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

Abstract

Íons 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.