Producción y caracterización del aluminosilicato de calcio (Ca2Al2SiO7) puro y dopado con cerio para aplicaciones en dosimetría ambiental

Abstract

Con el intuito de obtener un dosímetro de estado sólido con características tales como: facilidad de obtención, alta sensibilidad, practicidad, resistencia mecánica, y economía, se sintetizó y estudió en este trabajo de tesis el aluminosilicato de calcio (Ca2Al2SiO7). El cristal de Ca2Al2SiO7 puro y dopado con diferentes concentraciones de cerio se ha preparado por el método de reacción en estado sólido. El interés en la producción del (Ca2Al2SiO7) dopado con diferentes concentraciones de Ce es de investigar el efecto del dopante sobre las propiedades luminiscentes para efectos de aplicación en la dosimetría ambiental y personal. Las emisiones de luminiscencia se investigaron mediante los métodos de Termoluminiscencia (TL) y Luminiscencia Ópticamente Estimulada (LOE). A partir de las medidas de Difracción de Rayos X (DRX) y utilizando el método de refinamiento de Rietveld se determinó la fase, la estructura y el tamaño medio cristalino de todas las muestras sintetizadas, además de verificar el efecto de la temperatura de calcinación después de síntesis sobre su estructura cristalina del material. Los estudios de TL en muestras en forma de polvo revelan un pico ancho centrado en 220 °C con una banda de emisión TL en 410 nm. A partir de los estudios de Tm-TSTOP, E-TSTOP, CGCD y el resultado de espectro de emisión TL, proponemos un modelo fenomenológico simplificado de bandas utilizando siete trampas de electrones y un centro de recombinación que participan en la emisión del pico TL centrado en 220 °C. En el material dopado con 0.10 mol% en forma de polvo se observó fenómenos sin precedentes de ganancia de luminiscencia de hasta 115 veces en relación a la muestra sin dopaje, además se observó una ganancia de 10 veces en su intensidad TL con una calcinación a 1300 °C en relación a la muestra dopada con 0.10 mol% de Ce. Por otro lado, la muestra en pastilla dopada con 0.25 mol% de Ce obtenida por sinterización a 1300 °C posee la mayor intensidad TL. La respuesta termoluminiscente de las pastillas sinterizadas a base de Ca2Al2SiO7 con 0.25 mol% Ce se investigó después de la exposición a fuentes de radiación gamma y ultravioleta (UV), evaluando sus principales características dosimétricas tales como: respuestas a la dosis de rayos gamma y UV, reproducibilidad, desvanecimiento, linealidad, sensibilidad, y mínima dosis de detección. Estos estudios iniciados con pastillas de Ca2Al2SiO7 con 0.25 mol% indican su potencial aplicación en la dosimetría ambiental y personal, por lo tanto, su aplicación práctica debe ser evaluado en trabajos futuros. Finalmente, se ha utilizado la técnica espectroscópica de resonancia paramagnética electrónica (EPR) para identificar los centros de defectos responsables por la emisión TL en el cristal de Ca2Al2SiO7 dopado con Ce. El espectro EPR observado resulta de una superposición de tres centros de defectos. El centro I, con un valor g de 2.0090, que se asigna a un ion O- y presenta una interacción hiperfina con un núcleo cercano con espín 3/2. Este centro tiene correlación con el pico TL a 220 °C. El centro II, con un valor g isotrópico de 2.0073, también es atribuido a un ion O- y se correlaciona con el pico TL dominante a 220 °C. El centro III tiene un valor g igual a 2.0076 y se identifica como un centro F+ (vacancia de oxígeno individualmente ionizada).