Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-04T12:27:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Leonardo Bruno Ferreira de Souza.pdf: 4863588 bytes, checksum: 46229304e5a400a3ac96993734dc57b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T12:27:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Leonardo Bruno Ferreira de Souza.pdf: 4863588 bytes, checksum: 46229304e5a400a3ac96993734dc57b7 (MD5) Previous issue date: 2013 / CNPq / Com o uso crescente da termoluminescência (TL) e da luminescência opticamente estimulada (LOE) nos protocolos de datação torna-se cada vez mais necessário um melhor entendimento das propriedades luminescentes do quartzo. Como se sabe, as emissões TL e LOE estão associadas aos centros luminescentes, que são defeitos pontuais na estrutura dos cristais dielétricos estão diretamente relacionados à sensibilidade luminescente. Até então, observou-se que a mudança na sensibilidade luminescente ocorre em procedimentos que envolvem aquecimento, irradiação e exposição à luz. Mas, esta propriedade ainda não está bem caracterizada e, para finalidades como datação e dosimetria retrospectiva, representa uma dificuldade para estimar a dose absorvida. Neste contexto, o objetivo desse trabalho foi estudar o efeito da sensibilização por tratamentos térmicos e altas doses de radiação nas respostas TL e LOE de cristais de quartzo natural e analisar estas respostas em função das concentrações de defeitos pontuais responsáveis pelos mecanismos das emissões luminescentes. Para isso, foram utilizados cristais de quartzo natural procedentes de Solonópole (CE) e Pouso Alegre (MG). As respostas TL foram estudadas considerando as curvas de intensidade, os parâmetros cinéticos e o espectro de emissão TL. As respostas LOE foram avaliadas considerando as curvas de decaimento e as curvas de intensidade com estimulação linearmente modulada (LOE-LM). Os sinais TL e LOE foram relacionados em medidas da TL fototransferida e da estabilidade térmica dos sinais TL e LOE. O estudo da dessensibilização da resposta TL foi realizado em procedimentos que envolveram altas doses de radiação gama (200 kGy), tratamentos térmicos (até 600 °C) e exposição à luz azul. Os defeitos pontuais foram caracterizados em diferentes condições de sensibilização. Os centros associados aos grupos OH, os centros [AlO4]0, [GeO4/Li]0, [E’1-Ge]0 e [O3-2/Li]0 foram identificados utilizando espectroscopia de absorção no infravermelho, ultravioleta-visível e por ressonância paramagnética eletrônica (RPE). Os resultados mostraram que o procedimento utilizado para sensibilizar o pico TL a ~300 °C (25 kGy + 400 °C) também sensibiliza o sinal LOE. Os espectros de emissão TL revelaram que o pico sensibilizado emite luz a 480 nm. No sinal LOE, a componente rápida foi a que apresentou a maior sensibilização. O estudo da estabilidade térmica dos sinais TL e LOE mostrou a existência da relação entre o pico TL sensibilizado e a componente rápida do sinal LOE. Nas medidas da TL fototransferida observou-se que as armadilhas profundas são sensíveis à luz azul. Por sua vez, no estudo da dessensibilização TL verificou-se que as armadilhas profundas desempenham o papel de armadilhas competidoras. Essas armadilhas são esvaziadas por tratamentos térmicos e exposição à luz azul. Observou-se ainda que a maior concentração dos centros de defeitos associados aos grupos OH resultou em menor sensibilização. O sinal RPE dos centros [E’1-Ge]0 e [O3-2/Li]0 foram os únicos observados após a sensibilização. Esses centros foram associados as armadilhas profundas competidoras. Os resultados indicaram que o centro [GeO4/Li]0 atua como armadilha eletrônica responsáveis pelo sinal luminescente do quartzo sensibilizado. Com base nesses resultados foi proposto um modelo que descrevesse a emissão luminescente do quartzo sensibilizado, identificando os centros de defeitos responsáveis pelo armadilhamento e recombinação dos portadores de carga.

A radiação ionizante é amplamente utilizada em diversas áreas na indústria e na medicina. No campo da medicina, a radiação ionizante é utilizada tanto para fins terapêuticos como para fins diagnósticos, abrangendo assim um grande intervalo de doses de diferentes tipos de radiações. Para certificar que a finalidade da prática esteja sendo alcançada, são necessários estudos detalhados de detectores e dispositivos que atendam aos diferentes tipos de radiações. Neste trabalho foi realizado um estudo das características dosimétricas de amostras de BeO em feixes padronizados de radiodiagnóstico convencional, mamografia e tomografia computadorizada, utilizando as técnicas de termoluminescência (TL) e luminescência opticamente estimulada (OSL) e propondo um sistema adequado para sua utilização em dosimetria de feixes. Os principais resultados obtidos foram: alta sensibilidade à luz branca durante a irradiação, boa reprodutibilidade das respostas TL e OSL (coeficientes de variação inferiores a 5%), parâmetros cinéticos correspondentes aos valores obtidos em todos os métodos testados, sem fading dentro do período estudado para ambas as técnicas. As características dosimétricas obtidas neste trabalho mostram a possibilidade de aplicação das amostras de BeO em dosimetria da radiação X, considerando os intervalos de dose empregados, pelas técnicas de TL e OSL. Assim, as amostras de BeO apresentaram sua utilização potencial para dosimetria de feixes de radiodiagnóstico convencional, mamografia e tomografia computadorizada. / The ionizing radiation is widely used in several areas in industry and medicine. In the field of medicine, the ionizing radiation is used both for therapeutic purposes and for diagnostic purposes, thus covering a wide range of doses of different types of radiation. To certify that the goal of practice is being achieved detailed studies of detectors and devices that respond to different types of radiation are required. In this work, a study of dosimetric characteristics of BeO samples was performed in standard beams of conventional diagnostic radiology, mammography and computed tomography, using the techniques of thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL), and proposing a suitable system for its use in beam dosimetry. The main results obtained were: high sensitivity to white light during the irradiation, good reproducibility of responses TL and OSL (coefficients of variation of less than 5%), and kinetics parameters corresponding to the values obtained in all of the tested methods, without fading within the observed period for both techniques. The dosimetric characteristics obtained in this work show the possibility of application of BeO samples for dosimetry of X radiation, considering the tested dose interval, by the TL and OSL techniques. Thus, the BeO samples presented potential use for dosimetry of conventional diagnostic radiology, mammography and computed tomography beams.

Estudos dosimétricos em hidroxiapatita (HAp) podem ser utilizados para a determinação da dose absorvida em tecidos duros em diversas situações, tais como acidentes radiológicos, controle de processos de esterilização e datação arqueológica. Essa tese apresenta estudos da resposta à dose de radiação tanto do sinal de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) quanto de termoluminescência (TL) para HAp. A fauna de mamíferos fósseis encontrada na Planície Costeira do Rio Grande do Sul é conhecida desde o final do século XIX, porém ainda pouco se sabe sobre seu contexto bio e cronoestratigráfico. Neste trabalho foram datadas, por RPE, onze amostras de dentes de mamíferos extintos, coletados no Arroio Chuí e ao longo da praia, proveniente do sul da costa do Rio Grande do Sul. As idades obtidas para essas amostras contribuem para um melhor entendimento da origem dos depósitos fossilíferos. Em um segundo momento do trabalho, é proposto um novo procedimento de decomposição de espectros complexos de RPE, voltados para a dosimetria e datação. O método consiste na utilização de funções do pacote de funções do software \"Easyspin\", que é gratuito, associadas a métodos de minimização de funções. Após a validação, o método foi aplicado na decomposição de espectro de duas amostras de dentes de Stego-mastodon waringi, provenientes do nordeste do Brasil. A decomposição visa verificar o efeito que tem as componentes sobrepostas ao sinal dosimétrico sobre o cálculo da dose acumulada e mostrou-se útil para melhorar a precisão na determinação da dose. Por fim, hidroxiapatita sintética carbonatada do tipo-A e hidroxiapatita natural extraída de dentes fósseis foram caracterizadas por TL. Os resultados obtidos por essa técnica mostrou que esses dois tipos de amostra são capazes de responder a radiação ionizante. Contudo, esses mesmos resultados também revelaram a impossibilidade de se fazer dosimetria por termoluminescência com fins à datação, para esse tipo de amostra. / Dosimetric studies on hydroxyapatite (HAp) can be used to determine the absorbed dose in hard tissues in several situation, such as radiologic accidents, control of sterilization process and archaeological dating. This PhD thesis presents studies about radiation dose response assessed by electron paramagnetic resonance (EPR) as well as thermoluminescence in HAp. The fossil mammalian fauna from the Coastal Plain of Rio Grande do Sul State has been known since the late XIX century; however, its biostratigraphic and chronostratigraphic context is still poorly known. The present works describes the results of electron spin resonance (ESR) dating on teeth of extinct mammals collected along the Chuí Creek and coastline. The ages obtained for these samples contribute to a better knowledge about the origin of these fossil. In a second stage of this work, we propose a new EPR spectrum deconvolution (or decomposition) procedure aimed to dosimetry and dating. The method uses the EasySpin (a freeware software) set of functions associated with minimization procedures. After validation, the method was applied in spectrum deconvolution of two Stegomastodon waringi enamel samples, originated from northeast of Brazil. The spectrum econvolution is aimed to verify the superposed components effects on the dosimetric signal over the accumulated dose calculation. The results have shown to be helpful in improving the dose calculation accuracy. In the last stage of this work, synthetic carbonated A-typ hydroxyapatite and natural one were investigated by Thermoluminescence. The obtained results shown that the two samples respond linearly to the ionizing radiation dose. However, the short thermoluminescent glow-peak lifetime suggest that it\'s inadequate for dating purpose.

Lapis Lazuli é um mineral de silicato, que foi objeto do presente estudo. Trata-se de uma solução sólida complexa de outros quatro minerais de silicato, a saber: sodalita, noselita, huainita, e lazurita. Essa composição da solução sólida não permite estimar a porcentagem de cada mineral componente, no analise de fluorescência de raios X, onde se obteve que os principiais óxidos componentes do lapis lazuli são, (em % mol) SiO_2 (33,2), CaO (16,3), MgO (12,1) e Al_2 O_3 (10,1) e, em menor concentração , Na_2 O (6,10), SiO_3 (5,90), Fe_2 O_3 (2,05), K_2 O (1,90) e outros óxidos em concentrações menores. Para a caracterização da amostra de lapis lazuli, foram utilizados termoluminescência (TL), ressonância paramagnética eletrônica (EPR) e técnicas de espectroscopia de reflectância. Em TL, é claro, as curvas de emissão da amostra natural, irradiada ou com tratamento térmico têm sido utilizadas. Uma curva de emissão da amostra natural apresentou picos em 296°C e a 372°C , mas as amostras irradiadas mostraram picos em 140°C, 250°C e 350°C. Logo mostrou - se que o pico em 140°C, é na verdade, uma sobreposição dos picos em 116°C e 160°C. O segundo pico cresce linearmente com a dose até cerca de 7000-8000 Gy. O lápis-lazúli apresenta um decaimento anômalo. O primeiro pico decaiu a partir de 3400 (u.a) para 1700 (u.a), em 45 horas, o segundo pico decaiu a partir de 8500(u.a) para 3000 (u.a), nas mesmas 45 horas. Para a Avaliação da parâmetros E e s, o método de forma de pico e Tm- Tstop. O terceiro método com base em diversas taxas de aquecimento para a leitura TL, com a utilização direta do método resultou em valores de E e s irrealistas. Não se encontrou a explicação por que, mas ao fazer deconvolução das curvas de emissão para cada taxa de aquecimento encontramos resultados mais realistas. A deconvolução mostrou quatro picos em 110°C, 146°C, 191°C 245°C, com valores E, respectivamente iguais a 1,229 eV ; 1,23eV; 1,24eV e 1,25eV . O espectro de EPR da amostra experimental apresentou seis sinais de Mn^(2+) e um sinal grande de Fe^(3+) com g= 2,0. A irradiação da ordem de dezenas de kGy produzido um sinal em torno de g=2,003 devido ao centro em F induzido pela radiação. O espectro de refletância mostra um vale em torno de 600 a 800 nm, que corresponde a uma banda de absorção do mesmo comprimento de onda e é responsável pela coloração azul. / Lapis Lazuli is a natural silicate mineral investigated in the present work. It is a complex solid solution of four other silicate minerals, sodalite, Nosean, Hanyne and Lazurite. This compositon of solid solution does not allow the estimate of the percentage of each mineral component from the result of X ray fluorescence analysis, which has revealed as main oxide components of lapis lazuli as (in mol % ) SiO_2 (33,2), CaO (16,3), MgO (12,1) and Al_2 O_3 (10,1) and in smaller concentrations Na_2 O (6,10), SiO_3 (5,90), Fe_2 O_3 (2,05), K_2 O (1,90) plus others in even smaller concentration. For the characterization of the lapis lazuli sample, we used thermoluminescence (TL), electronic paramagnetic resonance (EPR) and reflectance spectroscopy techniques. In TL, of course, glow curves of natural or irradiated or annealed samples have been used.\\\\ A typical glow curve presented peaks at 296.5°C and at 372°C, but irradiated sample has shown peaks at 140°C, 250°C and 350°C. Later it was shown that 140 °C peak is actually a superposition of 116°C and 160°C peaks. The second peak is the prominent one and its height grows linearly with the dose up to about 7000 to 8000 Gy. Lapis lazuli presents an anomalous fading. The first peak decays from 3400 (a.u.) to 1700 (a.u.) in 45 hours, the second peak decays from 8500 (a.u.) to 3000 (a.u.) in the same 45 hours. For the evalution of parameters E and s, peak shape method and Tm-Tstop methods have been used. The third method based on various heating rates for TL reading, with the direct use of method yielded unrealistic E and s values. We did not find explanation why, but doing the deconvolution of glow curves for each heating rate we found more realistic results. The deconvolution has shown four peaks at 110°C, 146°C, 191°C ands 245°C with E-values, respectively equal to 1.229eV, 1,23eV, 1.24eV and 1,25 eV. The EPR spectrum of natural sample consisted of six signals of Mn^(2+) and strong Fe^(3+) signal at g=2,0. The irradiation of the order of tens of kGy produced a signal around g=2,003 due to radiation induced F-center. The reflectance spectrum shows a dip around 600- 800nm which corresponds to an absorption band of the same wavelength and is responsible for blue colour.

No presente trabalho foram estudadas algumas propriedades de Termoluminescência (TL), Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) e Refletância de uma amostra natural e de amostras artificiais de diopsídio. A curva de emissão TL das amostras tratadas termicamente a 600 `GRAUS´ C/1hr e irradiadas com dose gama mostraram um pico em aproximadamente em 160 `GRAUS´ C, que depois ficou demonstrado ser uma superposição de três picos em 160 `GRAUS´ C, 197 `GRAUS´ C e 230 `GRAUS´ C, além dos picos TL em 300 `GRAUS´ C, 350 `GRAUS´ C e 450 /C, mas de intensidade bem menor que os dos outros. Foram produzidas amostras artificiais de diopsídio, pelo método de devitrificação, uma pura e outras dopadas, separadamente, com Al, Fe e Mn. A amostra artificial pura apresentou todos os picos entre 160 e 350 `GRAUS´ C, encontrados no diopsídio natural, indicando que todos esses picos são devido a defeitos intrínsecos. A presença de Al e Mn afeta esses picos TL. O Fe, conhecido como \"killer\" abafa praticamente todos os picos, exceto o de 450 `GRAUS´ C que não depende de irradiação como os outros. O espectro de emissão TL da amostra natural apresentou uma banda em 435 nm indicando que só há um centro de recombinação, que é devido à presença de Al. A sensibilidade TL aumenta com o tratamento térmico antes da irradiação. Os picos TL crescem linearmente com a dose gama de irradiação, exceto na amostra artificial dopada com Al onde o pico em 410 `GRAUS´ C cresce sublinearmente. A irradiação UV produz decaimento na intensidade TL (fotoesvaziamento). Por outro lado induz picos TL em 90 `GRAUS´ C e 170 `GRAUS´ C nas amostras naturais pré-recozidas a 600 `GRAUS´ C por uma hora, picos não observados com banda em 1050 nm também foi observada no diopsídio artificial dopado com Fe; as bandas em 1390 nm (OH), 1910 nm H2O, 2310 nm e 2385 nm decrescem de intensidade com o aquecimento, sendo que algumas até desaparecem. No espectro de RPE foram detectados três centros. Um devido ao `Mn POT.2+´, cujo espectro RPE da amostra em pó apresenta as seis linhas hiperfinas típicas na região de 3000 a 4500 G, sendo que esses sinais não são afetados pela radiação gama e nem pelo recozimento térmico. Na amostra monocristalina orientada na direção z foram observadas todas as linhas do `Mn POT.2+´. O segundo centro é devido ao `Fe POT.3+´ em g=4,3, o recozimento na região de 500 até 900 `GRAUS´ C mostrou que o íon `Fe POT.2+´ oxida-se para `Fe POT.3+´, esse mesmo comportamento foi observado nas medidas de refletância. O terceiro centro identificado por RPE localizado em g=2,007, é o `E\' IND.1´. Os três centros observados por RPE na amostra natural, foram confirmados nas amostras artificiais de diopsídio. A emissão de luz TL envolve centros de Ti, de Al e centros `E\' IND.1´. O seguinte mecanismo de emissão TL e formação dos picos TL entre 160 e 230 `GRAUS´ C, em torno de 300 `GRAUS´ C e em torno de 350 `GRAUS´ C, é proposto: A irradiação cria os centros de Ti, de Al e o centro `VO POT.2-´. `VO POT.2-´ corresponde à vacância de oxigênio que capturou dois elétrons. Durante o aquecimento: Entre 150 e 250 `GRAUS´ C, o centro `VO POT.2-´ libera um elétron, que se recombina com os centros de Ti e de Al dando lugar ao centro `E\' IND.1´ e emissão de luz TL de 435 nm. O pico TL em torno de 160 `GRAUS´ C, composto de 3 picos é formado. O centro de Ti é eliminado, mas parte do centro de Al ainda permanece. Entre 250 e 300 `GRAUS´ C, os centros `VO POT.2-´ continua emitindo elétrons, cada um dos quais se recombina com uma parte do centro de Al remanescente emitindo a luz TL de 435 nm e formando mais centros `E\' IND.1´. Como, experimentalmente, se sabe que a concentração de centros `E\' IND.1´ atinge o máximo em 300 `GRAUS´ C, é natural admitir que, todos os centros `VO IND.2-´ se converteram em centros `E\' IND.1´. Entre 300 e 400 `GRAUS´ C, os elétrons dos centros `E\' IND.1´, formados acima, são liberados, cada um dos quais se recombina com os centros de Al que restam, observando-se a emissão de luz TL em 435 nm. Nessa temperatura, tanto os centros `E\' IND.1´ dão lugar às vacâncias de oxigênio VO, como os centros de alumínio [`AlO IND.4´/h] dão lugar aos centros `[`AlO IND.4´] POT.-´ que, para neutralidade de carga atraem íons alcalinos `M POT.+´ para formarem os centros `[`AlO IND.4´/`M POT.+´] POT. 0´. O pico em 350 `GRAUS´ C é originado nesse processo. A partir de diopsídio natural foi obtido vidro. O vidro apresentou sinais RPE de `Fe POT.3+´ em torno de 1700 G e as seis linhas típicas do `Mn POT.2+´ em torno de 3470 G. Uma banda de refletância devido a `Fe POT.2+´ com um máximo ao redor de 1000 nm é observada. / Diopside of chemical formula, CaMgSi2O6, a natural silicate mineral has been investigated concerning its Thermoluminescence (TL), Electron Paramagnetic Resonance (EPR) and Reflectance properties. Synthetic, pure or doped diopside, produced in the laboratory, has been investigated. Samples annealed at 600 `GRAUS´ C for one hour, to eliminate previously induced TL, and irradiated at several gamma-doses, presented glow curves with TL peaks around 160, 300, 350 and 450 `GRAUS´ C. Later on, the broad peak around 160 `GRAUS´ C was proved to be a superposition of peaks at 160, 197 and 230 `GRAUS´ C. The pure synthetic diopside presented TL peaks at 160 to 350 `GRAUS´ C, indicating that these peaks are due to intrinsic defects. Synthetic samples containing Al or Mn have indicated that these dopants interfere with TL peaks found in the natural diopside. Fe, on the other hand, known as \"killer\", precludes the appearance of all the peaks, except at 450 `GRAUS´ C, peak that is not affected by radiation and heat. The TL emission spectrum has presented only one band around 435 nm. This fact indicates that there is only one kind of recombination center. An annealing at temperatures above 800 `GRAUS´ C up to 1000 `GRAUS´ C yields an enhancement in the TL sensitivity up to a factor of 2. Beyond 1000 `GRAUS´ C heating, an opposite effect takes place. Except for 410 `GRAUS´ C peak found in the Al-doped artificial diopside, all the other peaks grow linearly with radiation dose, but saturate beyond `DA ORDEM DE´ kGy. In a previously gamma-irradiated sample, all the peaks are bleached rapidly under ultraviolet radiation shining. The UV light, on the other hand is able to induce TL, however only TL peaks around 90 and 170 `GRAUS´ C are observed. No explanation has been found as yet, why gamma-rays and UV light induce TL with different results.The spectrum of reflectance has shown several bands at 1050, 1390, 1910, 2310 and 2385 nm. The 1050 nm band is due to Fe2+ which is substitutional to a Mg2+ ion. This band was also observed in Fe- doped synthetic diopside. 1390 nm band is due to OH and 1910 nm to H2O; they, together with 2310 and 2385 nm bands decrease with temperature. In the EPR measurements, hyperfine signals due to Mn2+ in the region of 3000 to 4000 Gauss, g=4.3 Fe3+ signal and g=2.007 lines due to `E\' IND.1-´ center have been detected. Two first ones do not depend on irradiation. On the other hand, an annealing between 500 and 900 `GRAUS´ C decreases 1050 nm Fe2+ band followed by increase in g=4.3 Fe3+ lines, because of the oxidation of Fe2+ converts this ion into Fe3+ ion. The EPR signal of `E\' IND.1´ center increases with temperature, reaching a maximum value at 300 `GRAUS´ C, but decreasing for higher temperatures, with its extinction at 400 `GRAUS´ C. The TL light emission involves `i- , Al- and `E\'IND.1-´ centers. The following mechanism is here proposed. The irradiation creates Ti- , Al- and `VO POT.2-´ - centers. where the is an oxygen vacancy has captured two electrons. Ti- and Al- centers are of the form [`TiO IND.4´/h] and [`AlO IND.4´/h], respectively, where h denotes a hole. During heating for TL read out: Between 150 and 250 `GRAUS´ C , the `VO POT.2-´ center releases an electron that recombines with the Ti and Al centers giving the `E\' IND.1´ center and emission of light at 435 nm. The TL peak around 160 `GRAUS´ C composed of three individual peaks is formed. The Ti center is eliminated while the Al center still stays. Between 250 and 300 `GRAUS´ C, the `VO POT.2-´ centers continue to liberate electrons and their recombinations with holes in Al centers, result in the emission of TL light at 435 nm. Additional `E\' IND.1´ center is created. Experimentally it is known that the concentration of `E\' IND.1´ centers reaches its maximum at 300 `GRAUS´ C, for this, we can say that all the `VO POT.2-´ centers were converted into `E\' IND.1´ centers. Between 300 and 400 `GRAUS´ C, the `E\' IND.1´ centers liberate their electrons and each one recombines with a hole in remaining Al centers. Then, the TL light at 435 nm is emitted again. At this temperature, the `E\' IND.1´ centers give place to oxygen vacancies VO and the [`AlO IND.4´/h] centers convert to `[`AlO IND.4´] POT.-´ centers. To neutralize the charge this centers attract `M POT.+´ alcali ions to form the `[`AlO IND.4´/`M POT.+´] POT.0´ centers. The TL peak at 350 `GRAUS´ C is due to this process. From the natural diopside samples was obtained glass of diopside. The glass shows EPR component of `Fe POT.3+´ around 1700 G and six typical lines of `Mn POT.2+´ around 3470 G. A reflectance band due to `Fe POT.2+´ at approximately 1000 nm was observed

Neste trabalho a difusão de V, Cr, Mn e Fe por troca iônica, eletrodifusão e implante iônico foi efetuada na amostra natural de berilo incolor (goshenita). As medidas de termoluminescência (TL), ressonância spin paramagnética (EPR) e absorção ótica (AO) foram feitas na amostra natural com a finalidade de comparar as amostras apos a difusão em alguns casos a observação da variação das propriedades medidas. A amostra natural após a irradiação - delta com 10 Gy apresentou 3 picos TL a aproximadamente 150, 250 e 320ºC. Para altas doses o primeiro pico aumentou muito sua intensidade, sobrepondo-se sobre os outros dois picos de temperaturas altas. A amostra natural apresentou sinais EPR referentes aos íons Mn POT.2+ localizados na posição de Al POT.3+ e Fe POT.3+ no canal do cristal. As amostras irradiadas com altas doses de até 10 POT.6 Gy, além dos sinais mencionados, apresentaram novos sinais referentes ao CH IND.3, CO POT.-IND.3, H POT.GRAUS e Fe POT.3+. Este último íon, localizado em um ambiente tetraédrico, tem sinais na região de campos magnéticos baixos. As medidas de obsorção ótica na amostra natural apresentaram bandas muito intensas das moléculas de H IND.2O, situadas no canal, o que indica que os canais dessas amostras estão entupidos destas. A banda típica na região de 820 nm devido ao Fe POT.2+ no canal foi, também observada. As amostras, irradiadas com as mesmas doses que nas medidas de EPR, apresentaram bandas referentes ao Fe POT.+ na posição do Al POT.3+ na região entre 350 e 500 nm, bandas devido ao CO POT.-IND.3 na região entre 570 e 720 nm, o que geralmente é encontrado em berilos de tipo \"maxixe\" e, por último, uma banda na região entre 280 e 350 nm referentes ao Fe POT.3+ na posição do Be POT.2+. Para o processo de difusão, as amostras orientadas com a superfície ao longo do eixo-C PAE e perpendicular a este PEE foram usadas, com as dimensões de ) 8*6*1 mm3. No processo de difusão simples, 3 técnicas foram empregadas e denominadas difusão simples A, B e encapsulado. Para a difusão simples A e encapsulado uma camada fina de sal foi colocado numa das faces da amostra. Nestes dois processos os tempos de difusão foram de 1, 2 e 3 semanas à temperatura de 750ºC. Para a difusão simples B a amostra foi submersa dentro do sal num cadinho e a difusão foi feita à temperatura de 600ºC durante um mês. Para o processo de eletrodifusão uma camada de sal numa das faces da amostra PEE foi colocada (seta sobreE// C). Voltagens de 2500 V/cm e 5000 V/cm foram aplicadas entre os eletrodos. As amostras foram aquecidas até 500ºC. A eletrodifusão ao ar foi feita durante 24 horas e sob vácuo durante 5 dias. Além das experiências de difusão e eletrodifusão também foram feitos implantes de V, Cr, Mn e Fe nas amostras PAE e PEE. A energia usada no processo de implante foi de 400 keV e, as doses recebidas foram de 2.10 POT.16 átomos/cm POT.2 para Fe, Cr e Mn e de 9.10 POT.15 átomos/cm POT.2 para o V. As medidas de EPR, AO e TL das amostras após a difusão, eletrodifusão e implante iônico foram feitas. Devido à baixa concentração de íons difundidos no cristal as medidas de EPR das amostras, em todos os processo de difusão empregados, não mostraram sinais significativos dos íons difundidos com exceção do Fe difundido pelo processo simples A e encapsulado. O mesmo tem acontecido com as medidas de AO. Foram encontradas somente bandas devido aos íons de Fe e Cr na difusão simples A e B. Segundo estes resultados tudo indica que os íons estão se difundindo pelo mecanismo de vacância em maior proporção e em menor por interstícios. As medidas de TL mostraram um aumento considerável nos picos TL de altas temperaturas 250 e 320ºC talvez devido à criação de defeitos de estrutura devido à temperatura de difusão. Segundo os resultados obtidos ) para o coeficiente de difusão e energia de ativação tem se observado que os íons se difundem mais facilmente nas amostras PEE que nas PAE e, dos quatro íons empregados, V, Cr, Mn e Fe), o íon de Fe tem-se mostrado mais fácil de se difundir no cristal. Foi também observado que o campo cristalino exerce influência no processo de difusão. / In the present work diffusion of the ions V, Cr, Mn and Fe was carried out using ionic exchanges, electro diffusion and implant techniques in the natural uncolored beryl (goshenite). For comparison measurements of hermoluminescence (TL), electron paramagnetic resonance (EPR) and optical absorption (OA) were carried out on natural and ion diffused goshenite samples. The TL measurements of natural samples irradiates to 10 Gy additional delta-rays revealed three peaks around 150, 250 and 320GRAUSC. for higher delta doses the first peak intensity increases so rapidly to cover two other TL peaks. The typical Mn POT.2+ and Fe POT.3+ signals are found in the natural samples after EPR measurements. Mn POT.2+ is subtitutional to Al POT.2+ and Fe POT.3+ are located in the channel. Irradiation to 10 POT.6 Gy EPR signals due to CH IND.3, CO POT.-IND.3, H POT.GRAUS and Fe POT.3+ in tetrahedric position are added. The optical absorption spectrum of natural samples is characterized by 820 nm Fe POT.2+ band and very intense H IND.2O molecules band indicating the channels full of water molecules. After 10 POT.6 Gy irradiation absorption bands due to Fe POT.3+ subtitutional to Al POT.3+ between 35C and 500nm, band due to CO POT.-IND.3 between 570 and 720 nm (maxixe type) and a band between 280 and 350 nm due to Fe POT.3+ substituting Be POT.2+ are found. For diffusion thin plates of goshenite 1mm thick were prepared. Those with the surface perpendicular to C-axis was dominated PAE and those parallel to C-axis PEE. In the process of diffusion 3 techniques were used and denominated as: simple diffusion A, B and encapsulated diffusion. For the simple diffusion A and encapsulated a fine layer of salt was put in the faces of the sample. In these two process the diffusion times were of 1,2 and 3 weeks and in a furnace at 750°C. For the simple diffusion B the sample was kept immersed inside of the salt to be diffused during one month at 600°C. the electro diffusion process was also used for PEE plates under a field of 2500V/cm in one case and 5000 V/cm in another. The temperature varied from room temperature up to 500°C for 24 hours. The eletrodiffusion in air atmosphere was made during 24 hours and eletrodiffusion in vacuum for 5 days. Implant of V, C, Mn and Fe ions was also made. The energy used in the implant process was of 400 KeV and, the received doses were of 2.10 POT.16 atoms/cm² for Fe, Cr and Mn and 9.10 POT.15 atoms/cm² for the V. Due to relatively small concentration of ions diffused into the crystal only in the case of Fe introduced by technique A and encapsulated one a significant change in the EPR spectrum was observed. Again only for technique A and B produced variation in the optical absorption spectra. These results indicate the vacancy mechanism for diffusion. The measures of TL showed a considerable increase for the TL peaks of high temperatures 250 and 320°C. according to the results obtained for the diffusion coefficient and activation energy it seems that the ions are diffused more easily in the samples PEE that in PAE and among four ions (V, Cr, Mn and Fe) the ion of Fe has shown to diffuse easily in the crystal. It was also observed that the crystalline field influences the diffusion process.

In this work, initially the radioluminescence (RL) and thermoluminescence (TL) techniques are presented. The radioluminescence is the prompt luminescence emitted by a material under ionizing radiation exposure. The thermoluminescence is the luminescence emitted by a material previously exposed to ionizing radiation when excited by heat. Enegy bands concepts, defects in crystals and the different processes of ionization that take place in matter when exposed to ionizing radiation are briefly discussed in order to present the mechanisms involved in RL and TL processes. The usage of the techniques in characterization of materials and dosimetry is reported, legitimating the importance of the instrument developed. Mechanical and structural parts as well as a description of each component of the instrument are fairly described. The implemented algorithm for controlling the instrument and acquiring data is also discussed. The development of the instrument enabled us to generate temperature ramps with a quite good performance, reaching temperatures up to 500 °C with deviations up to 2 °C, having used heating rates between 0.5 °C/s and 5 °C/s. Calibrations of optical spectrometer used in light collection and irradiation system were carried out. Lastly, TL and RL spectra tests were performed. The RL tests were carried out using several materials which emission spectra are well known by literature, namely, carbon-doped aluminium oxide Al2O3:C, terbium-doped gadolinium oxysulphide Gd2O2S:Tb, europium-doped yttrium oxide Y2O3:Eu and dysprosium-doped calcium borate CaB6O10:Dy. For the TL spectra test, the aluminium oxide doped with carbon Al2O3:C was used. The results of RL and TL spectra tests showed a good agreement with the literature, pointing out that the instrument developed in this work is comparable to others instruments in operation from others research groups, making our results reliable. / Nesse trabalho, inicialmente as técnicas de radioluminescência (RL) e termolumi- nescência (TL) são apresentadas. A radioluminescência é a luminescência imediata emitida por um material quando exposto à radiaçao ionizante. A termoluminescência é a luminescência emitida por um material previamente exposto à radiação quando este é aquecido. Conceitos de bandas de energia, defeitos em cristais e os diferentes processos de ionização que ocorrem na matéria quando exposta à radiação ionizante são brevemente discutidos a fim de apresentar os mecanismos envolvidos na RL e TL. A utilização das técnicas na caracterização de materiais e na dosimetria é reportada, justificando a importância do instrumento desenvolvido. As partes mecânicas/estruturais e uma descrição de cada componente do instrumento são descritos. O algoritmo implementado para controle do instrumento e aquisição de dados é também descrito. O desenvolvimento do instrumento possibilitou a geração de rampas de temperatura com uma boa performance, atingindo até 500 °C com variações de até 2 °C ao utilizar taxas de aquecimento entre 0.5 °C/s e 5 °C/s. Calibrações do espectrômetro óptico utilizado na aquisição da luminescência e do sistema de irradiação foram executadas. Por fim, testes de aquisição de espectros de RL e TL foram realizados. Os testes de RL foram realizados utilizando vários materiais cujos espectros de emissão são bem conhecidos pela literatura, a saber, óxido de alumínio dopado com carbono Al2O3:C , oxisulfeto de gadolínio dopado com térbio Gd2O2S:Tb , óxido de ítrio dopado com európio Y2O3:Eu e borato de cálcio dopado com disprósio CaB6O10:Dy. Para o teste dos espectros de TL, o Al2O3:C foi utilizado. Os resultados dos espectros de RL e TL mostraram concordância com a literatura, indicando que o instrumento desenvolvido é comparável a outros instrumentos em operação de outros grupos, tornando os nossos resultados confiáveis.

Cristais naturais de pumpelita Ca8Al8(Mg,Fe,Mn,Al)[(SiO4)4/(Si2O7)4/(OH)8(H2O, OH)4]), provenientes da mina de Brejui, município de Currais Novos, Rio Grande do Norte, foram investigados através das técnicas de termoluminescência (TL), absorção óptica (AO) e ressonância paramagnética eletrônica (EPR) com o intuito de entender os efeitos da radiação ionizante e de recozimento em altas temperaturas sobre estes cristais. As curvas TL obtidas apresentaram cinco picos, 90, 145, 220, 315 e 390 oC, após terem sido irradiadas para uma taxa de quecimento de 4 °C/s. A decomposição espectral da luz TL foi obtida para todos os picos e presentou uma emissão centrada em 575 nm e largura à meia altura de 75 nm e outras duas emissões menores em 470 nm e 660 nm indicando que o processo TL pode possuir mais de um centro de recombinação, independentemente das temperaturas dos picos. Em um segundo momento, foi investigado o efeito de diferentes tratamentos térmicos pré-irradiação (500, 600, 700, 800 e 900 °C) nas propriedades TL dos cristais. Somente a intensidade das emissões mostrou ser dependente da temperatura destes tratamentos térmicos, a posição dos quatro picos não foi alterada. Os picos em 220 e 390 °C apresentaram grande sensibilidade ao tratamento térmico. Uma análise termogravimétrica mostrou que entre 650 e 800 °C houve grande perda de massa envolvida num processo endotérmico, sugerindo uma provável mudança de estado. O espectro de ressonância paramagnética eletrônica mostra um sinal muito intenso que se estende de 1000 a 6000 Gauss e seis linhas típicas hiperfinas de Mn2+ entre 3000 e 4000 Gauss. O sinal EPR gigante é devido à interação dipolo (magnético) dipolo magnético) de Fe3+. Os espectros de AO de amostras recozidas em 600 °C, 700 °C e 900 °C mostram num resultado muito interessante, a banda em torno de 1060 nm, que, é devida a Fe2+ muda pouco com o tratamento térmico até 800 °C, mas, entre 800 °C e 900 °C a banda decresce. Nessa região de temperatura, ocorre a reação: Fe2+ temperaturae + Fe3+ Fe2+ perde um elétron e se torna Fe3+. Este processo é, também, responsável pelo aumento muito grande da intensidade EPR na região de g = 2,0, em amostras que sofreram recozimentos em temperaturas acima de 850 °C, Nestas temperaturas, a coloração da pumpelita é também afetada. Todos os picos TL sofrem fotoesvaziamento (bleaching), quando a amostra irradiada é exposta a luz UV. / Natural mineral of pumpellyite, one of the members of epidote group has been investigated. With chemical formula (Ca8Al8(Mg,Fe,Mn,Al)[(SiO4)4/(Si2O7)4/(OH)8(H2O, OH)4]), the sample here studied was collected from Brejui Mine, Currais Novos County, state of Rio Grande do Norte. The work was aimed to investigate its thermoluminescence (TL), color centers and electron paramagnetic properties. Annealing at high temperatures, heavy irradiation and UV irradiation techniques have been used. The physical properties of interest are due to the elements composing crystal structure such as Si, Al, Mg, Fe and Mn, however among about twenty elements that can be considered impurities; only Na, K and Cr participate. The TL glow curve obtained from 600 °C for one hour pre-annealed and then - irradiated sample has shown 90, 145, 220, 275 and 390 °C peaks. A heating rate of 4 °C has been used for TL read out. The lowest 90 °C peak is very unstable, however, it is by far the most sensitive one to the irradiation; at 50 Gy -dose its peak height is almost 100 times larger. Among others, the 315 °C peak grows faster. Heat treatments before irradiation increase the sensitivity of TL peaks slowly from 500 to 800 °C, but such increase becomes very large above 800 °C. For example the 390 °C peak sensitivity increases by a factor 100 on going from 500 C to 900 °C annealing. The spectral analysis of the emitted TL light has shown that there are 470, 575 and 600 nm bands indicating that there are at least three recombination centers. The 575 nm is by far the dominating one. The UV light bleaching has shown that all the TL peaks decay fast up to 10 minutes exposure and a residual TL is left after long time exposure. The optical absorption spectrum is characterized by four absorption bands in the visible region, one strong and broad band around 1060 nm and several in near IR region. The 1060 nm band is due to Fe2+ which around 850 900 °C annealing decreases indicating that Fe2+ liberates electrons leaving Fe3+. The EPR spectrum is dominated by Fe3+ spin spin interaction. Mn2+ six hyperfine lines superpose Fe line around g = 2,0. Under 850 900 °C heating, that broad Fe3+ lines becomes stronger and broader due to Fe2+ changing to Fe3+. The EPR intensity of 800 °C annealed sample and then irradiated to 1 kGy - dose increases with microwave power, but start saturation around 30 to 40 mW power.

Os objetivos deste trabalho foram a implantação e a otimização da técnica de sinterização a laser de corpos cerâmicos, o estudo da cinética do processo e a avaliação de propriedades físicas dos compostos Bi4Ti3O12 e Bi4Ge3O12 sinterizadas a laser, em comparação com as cerâmicas processadas em forno convencional. A escolha dos materiais baseou-se em seu potencial de aplicação: o Bi4Ge3O12 como dispositivo cintilador e o Bi4Ti3O12 como cerâmica eletrônica. A sinterização a laser mostrou-se eficiente para estes materiais, produzindo cerâmicas com densidade superior a 98 % e pequeno tamanho de grão. A combinação de pré-aquecimento e subida gradual da potência do laser evitou gradientes de temperatura e taxas de aquecimento excessivos, e reduziu consideravelmente a incidência de trincas e a porosidade nas cerâmicas. No estudo cinético da sinterização a laser, registraram-se energias de ativação inferiores às observadas no processamento convencional, exceto para o BIT no estágio final de sinterização, e os resultados sugerem um adiantamento no processo de sinterização, provocado por efeito da irradiação a laser. A caracterização física do BIT foi feita por espectroscopia de impedância e medidas de histerese ferroelétrica. Comparado à cerâmica convencional, o corpo cerâmico sinterizado a laser apresentou condutividade elétrica 3 vezes menor na região de bulk, maior permissividade dielétrica acima de 300 °C, com igual perda dielétrica, mesmo campo coercitivo e polarização remanescente 35 % superior. A caracterização física do BGO foi feita por medidas de absorção óptica, radioluminescência e termoluminescência. Os resultados mostraram que a cerâmica de BGO sinterizada a laser possui grau de transparência 50 % maior, densidade de defeitos estruturais 2 vezes menor, eficiência levemente superior e mesmo dano por radiação, se comparada à cerâmica sinterizada em forno elétrico. Os resultados obtidos foram interpretados com base na escala de tempo característica da sinterização a laser, que afeta a formação e distribuição dos defeitos durante o processo, e resulta em cerâmicas com microestrutura diferenciada. / The goals of this work were the implantation and optimization of the laser sintering technique for ceramic bodies, the kinetic study of the process and the evaluation of the physical properties of the laser sintered compounds Bi4Ti3O12 and Bi4Ge3O12, compared to ceramics sintered in conventional furnace. The choice of the materials was based on their potential applications: Bi4Ge3O12 as scintillator device and Bi4Ti3O12 as an electronic ceramic. Laser sintering showed to be efficient for these materials, producing ceramics with density higher than 98 % and small grain sizes. The combination of pre-heating with a gradual rising of the laser power prevented excessive temperature gradient and heating rate, and reduced considerably the incidence of cracks and pores in the ceramics. The kinetic study of the laser sintering revealed lower activation energies than that observed in the conventional processing, except for BIT ceramics during the final stage of sintering. The results suggest that the laser irradiation anticipates the stages of the sintering process. The physical characterization of BIT was done through impedance spectroscopy and ferroelectric hysteresis measurements. Compared to the conventional sample, this material presented bulk electrical conductivity 3 times smaller, higher dielectric permittivity above 300 °C, comparable dielectric loss, the same coercive field and 35 % higher remanent polarization. The physical characterization of BGO was done through optical absorption, radioluminescence and thermoluminescence measurements. The results showed that the transparency of the laser sintered BGO ceramic was 50 % higher than the transparency of the conventional BGO ceramic, the density of structural defects is 2 times lower, the radiation damage levels are comparable and the overall scintillating efficiency is slightly higher. The obtained results were interpreted on the basis of the time scale of the laser sintering, which affects the formation and distribution of defects during the process, and results in a particular microstructure.

Neste trabalho, estudou-se as propriedades termoluminescentes e fotoluminescentes (em processo anti-Stokes), além de algumas propriedades químicas e físicas, de amostras sintéticas de KAlSi3O8, dopadas com Mn ou Gd, obtidas por meio da técnica sol-gel. O objetivo principal do estudo foi a obtenção de um novo material, com possibilidades reais de aplicação em dosimetria das radiações ionizantes, como elemento sensor de dosímetros luminescentes. As amostras foram obtidas e trabalhadas na forma de pós com tamanho médio de partícula em 600 nm e suas estruturas composta por uma matriz amorfa e com presença de nano partículas, presente apenas nas amostras dopadas. Os resultados de EPR mostraram que os dopantes incorporaram na matriz sob a valência de Mn2+ e Gd3+ respectivamente. As curvas de emissão TL apresentaram formatos semelhantes para todas as regiões estudadas, com a presença de um pico principal de intensidade alta e reprodutível em torno de 170°C. As curvas de decaimento da LOE da amostra não dopada e dopada com Mn exibiram um decaimento total da luminescência para 40 s de estimulação centrada em 470 nm; por outro lado, a amostra dopada com Gd, exibiu um rápido decaimento da LOE (aproximadamente 71,4 % da intensidade inicial), para os primeiros 40 s de estimulação, seguida por um decaimento mais lento e persistente para o restante do período de estimulação, o que indica claramente a presença de duas componentes de decaimento. As amostras dopadas com Mn apresentaram emissão TL mais intensa em torno 570 nm, sendo mais eficientes para os estudos de TL no VIS; enquanto que, as dopadas com Gd, exibiram emissão mais intensa em 470 nm, porém, devido ao formato dos sinais (presença de um único pico aparente), mostraram-se melhor para os estudos de LOE e TL no UV. As amostras dopadas com 0,5% e 8% em mol de Mn e Gd, respectivamente, apresentaram os sinais luminescentes mais intensos, tanto para LOE quanto para TL. No estudo da dependência energética para diferentes energias de raios-X, o tipo de dopante influenciou no padrão de resposta obtido, tendo sido observado um decréscimo da intensidade luminescente com o aumento da energia para a amostra dopada com Mn; para a amostra não dopada e dopada com Gd, não se observou um padrão de decréscimo ou aumento da intensidade com a energia. As curvas de calibração foram ajustadas por meio de retas com grau de confiabilidade alto (fator R2 próximo a 1), e as menores doses detectáveis variaram entre 20 e 60 mGy aproximadamente. Todas as amostras apresentaram perdas consideráveis de intensidade luminescente com o passar do tempo após irradiação, e que foi de aproximadamente 80%, em média, para os 10 primeiros dias. Concluiu-se que, a princípio, os materiais têm maior possibilidade de aplicação na dosimetria em tempo real do que na dosimetria convencional ou passiva por TLDs, devido a sua alta resposta luminescente. Contudo, estudos futuros a respeito de tratamento térmico prévio, podem viabilizá-los a esta última aplicação. Com relação ao campo de aplicação, sugere-se a dosimetria ambiental, devido aos valores Z obtidos, que estão mais próximos do dos materiais que compões rochas e sedimentos. / In this work the thermoluminescent and photoluminescent properties (in the anti-Stokes process), and some other chemical and physical properties of KAlSi3O8 synthetic samples, doped with Mn or Gd, obtained by sol-gel method, were studied. The main goal of this study was to obtain a new material, with real possibility of application in ionizing radiation dosimetry as sensor element in luminescent dosimeters. The obtained samples were composed of powders with average particle size around 600 nm and they structures were composed of an amorphous matrix with presence of nanoparticles, observed only in the doped samples. The EPR results showed that the dopants incorporated in the matrix in the Mn2+ and Gd3+ valences, respectively. The TL glow curves exhibited a similar pattern for all the studied regions, composed of a main high-intensity and reproducible peak around 170 °C. The OSL shine-down curves for the undoped and Mn doped samples exhibited a total decay of luminescence for 40 s of stimulation centered at 470 nm; on the other hand, Gd doped sample exhibited an quick OSL decay (approximately 71.4 % of the initial intensity), for the first 40 s of stimulation, followed by a slower and more persistent decay, which clearly indicates the presence of two decay components. Mn doped samples showed the highest TL emission around 570 nm, being more efficient for the TL studies in the VIS, while the Gd doped samples exhibited the highest emission at 470 nm; however, due to the obtained curve pattern (with an apparent single peak), they had shown more efficient results for the applications in the UV. The samples doped with 0.5 and 8 mol% of Mn and Gd, respectively, showed the highest luminescent response improvement for OSL and TL. Energetic dependence on different X-rays energies study showed that the dopants changed the obtained response pattern. The Mn doped sample exhibited a decrease in luminescent response, while the Gd and the undoped samples do not show a pattern of decrease or increase in luminescence. The calibration curves were fitted by straight lines with high reliability degree (R2 near to 1), and the lowest detectable doses were between 20 and 60 mGy. All the samples exhibited considerable losses in luminescent intensity with the time after irradiation (about 80% for the firsts 10 days). From the results it was concluded that the studied materials are more applicable to real time than to passive TLD dosimetry, due to their high luminescent response. However, studies about previous heating treatment could make them feasible for the last application. The use of these materials in environmental dosimetry is suggested due to the obtained Z values, which are closer to those which form rocks and sediments.