Caracterização das propriedades luminescentes do tetraborato de magnésio para aplicações em dosimetria das radiações

Abstract

O tetraborato de magnésio - MgB4O7 (MBO) - dopado com Terras Raras é de fato um material que tem atraído crescente interesse para dosimetria das radiações, devido a suas propriedades luminescentes. Os métodos mais comuns de síntese do MBO incluem a síntese de estado sólido e a síntese de combustão. O método de síntese por combustão oferece uma possibilidade para investigar e otimizar parâmetros de produção. Neste, as reações de síntese são induzidas por uma rápida combustão de um combustível, como ureia ou glicina, que libera uma grande quantidade de energia térmica em um curto espaço de tempo. Dentre os métodos de sínteses, a combustão apresenta-se bem consolidada para a produção do MBO; contudo, as armadilhas e o centro de recombinação relacionados à variação dos parâmetros são desconhecidos. A sinterização, pós combustão, é um parâmetro importante na produção do MBO devido ao processo de cristalização, o qual possui relação com a difusão dos defeitos dentro do material. Até então, os parâmetros de produção e o papel dos dopantes e codopantes ainda não são bem compreendidos. O uso de técnicas como Difração de Raio X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Análises Térmicas Diferenciais e de Termogravimétricas (ATD/TG) isoladamente pode fornecer informações valiosas sobre as origens das modificações observadas em um material, mas muitas vezes é vantajoso combinar essas técnicas para obter uma compreensão completa do sistema em estudo. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi produzir MBO através da síntese por combustão, caracterizar suas propriedades físicas, otimizar o modo de produção utilizando uma análise conjunta das técnicas citadas na intenção de entender e maximizar sua resposta luminescente. Assim, o processo começou com a dopagem de 0,1% de disprósio (Dy) no MBO. Em seguida, foram realizadas as sinterizações pós- combustão, variando tempo e temperatura, com o objetivo de determinar a sinterização que apresentava maior sensibilidade TL em relação às outras sinterizações. Uma vez identificada essa condição ideal, o material foi sintetizado com diferentes concentrações de Dy para explorar a relação entre a resposta TL e a concentração de Dy, e em seguida, foram investigadas as influências da incorporação/concentração de lítio (Li) como compensador de cargas. Diferentes dopantes e suas concentrações podem fornecer informações sobre as interações do composto acerca da sensibilidade do dosímetro à radiação ionizante. Desta forma, os resultados mostraram que o MBO dopado com 2% de Dy e codopado com 10% de Li apresentou uma sensibilidade significativamente maior em comparação com outras concentrações e com dosímetros comerciais, como TLD-100 e MTS. Especificamente, ao analisar a curva de Resposta x Dose, esse composto demonstrou uma resposta linear para uma faixa de dose de 0,5 mGy a 50 Gy de radiação gama. Os resultados apontam que a variação dos parâmetros de produção no método de síntese do MBO e concentração de dopante e codopante podem explicar a engenharia de defeitos no composto, visando aplicações dosimétricas devido à sua maior sensibilidade e capacidade de resposta TL.