Vidros dopados com íons terras raras para detectores de radiação de alta energia - Reis, Vitor de Lima (2023)
Vidros fluorofosfatos (FP) com diferentes razões de fosfato/fluoreto (P/F), foram estudados com a finalidade de combinar e compreender a sinergia entre a excelente capacidade de formação vítrea dos vidros fosfatos com as propriedades ópticas favoráveis dos fluoretos (e.g. alta eficiência de emissão de íons terras raras (TR) devido a baixas energias de fônon). A incorporação de íons TR nos vidros associada às características acima citadas têm sido amplamente estudadas para aplicações em dispositivos fotônicos de alta eficiência. Neste trabalho, propomos um novo sistema vítreo baseado em polifosfato de gálio, fluoreto de gálio e de metais de alcalinos terrosos com diferentes razões P/F na seguinte composição: xGa(PO3)3 – (39,5-x)GaF3 – 20SrF2 – 20ZnF2 – 20BaF2 – 0,5Eu2O3 (x = 5; 10; 15; 20 e 25). O íon Eu3+ foi utilizado como sonda estrutural, com o intuito de compreender e correlacionar as propriedades fotoluminescentes com a razão P/F, e caracterizar a evolução estrutural no ambiente químico dos TR. Portanto, a caracterização das propriedades físico-químicas dos vidros foi realizada através de análises estruturais, térmicas e espectroscópicas (Raman, UV-vis, fotoluminescência de emissão e excitação, calorimetria diferencial exploratória e medidas de densidade volumétrica). Os resultados permitiram correlacionar os parâmetros obtidos por espectroscopia de fotoluminescência do íon Eu3+ com a evolução estrutural para as amostras com diferentes relações P/F. Os resultados evidenciam que o ambiente local do íon TR é dominado por ligantes fluoretos, enquanto sua estrutura vítrea é dominada por unidades de ortofosfato e ligações P–O–Ga. Adicionalmente, a amostra base que apresentou boa estabilidade térmica com menor relação P/F foi escolhida e dopada com Ce3+ para estudos de potencial aplicação como detector de radiação ionizante. A dopagem foi feita a partir da composição nominal: (10-x)Ga(PO3)3 – (90-x)(30GaF3 – 20SrF2 – 20ZnF2 – 20BaF2) – xCeCl3 (x = 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 5 e 6) e suas propriedades fotofísicas foram estudadas. Os vidros dopados com Ce3+ apresentaram uma banda larga de emissão entre 300 e 400nm, característica de transições 5d1 → 4f1 (2F5/2) com tempo de vida na faixa de dezenas de nanossegundos. Após excitação por raios X, uma emissão larga também foi observada entre 300 e 700nm. Para as amostras dopadas com Eu3+, a principal emissão observada está em torno de 610nm, permitindo a detecção por fotomultiplicadoras (PMT) disponíveis comercialmente e bastante sensíveis nesta região. Em geral, as características dos vidros obtidos neste trabalho indicam a potencialidade dos mesmos como cintiladores.