Desenvolvimento de cristais baseados em iodeto de césio para aplicação como detectores de radiação

Abstract

Cintiladores inorgânicos com tempo de decaimento de luminescência rápido, densidade alta e boa produção de luz têm sido objeto de estudos para aplicações em física nuclear, física de energias altas, tomografia nuclear e outros campos da ciência e da engenharia. Cristais de cintilação baseados em iodeto de césio (Csl) são materiais que apresentam higroscopia relativamente baixa, número atômico alto, fácil manuseio e custo baixo, características que favorecem o seu uso como detectores de radiação. Neste trabalho descreve-se a obtenção de cristais Csl puro, Csl:Br e Csl:Pb, utilizando-se a técnica de Bridgman. A concentração do elemento dopante bromo (Br) foi estudada no intervalo de 1,5x10-1 M a 10-2 M e o elemento chumbo (Pb) no intervalo de 10-2 M a 5x10-4 M. Para avaliar os cintiladores desenvolvidos foram efetuadas medidas sistemáticas de emissão de luminescência e tempo de decaimento de luminescência para a radiação gama, ensaios de transmitância óptica, ensaios de microdureza Vickers, determinações da distribuição dos dopantes ao longo dos cristais crescidos e análise da resposta dos cristais à radiação gama no intervalo de energia de 350 keV a 1330 keV e partículas alfa provenientes de fonte de 241Am com energia de 5,54 MeV. Os resultados obtidos de tempo de decaimento de luminescência para os cristais CsI:Br e CsI:Pb, no intervalo de 13 ns a 19 ns, mostraram-se promissores para medidas de alta energia. O estudo de microdureza mostrou um aumento significativo em função da concentração dos elementos dopantes, quando comparado ao cristal Csl puro, melhorando desta forma a resistência mecânica dos cristais crescidos. A validade de utilização desses cristais como sensores de radiação para medidas de radiação gama e partículas alfa, pode ser demonstrada pelos resultados da resposta à radiação.