Cintiladores baseados em vidros silicatos para espectroscopia de raios gamma

• Processo: 14/12627-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2014
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2015
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Andrea Simone Stucchi de Camargo Alvarez Bernardez
• Beneficiário: Lakshmi Narayana Gandham
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07793-6 - CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros, AP.CEPID
• Assunto(s): Raios gama Células de combustível
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: fuel cells | gamma radiation | gamma ray detectors | scintillating materials | silicate glasses and glass ceramics | sol gel chemistry | Propriedades ópticas e espectroscópicas de materiais

Resumo

Recentemente, a comunidade científica tem testemunhado a descoberta de novos materiais inorgânicos cintiladores e numerosos avanços no entendimento dos processos físicos que governam a transformação de radiação ionizante em luz cintiladora. Materiais cintiladores podem ser orgânicos e inorgânicos e operarem como gases, líquidos e sólidos (no estado vítreo ou cristalino). Em cada caso o material deve ser transparente à sua própria luz cintiladora e consistir de um centro emissor em uma matriz adequada. Em particular, os cintiladores inorgânicos são largamente aplicados para detecção de radiação gamma. A seleção do detector ocorre com base nos requerimentos para alta eficiência, resolução de energia e temporal, tempo morto, resolução espacial, a possibilidade de sintetizar peças relativamente grandes, a qualidade do material (resistência à radiação, propriedades mecânicas, etc.) e o custo. Em muitos casos, a resolução de energia é muito importante. Os raios gamma interagem com o cintilador através de: 1) interação fotoelétrica (dominante abaixo de 500 keV), 2) Espalhamento Compton (dominante em torno de 1 MeV), ou 3) criação de pares (dominante bem acima do limiar em 1.02 MeV). Neste projeto de pesquisa propomos sintetizar vitrocerâmicas de alta qualidade baseadas em silicatos, contendo nanocristais de LSO ou YSO ou GSO:Ce3+, através do processo sol-gel, para aplicações como cintiladores de raios gamma com resolução de energia relativamente alta. As cerâmicas nanoparticuladas de silica serão caracterizadas sistematicamente do ponto de vista estrutural (XRD, SEM-EDX), químico (FTIR, RAMAN), térmico (TG/DTA/DSC), espectroscópico (UV-VIS, PLE, PL, RL), espalhamento de luz, medidas de tempod e vida de estad excitado, e propriedades cintilantes). As vitrocerâmicas de silica transparentes, contendo uma fração volumétrica de ~50-60% com nanocristais de LSO ou YSO ou GSO:Ce3+ com tamanho <10 nm de diametro, serão comparadas com os cristais bulk de LSO ou YSO ou GSO: Ce3+ e outros cintiladores, para determinar o mérito de nossa metodologia sol-gel e para identificar potenciais caminhos para comercialização. Uma vez que os materiais a serem sintetizados contém gadolínio (Gd) com alto número atômico, estes materiais podem ser eficientemente utilizados para detectar raios gamma e raios-X com aplicações em tomografia computadorizada (CT), tomografia de emissão de pósitron (PET), tomografia computadorizada de emissão de único fóton (SPECT) e em segurança nacional.