose e aplicação. Neste trabalho, foi proposto o estudo da viabilidade do uso de mecanismos não lineares de conversão ascendente de energia (up-conversion) do tipo APTE (Adição de Fótons por Transferência de Energia), conhecido como Efeito Auzel, com vistas à exploração em dosímetros de larga faixa dinâmica de sensibilidade, explorando-se o fato de que variações do ambiente químico exercem grande influência na intensidade de luminescência em torno dos íons ativos (dopantes), uma vez que os processos de transferência de energia envolvidos são fortemente dependentes da frequência máxima de fônons na rede vítrea. Para isto, coordenadas de cor de luminescência decorrente da conversão infravermelho-visível foram determinadas e investigadas em função da dose de radiação gama na faixa de dose: de 0,1 a 50 kGy, utilizando-se o software SpectraLux 3.0. Utilizou-se um irradiador GammaCell com fonte Co-60 para irradiar a matriz vítrea PGA (PbF₂ – GeO₄ – Al₂O₃), multidopada com Yb³⁺, Er³⁺ e Tm³⁺, sintetizada por fusão dos materiais de partidas em cadinhos de Pt:5%Au e subsequente resfriamento rápido do fundido. As amostras preparadas, ao serem excitadas por radiação infravermelha (980 nm, de laser de diodo de GaAs:Si), emitem no espectro visível, nas cores vermelho, verde e azul (RGB) características dos seus dopantes, por absorção de dois ou três fótons. Alterações na coordenada de cor final foram registradas em função da dose de radiação gama, sugerindo-se que os mecanismos que resultam em cada uma das três cores são afetados de forma não linear. A evolução das amostras foi monitorada por DRX, FT-IR e Raman, e os resultados mostraram a viabilidade para o mecanismo APTE ser explorado em dosimetria gama, tendo esse material como parte ativa dos dispositivos fotônicos.Rare earth ions applied as dopants in glass matrices may confer luminescent properties that involve mechanisms with environment-dependent efficiency, resulting in materials that may act as active part of photonic devices. The ionizing radiation, widely applied in medical and in industrial processes, must be monitored on its dose ranges and diverse environments to be operated with proper safety, and various methods and dosimetry mechanisms are used depending on the dose range and application. In this work, it was proposed the viability study of the using of non-linear mechanisms of photon up-conversion, type APTE (Addition de photons par transfert d'énergie), known as Auzel effect, aiming to explore these properties in dosimeters of large dynamic sensitivity range, since the changes in the chemical environment around the active ions (dopants) may affect strongly these energy transfer processes, that depends of the cutoff phonon frequency in the glass network. For this, color coordinates of luminescence related to the infrared-visible conversion were recorded as a function of radiation dose range, covering a wide exposure range: from 0.1 to 50 kGy. A GammaCell irradiator with Co-60 was used as the gamma source for irradiating the glassy matrix PGA (PbF₂ – GeO₄ – Al₂O₃), multidoped with Yb³⁺, Er³⁺ e Tm³⁺, synthesized by melting the starting materials in Pt:5% Au crucibles and subsequent temperature quenching. The prepared samples, excited by infrared radiation (980 nm diode laser GaAs:Si), emit in the visible spectrum the red, green and blue (RGB), characteristics of their dopants by absorption of two or three photons. Using the SpectraLux 3.0 software, changes in the final color coordinate were recorded as a function of the gamma radiation dose range, and it was concluded that the mechanisms that result in each of the three colors are affected in a nonlinear way. The evolution of the samples was monitored by XRD, FTIR and Raman spectroscopy, and the results showed the feasibility to the APTE mechanism be applied in gamma dosimetry, using this kind of glassy material as the active part of photonic devices