No mundo de hoje, onde o uso da radiação de diversas naturezas está generalizado, a quantificação da energia depositada por essas diferentes radiações se tornou uma atividade de grande importância, principalmente quando a faixa de energia é considerada elevada, estas altas energias de radiação estão presentes, geralmente, em aceleradores de partículas, reatores nucleares e em irradiadores industriais, por exemplo. Este trabalho tem como objetivo medir altas doses de radiação de raios gama, feixes de elétrons e feixes de prótons utilizando duas variedades de um silicato natural (água-marinha e goshenita) e medir altas doses de nêutrons epitérmicos de alta fluência utilizando dosímetros de Fluoreto de Lítio dopados com Mg, Cu e P (MCP). A técnica utilizada para medir a dose absorvida por esses materiais foi a termoluminescência. As irradiações com raios- γ provenientes de fontes de 60Co foram de 100 kGy a 2000 kGy para a água-marinha e de 600 kGy a 2000 kGy para a goshenita, os resultados de intensidade TL vs Dose mostram que a partir de certa dose - 250 kGy e 1234,8 kGy para água-marinha e goshenita, respectivamente - o sinal TL começa a decrescer. Foi observado neste trabalho que, estes materiais quando irradiados com tais doses e posteriormente irradiados com doses baixas de alguns Gys até cerca de 400-500 Gy, o sinal TL decresce regularmente, podendo ser utilizado na dosimetria das radiações nessa faixa de dose. Para a irradiação de feixe de prótons e de feixe de elétrons foram utilizados dosímetros em placa de goshenita e dosímetros de pastilhas de água-marinha, a carga do feixe de prótons vai de 20 a 216 μC e a dose do feixe de elétrons vai de 10 kGy a 70 kGy. As irradiações com nêutrons epitérmicos utilizando LiF: Mg, Cu, P foram realizadas no reator IEA-R1/IPEN com fluências de 1014 a 1017 n/cm² e a quantificação das doses absorvidas foram realizadas utilizando o método UHTR (Ultra High Temperature Ratio). / In the present days the usage of ionizing radiation from several different sources is spread all over the world. The measurement of the absorbed energy from these radiations became a very important task, mainly when the dose range is considered being in a very high level. These high energies of radiation are associated with particles accelerators, nuclear reactors and industrial irradiators, for example. This work is concerned for measuring high-doses of gamma radiation, electron beams and proton beams using two varieties of a natural silicate (aqua-marine and goshenite) and measuring effects of high-fluence neutrons using LiF: Mg, Cu, P (MCP) detectors. Thermoluminescence was employed to measure the absorbed dose for irradiations with gamma rays ranging from 100 kGy up to 2000 kGy for aquamarine and from 600 kGy and 2000 kGy for goshenite. The TL intensity reaches maximum at 250 kGy in aquamarine and at 1234 kGy for goshenite; this means that for doses larger than 250 kGy in aquamarine and 1234 kGy in goshenite the TL intensity drops. However, the descending part can be used in very high dose dosimetry. Furthermore, has been observed in this study that starting with aquamarine irradiated with 250 kGy and goshenite with 1234 kGy, the subsequent irradiation with doses from low to 400-500 Gy produces a regularly decreasing TL intensity, so that it can be used in radiation dosimetry from low to 400-500 Gy doses. For proton beams, goshenite were used. The beam charge ranges from 20 a 216 μC. For electron beams small pressed pellets of aquamarine were used. The dose ranges from 10 kGy to 70 kGy. The epithermal neutron irradiation was performed at IEA-R1 research reactor at IPEN and MCP-LiF detectors were used to measure the absorbed dose. A method called UHTR (Ultra High Temperature Ratio) was employed for calculating the amount of energy absorbed by the dosimeter. The fluence of epithermal neutrons ranges from 1014 a 1017 n/cm².

Orientador: Keizo Yukimitu / Banca: Ana Maria Osório Araya Balan / Banca: Sonia Hatsue Tatumi / Resumo: A formação geológica Rio Claro constitui um dos mais importantes registros sedimentares cenozóicos da Depressão Periférica Paulista. Apesar de essa formação geológica ser muito estudada, sua idade ainda encontra-se indeterminada. De modo a contribuir aos conhecimentos sobre a formação geológica Rio Claro, o trabalho objetivou um estudo geocronológico de seus sedimentos. Para isso, foram estudas cinco amostras sedimentares coletadas de pontos arbitrários da formação geológica, as quais foram denominadas de DSRC- 09, DSRC-10, DSRC-21, DSRC-22 e DSRC-23, e caracterizadas pela técnica da termoluminescência (TL). Grãos de quartzo de diâmetros entre 75 a 180 μm foram utilizados na caracterização. As amostras apresentaram sinal de termoluminescência natural entre 200 e 450 °C. Com exceção da amostra DSRC 22, todas as amostras apresentaram região de Plateau, que indica a região da curva de emissão que se manteve estável durante o período geológico a temperatura ambiente. A região de Plateau de DSRC-09, DSRC-10, DSRC 21 e DSRC-23 compreendeu o intervalo de temperatura de 320 a 380 °C. Pelo método Tm-Tstop se observou a presença de três picos constituindo a curva de emissão termoluminescente nessa região de temperatura. O nível residual da TL foi obtido após 80 horas de exposição dos grãos de quartzo à luz solar. Os sedimentos apresentaram não estar saturados, pois a intensidade do sinal TL aumentou em função de dose adicional artificial. Para a avaliação da idade dos sedimentos, o pico de 325 °C foi isolado e a energia de ativação foi calculada pelo método de crescimento inicial. As idades de deposição obtidas para as amostras DSRC-09, DSRC-10 e DSRC-21 foram respectivamente de 188.000 anos, 210.000 anos e 166.000 anos. / Abstract: The geological formation Rio Claro constitutes one the most important sedimentary records of São Paulo Peripheral Depression. Although this geological formation is too much studied, its age yet is not determinate. To contribute to knowledge about Rio Claro geological formation, the work aimed a geocronological study of its sediments. For this, five sedimentary samples collected from arbitrary points were studied, which were called DSRC-09, DSRC-10, DSRC- 21, DSRC-22 and DSCR 23, and characterized by thermoluminescence technique. Grains of quartz with diameter between 75 and 180 μm were utilized to characterize it. The samples showed natural thermoluminescence signal between 200 and 450 °C. Except for the sample DSRC 22, all samples showed Plateau region, indicating that the region of glow curve remained stable during the geological time at environment temperature. Plateau region of DSRC-09, DSCR-10, DSRC-21 and DSRC-23 was defined by temperature range of 320 °C to 380°C. The method Tm-Tstop showed that the glow curves are composed by tree peaks in this temperature range. The residual TL was obtained after 80 hours of sunlight exposure. The sediments had not been saturated, because the TL signal intensity increased according to the artificial additional dose. For evaluation of the age sediments, the 325 °C peak was isolated and the activation energy was calculated by the method initial rise. The deposition ages for the samples DSRC-09, DSRC-10 and DSRC-21were respectively 188.000, 210.000 and 166.000 years. / Mestre

Este trabalho foi dividido em duas grandes partes principais, a primeira relacionada ao estudo da luminescência de quatro espécimes de quartzo naturais brasileiros (verde, hialino, rosa e azul) e a segunda trata da confecção e caracterização de amostras sintéticas, baseadas na estrutura do SiO2, obtidas pelo método de sol-gel para fins de dosimetria das radiações ionizantes ambientais. Através da Análise por Ativação com Nêutrons Instrumental (AANI) e Fluorescência de Raios X por Reflexão Total (TXRF), foram determinadas as principais impurezas em concentrações maiores, menores e traços de forma quantitativa e qualitativa, respectivamente. Os espécimes verde e azul foram os que apresentaram as maiores quantidades de impurezas, incluindo metais e elementos terras raras, enquanto que o hialino e rosa são praticamente puros. Suas emissões de TL foram distintas, em termos de intensidade e posição dos picos. Testes de recuperação de dose por luminescência opticamente estimulada (LOE), através dos protocolos de alíquotas múltiplas (MAR) e única (SAR) com doses regenerativas, foram realizados e o espécime verde foi o único que apresentou resultados satisfatórios nesses testes, seguido do azul. Os cristais hialino e rosa apresentaram saturação e curva de crescimento fora da linearidade, onde o primeiro mostrou o efeito da fototransferência para a maioria das análises de SAR. Como os cristais verde e hialino apresentaram resultados opostos, em termos de quantidades de impurezas e emissões luminescentes, foi realizado um tratamento térmico em alta temperatura (1600 °C) para observar o efeito da mudança de fase (cristobalita) nas suas emissões luminescente. Ajustes teóricos das curvas de emissão de LOE contínua, linearmente modulada e TL mostraram que elas seguem o modelo teórico de cinéticas de ordens gerais. Na segunda parte deste trabalho, 32 amostras artificiais, do polimorfo de alta temperatura do quartzo, a cristobalita, foram sintetizadas com diferentes quantidades e tipos de dopantes, baseado nas impurezas determinadas no quartzo verde, utilizando duas rampas de aquecimento nas calcinações (3 e 15 °C/min). Essa parte do trabalho teve como finalidade o estudo do efeito do Fe na emissão luminescente das amostras sintéticas, a reprodução de uma das amostras naturais e produção e caracterização de dosímetros para radiações ionizantes ambientais. A utilização das duas rampas de aquecimento na emissão de TL, de forma geral, não desempenhou papel determinante na intensidade dos picos de altas temperaturas. Já na LOE foi observado que as amostras calcinadas com a rampa de maior temperatura apresentaram resposta à dose mais elevadas. O Fe como dopante em maior quantidade atuou como um inibidor de luminescência tanto na TL quanto na LOE. Uma amostra com características qualitativas semelhante ao quartzo verde, na fase da cristobalita, foi obtida com relativo sucesso utilizando como dopante todas as doze principais impurezas adquiridas para realização deste projeto. Quatro amostras foram sintetizadas com diferentes tipos e quantidades de dopantes para aplicação em dosimetria das radiações. Somente uma destas apresentou resposta linear às doses de radiação utilizando estimulação térmica (TL), cuja mínima dose de detecção (MDD) foi de 172 µGy. Utilizando estimulação óptica (LOE), duas amostras apresentaram comportamento linear com as doses de radiação, em que valores de MDD de ~440 µGy e 405 µGy foram obtidos. / This work was divided into two major parts, the first one related to the study of the luminescence of four Brazilian natural quartz specimens (green, hyaline, pink and blue) and the second one deals with the confection and characterization of synthetic samples, based on SiO2 structure, obtained by means of sol-gel method to environmental ionizing radiation dosimetry. Through Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA) and Total Reflection X-ray Fluorescence (TXRF), the main impurities in major, minor and trace concentrations were determined quantitative and qualitatively respectively. The green and blue specimens presented the highest amounts of impurities, including metals and rare earth elements, whereas hyaline and pink are practically pure. Their TL emissions were distinct, in terms of intensity and peak position. OSL dose recovery tests, using multiple (MAR) and single aliquots regeneration (SAR) dose protocols were performed and the green specimen was the only one which presented satisfactory results in these tests, followed by blue. The hyaline and pink crystals showed saturation and growth curve out of linearity, where the first one showed the effect of phototransference for most SAR analysis. As green and hyaline crystals presented opposite results, in terms of impurities quantities and luminescent emissions, a high temperature (1600 °C) heat treatment was performed to observe the effect of the phase change (cristobalite) on its luminescent emissions. Theoretical adjustments of the CW-OSL, LM-OSL and TL emission curves showed that they follow the theoretical model of general order kinetics. In the second part of this work, 32 artificial samples of the high temperature polymorph of the quartz, cristobalite, were synthesized with different amounts and types of dopants, based on impurities determined in green quartz, making use of two heating rates in the calcinations (3 and 15 °C/min). This part of the work had as purpose the study of the effect of Fe in the luminescent emission of the synthetic samples, the reproduction of one of the natural samples and production and characterization of dosimeters for environmental ionizing radiation. The use of the two heating rates in TL emission, in general, did not play a determining role in the intensity of the high temperature peaks. In the OSL, it was observed that samples calcined with higher heating rate temperature showed higher response to dose. The Fe as a dopant in greater quantities acted as a quencher of luminescence both in TL and OSL. A sample with qualitative characteristics similar to the green quartz, in the cristobalite phase, was obtained with relative success using as dopants all the twelve main impurities acquired for this project. Four samples were synthesized with different types and amounts of dopants for application in ionizing radiation dosimetry. Only one of these showed a linear response to radiation doses using thermal stimulation (TL), with a minimum detectable dose (MDD) of 172 µGy. Using optical stimulation (OSL), two samples showed linear behavior with radiation doses, in which MDD values of ~440 µGy and 405 µGy were obtained.

No campo da medicina, a radiação ionizante é utilizada tanto para fins terapêuticos como para fins diagnósticos, englobando assim um amplo intervalo de doses de diferentes tipos de radiações. Para assegurar que a finalidade da prática esteja sendo alcançada, são necessários estudos detalhados de detectores e dispositivos que respondam a diferentes tipos de radiações. Neste trabalho foi realizada a caracterização dosimétrica de amostras de BeO utilizando as técnicas de termoluminescência (TL) e luminescência opticamente estimulada (OSL) comparando-se as respostas para as radiações alfa, beta e X e propondose um sistema adequado para sua utilização em monitoração de feixes destas radiações. Dentre os principais resultados obtidos estão: alta sensibilidade à radiação beta para ambas as técnicas empregadas, boa reprodutibilidade das respostas TL e OSL (coeficientes de variação inferiores a 5%), uma dependência energética máxima da radiação X de 28% para técnica TL, e de apenas 7% para a técnica OSL, dentro dos intervalos de energia estudados. As características dosimétricas obtidas neste trabalho mostram a possibilidade de aplicação das amostras de BeO em dosimetria das radiações ionizantes X, alfa e beta, considerando os intervalos de dose empregados, pelas técnicas de TL e OSL. Pelos resultados obtidos, as amostras de BeO apresentaram sua utilização potencial para dosimetria de feixes de radiodiagnóstico e radioterapia. / In the medical field, the ionizing radiation is used both for therapeutic and diagnostic purposes, in a wide range of radiation doses. In order to ensure that the objective is achieved in practice, detailed studies of detectors and devices in different types of radiations beams are necessary. In this work a dosimetric characterization of BeO samples was performed using the techniques of thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) by a comparision of their response for alpha, beta and X radiations and the establishment of an appropriated system for use in monitoring of these radiations beams. The main results are: the high sensitivity to beta radiation for both techniques, good reproducibility of TL and OSL response (coefficients of variation lower than 5%), maximum energy dependence of the X radiation of 28% for the TL technique, and only 7% for the OSL technique, whithin the studied energy range. The dosimetric characteristics obtained in this work show the possibility of applying BeO samples to dosimetry of alpha, beta and X radiations, considering the studied dose ranges, using the TL and OSL techniques. From the results obtained, the samples of BeO showed their potential use for beam dosimetry in diagnostic radiology and radiotherapy.

Nas décadas de 1960 e 1970, as primeiras investigações de dosímetros termoluminescentes (TLD), especificamente, os picos dosimétricos, rapidamente revelaram um número surpreendente de fenômenos que poderiam estar diretamente relacionados à densidade de ionização. Um pouco mais tarde, nos anos 80 e no início dos anos 90, a radiação aparentemente desconectada induziu fenômenos que foram descobertos em outros sistemas baseados em fluoreto de lítio (LiF). A última década, no entanto, testemunhou o surgimento de vários modelos, encabeçado através de uma compreensão mais profunda dos mecanismos TL subjacentes, bem como na modelagem micro dosimétrica e especificamente desenvolvida para explicar fenômenos de densidade de ionização. Muitas aplicações em radioterapia fornecem níveis de dose de radiação superiores a 1 Gy, porém em radiodiagnóstico estão na faixa de alguns mGy, e níveis muito altos de precisão são necessárias para promover o tratamento ideal. Isto exige uma atenção muito cuidadosa aos protocolos de medição altamente detalhados, bem como à calibração demorada de todos os TLDs para corrigir a não-linearidade da resposta à dose. Essas propriedades podem variar de lote para lote e também podem ser uma função da exposição à radiação, do aquecimento e histórico de manuseio. Deste modo, mesmo com excelentes avanços nos estudos do TLD com relação aos tratamentos térmicos e às formas de análise da curva de emissão TL, é necessário continuar os estudos a fim de possibilitar uma melhor utilização desta técnica na clínica. Uma análise computadorizada da curva de emissão (CGCA do inglês, computadorized glow curve analisys) foi implementada utilizando dados provenientes do software WinREMS de dosímetros TL que absorvem e armazenam a energia da radiação ionizante, reemitida na forma de fóton na região do ultravioleta visível. A luz emitida é, então, detectada por uma fotomultiplicadora e correlacionada à dose absorvida recebida pelo material. Os picos de emissão foram ajustados por meio de um algoritmo no programa MATLAB adotando-se o modelo de cinética de primeira ordem. O material testado foi o LiF:Mg,Ti (fluoreto de lítio dopado com magnésio e titânio) da marca Harshaw e a qualidade do ajuste foi determinada por um parâmetro chamado figura de mérito (FOM - do inglês, figure of merit). O menor FOM obtido para o grupo de dosímetros foi de 1,04 % e o maior foi de 9,79 %. Também foi avaliada a dose mínima detectável, utilizando o parâmetro que apresentou melhor desempenho, segundo a homogeneidade do grupo de dosímetros. O valor médio de dose mínima apresentado foi 28 µGy. Os resultados de reprodutibilidade, índice de variabilidade do detector (DVI - do inglês, device variability index) foi 14,01 %, que pode ser explicado pelo alto número de dosímetros no lote. Então, com a diminuição do tempo de preparo do dosímetro e com a análise computadorizada da curva de emissão, a utilização clínica do TLD torna-se mais viável, visto que não houve interferência na sensibilidade do dosímetro. Apesar de a reprodutibilidade ter sido a cima do esperado, é indicado uma correção individual para cada dosímetro e o descarte daqueles que apresentarem valores mais discrepantes comparado ao lote. / In the decades of 1960 and 1970, the first investigations of termoluminescentes dosimeters (TLD), specifically, the dosimetric peaks quickly revealed a surprising number of phenomena that could be directly related to the density of ionization. A little later, in the years 80 and 90 at the beginning of the year, seemingly disconnected radiation induced phenomena were discovered on other systems based on lithium fluoride (LiF). The last decade, however, has witnessed the emergence of several models, spearheaded through a deeper understanding of the underlying TL mechanisms as well as in modeling specifically developed for microdosimetric and explain phenomena of ionization density. Many applications in radiation oncology provide levels of radiation dose in excess of 1 Gy, however in diagnostic radiology are in the range of a few mGy, and very high levels of precision are necessary to promote the ideal treatment. This requires careful attention to the highly detailed measurement protocols, as well as the time-consuming calibration of all TLDs to correct the non-linearity of dose-response. These properties can vary from batch to batch, and can also be a function of exposure to radiation, heating and handling history. In this way, even with excellent advances in the studies of the TLD for the heat treatment and the ways of issuing TL curve analysis, it is necessary to continue studies in order to enable a better use of this technique in the clinic. A computerized analysis of the emission curve (CGCA computadorized glow curve analysis) was implemented using data from the WinREMS software of TL dosimeters that absorb and store energy from ionizing radiation, reissued in the form of photon in the visible ultraviolet. The light emitted is then detected by a photomultiplier and correlated to the absorbed dose received by the material. The emission peaks were adjusted by means of an algorithm in MATLAB program by adopting the model of first-order kinetics. The material tested was the LiF: Mg, Ti (lithium fluoride doped with magnesium and titanium) brand Harshaw and the quality of the fit was determined by a parameter called figure of merit (FOM- figure of merit). The smallest FOM obtained for the group of dosimeters was 1.04% and the highest was 9.79%. Also minimum detectable dose was evaluated, using the parameter that showed better performance, according to the homogeneity of the Group of dosimeters. The average value of minimum dose presented was 28 µGy. The results of reproducibility, index of variability of the detector (DVI-English, device variability index) was 14.01%, which can be explained by the high number of dosimeters in the batch. Then, with the decrease in the time of preparation of the dosimeter and the computerized analysis of the emission curve, the clinical use of the TLD becomes more viable, since there was no interference on sensitivity of the dosimeter. Although the reproducibility have been above expectations, indicated a single correction for each badge and the disposal of those who submit more discrepant values compared to the batch.

O espodumênio (LiAl Si IND 2 O IND 6) de cor lilás, chamado kunzita, encontrado no Estado de Minas Gerais, foi investigado no presente trabalho. A análise de fluorescência de raios-X revelou, além das componentes básicas Si 0 IND 2, Al IND 2 O IND 3 e Li IND 2O, várias impurezas, sendo Mn e Fe as principais. Para comparação com o material natural, um policristal \"puro\" de -espodumênio foi produzido pela devitrificação de um vidro obtido da mistura de Si 0 IND 2, Al IND 2 0 IND 3 e Li IND 2 0. Esse método de devitrificação proporciona um processo importante e relativamente simples para produzir um policristal puro que pode ser usado na comparação do material natural. A curva de emissão termoluminescente (TL) da amostra recozida em 600°C por 1h apresentou picos em 145, 215, 350, 370 e 460°C, após uma irradiação com doses entre 10 e 5000Gy. A resposta TL desses picos, acima de 50Gy, é supralinear. A luz TL emitida por amostras naturais recozidas entre 500 e 900°C e, então, irradiadas, mostra que com o tratamento térmico em 900°C a sensibilidade TL aumenta por um fator de 3 comparado com o recozimento entre 500 e 800°C. Esses tratamentos térmicos afetam, também, a estrutura cristalina, mantendo a cristalinidade, mas produzindo um rearranjo nos planos de reflexão e no tamanho dos grãos. O espectro da luz TL da amostra natural apresenta uma banda em torno de 610nm, intensa e larga (-200nm) para todos os picos, embora uma banda muito fraca e larga seja, também, observada em torno de 480nm. Isto significa que, praticamente todos os elétrons que chegam na BC, após o aquecimento para a leitura TL, recombinam-se com um único centro, emitindo luz em torno de 610nm, sendo ele o centro de alumínio [Al O IND 4/h]. As medidas TL do policristal irradiado e não irradiado mostram que, exceto pelos picos TL em 350 e 370°C, todos os outros são devidos à defeitos intrínsecos. Esta conclusão é confirmada pelo espectro de emissão, o qual mostra na amostra artificial a mesma banda em 610nm. A luz UV induz diretamente a termoluminescência. Como a energia dos fótons é bem inferior à largura da banda proibida, a indução de TL foi interpretada como sendo devido à absorção de dois fótons. A resposta TL observada resultantes da irradiação UV de luz syncrotron ou com lâmpadas fluorescentes ou de Hg é diferente da produzida por irradiação gama e diferente entre elas próprias. Ainda não foi encontrada explicação para o fenômeno. No início da irradiação UV, para o pico de 460°C, predomina o acúmulo de transportadores de carga nas armadilhas. Com a longa exposição (>22h) há a diminuição desse pico, prevalecendo o processo de fototransferência acompanhado de fotoesvaziamento. A irradiação intensa cria vacâncias de oxigênio, que recebem em seguida, elétrons da ionização dando origem a centros F. O cristal torna-se predominantemente verde. As bandas de absorção óptica que surgem com irradiação e pertencem a esse centro F, 310, 360, 470 e 630nm, decaem entre 150 e 250°C. Esse comportamento é similar ao do pico TL em 220°C, indicando que esse centro TL está correlacionado ao centro F. Há forte evidência, como no quartzo contendo alumínio como impureza, que o íon de Al POT. 3+ tem a tendência de substituir o íon de Si POT 4+ no tetraedro Si O IND 4, dando origem ao centro [Al O IND 4] Este é neutralizado por um íon alcalino (Li POT. + ou Na POT. +). A irradiação remove M POT.+ e o radical resultante captura um buraco, dando origem ao centro de alumínio [Al O IND 4/h]. Foi aqui proposto, por isso, o seguinte mecanismo de emissão da luz TL em torno de 220°C: i) Durante a irradiação formam-se os centros F e os centros de alumínio. ii) Durante o aquecimento na região de 150°C a 220°C para a leitura TL, tem-se: a. Centro F ---- calor Vacância de O + 2e POT (ou E IND 1+ e POT. ). b. [Al 0 IND 4 /h]+ e POT - [Al O IND 4] POT - + hv IND. TL (pico de 220°C) Foi constatado que a banda de AO em 530nm cresce entre 200 e 300°C, decaindo além de 300°C, para tornar a kunzita incolor em torno de 400°C. Como o Mn POT .3+ é suposto ser o responsável pela cor lilás, ele dá origem à banda em 530nm. Por outro lado, o tratamento térmico isócrono mostra que os picos TL em 350°C e 370°C decaem entre 320 e 375°C, mostrando que há forte correlação entre a banda de absorção em 530nm e os picos TL em 350 e 370°C. Foi, então, proposto que o Mn POT. 4+, presente na amostra, se torna Mn POT. 3+ como aquecimento entre 200 e 300°C, capturando um elétron. Com o aumento da concentração de Mn POT 3+a cor lilás fica mais intensa. Acima de 300°C, tem-se a liberação de um elétron do Mn POT. 3+, que se torna novamente Mn POT 4+. O elétron assim liberado pode recombinar-se com o centro de alumínio e há emissão de luz TL. Comparando-se o comportamento térmico do pico TL em 460°C e um sinal em g= 1,997 pode-se afirmar que os dois centros têm uma relação íntima. Esse centro paramagnético tem semelhança ao centro E IND 1 \', porém, nenhuma indicação definitiva dessa identificação foi encontrada. / Natural spodumene, LiAlSi2O6, of lilac colour, called kunzite, from Minas Gerais State, Brazil, was investigated. An X-ray fluorescence analysis revealed several impurities, Mn and Fe being the principal ones, besides the matrix components SiO2, Al2O3 and Li2O. For comparison a pure policrystal of -spodumene was produced by devitrifying a glass obtained from Si02, Al2O3 and Li2O. The devitrification process has proved to be an important and relatively simple process to produce a \"pure\" polycrystal, which can be used for comparison with a natural sample. The TL glow curves of kunzite annealed at 600°C for 1h presented TL peaks at 145, 215, 350, 370 and 460°C, after gamma-irradiation with doses varying between 10 and 5000Gy. The TL response of these peaks, above 50 Gy, is supralinear. The TL light emitted by samples heated with treatments between 500 and 900°C and, then, irradiated showed that TL sensibility of kunzite is increased for 900°C by a factor of 3. Since X-ray diffraction of all heat treated samples shows changes in diffraction lines, keeping their crystallinity, such heat treatment seems to produce rearrangement of reflection planes, as well as, of grain sizes. The spectrum of TL emission consists of a very large band around 610nm and a very weak one around 480nm. This means that during heating from TL reading, most of the liberated electrons recombine with only one recombination center, with has been identified as the aluminum center, [AlO4/h]. The TL measurements of an irradiated and non-irradiated artificial polycrystal showed that except for the 350 and 370°C TL peaks, the others are due to intrinsic defects. This conclusion is confirmed by the TL emissions spectra, which shows in the artificial sample the same band at 610nm. The UV light from a fluorescence lamp or usual Hg lamp induce thermoluminescence after 3h or longer exposure. Since photon energy from such UV source is about half of spodumene band gap energy or of other silicate crystals, we assume that it is a two-photon absorption process. Under very long time exposure to UV light, the intensity of the TL peak at 460°C decreases, while high energy photons produce an increase in the intensity until it reaches saturation. It is quite possible that, while the irradiation time is less than ~20h the filling traps (relative to 460°C TL peak) predominante, but, as a large number of the traps are filled, phototranfer becomes effetive emptying these traps. Of course, bleaching process also contribute to decrease the 460°C TL peak. The thermoluminescence induced by Hg lamp UV light, as well as by synchrotron VUV light, differs from that induced by high energy photons, for instance X- or y-rays. So far, no explanation was found. A relatively heavy irradiation creates in the crystal oxygen vacancies, which become F-center after capturing electrons released by ionization. The kunzite then becomes green coloured. The optical absorption bands at 630, 470, 360 and 31 O nm belong to this F-center. All of them are annealed out in the 150 to 250°C temperature region. Since the TL peak at 220°C has similar thermal behaviour, this peak is correlated to the F-center. In silica and silicate crystals there is a tendency for substitution of Si4+ by AI3+. The charge neutrality is guaranteed by alkaline ions, in the case of kunzite by Na+ ions, usually present. Then, during irradiation one has: Lattice with O2- --irrad. Vacancy of O2- in the lattice Vac. O2- + 2e- F-center [AlO4 / M] --irrad. [ALO.]- + M+ [ALO4]- + h [AlO4]- /h] = aluminum center During the TL reading (heating): F-center --heat Vac.O + 2e- (or E1\' +e-) [AlO4 / h] + e- [ALO4]- + hv TL (220°C TL peak) The optical absorption band at 530nm is correlated with lilac colour of kunzite, therefore, it is related to Mn3+. Since heating from 200 to 300°C enhances the colour it was assumed that Mn4+ traps an electron becoming Mn3+. The lilac colour of kunzite fades beyond 300°C leaving the kunzite colourless around 400°C. On the other hand, TL peaks at 350 and 370°C decrease similarly between 300 and 400°C, therefore, it was concluded that these TL peaks are correlated with Mn3+ centers responsible for the 530nm OA band. A week EPR signal with g=1.997 was observed, which decays in a very similar way to 460°C TL peak. Hence we conclude that they are one and the same center. Its nature was not identified, although the experimental result show that it is E1 -like center.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Cadmium silicate in composition CdSiO3 is a phosphorescent material with potential applications in areas such as emergency lights, opto-electronic devices and coating of ceramic tiles for use in radiodiagnostic rooms. In this work, the main goal was to investigate the mechanism of intrinsic luminescence of the crystalline material CdSiO3 evaluating the influence of the synthesis parameters on the structure of the material and its optical properties. The effects of the synthesis parameters (pH, calcination temperature and time) were investigated to obtain best synthesis conditions for sample preparation. Samples with single crystalline phase have been successfully obtained using starting solutions with pH of 1.0, 3.0 and 7.0, with minimum temperature and time of calcination equal to 1000 °C/3h or 700 °C/3h for samples departing from solutions pH 1.0 or 7.0, respectively. The optical properties of the synthesized powders were studied by a combination of Optical Absorption (OA), Photoluminescence (PL), thermoluminescence (TL) and luminescent decay. Absorption spectra revealed a self-trapped exciton band characteristic of CdSiO3 at around 4.70 eV, and a dependency of the bandgap energy on the starting pH used, being 5.37 eV or 5.62 eV for pH 7.0 or 1.0, respectively. Luminescence emission spectra are composed of two main bands at 590 nm and 490 nm, with varied relative intensities with the synthesis parameters. A band at 460 nm with higher intensity was observed from the sample produced from solution with pH = 1.0, while a band at 590 nm with higher intensity corresponds to the one produced with pH 7.0. The band at 590 nm of the sample produced from solution with pH = 7.0 presented higher light persistence, which was related to defects in the Si network, in addition to the vacancy effects Cd and O. In this work, we verified that the light emission can be improved by adjusting the pH during the sol-gel synthesis and made possible the understanding of the influence of the pH on the crystalline phase formation and its effect on the defects produced and the optical properties of the material. / O silicato de cádmio na composição CdSiO3 é um material fosforescente com potencial de aplicação em áreas como sinalização de emergência, armazenamento óptico de dados e revestimentos cerâmicos para uso em salas de radiodiagnósticos. Neste trabalho, o principal objetivo foi investigar o mecanismo de luminescência intrínseca de longa duração do material cristalino CdSiO3 avaliando a influência dos parâmetros de síntese na estrutura do material e em suas propriedades ópticas. Os efeitos dos parâmetros de síntese (pH, tempo e temperatura de calcinação) foram investigados para a obtenção da melhor condição de preparo das amostras de CdSiO3. As amostras com uma única fase cristalina foram obtidas com sucesso utilizando soluções de pH de partida de 1,0, 3,0 e 7,0, com temperatura e tempo de calcinação mínimos iguais a 1000 ºC/3h ou a 700 ºC/3h para amostras produzidas com pH 1 ou 7, respectivamente. As propriedades ópticas dos pós sintetizados foram estudadas via absorção óptica (AO), fotoluminescência (PL), termoluminescência (TL) e decaimento luminescente. Os espectros de absorção revelaram a presença de éxciton autoarmadilhado no CdSiO3 a cerca de 4,70 eV e uma dependência da energia de bandgap ao ajustar o pH de partida utilizado, sendo 5,37 eV ou 5,62 eV para pH 7,0 ou 1,0, respectivamente. Os espectros de emissão de luminescência foram compostos por duas bandas principais a 590 nm e 460 nm, com intensidades relativas variadas com os parâmetros de síntese. Uma banda em 460 nm com maior intensidade foi observada a partir da amostra produzida a partir de solução com pH = 1,0, enquanto uma banda em 590 nm com maior intensidade corresponde à produzida com pH 7,0. A banda em 590 nm da amostra produzida a partir de solução com pH = 7,0 apresentou maior persistência de luz, que estava relacionada com os defeitos na rede de Si, além dos efeitos vacâncias Cd e O. Neste trabalho, verificamos que a emissão de luz pode ser melhorada através do ajuste do pH durante a síntese solgel e possibilitou o entendimento da influência do pH na formação da fase cristalina e o seu efeito nos defeitos produzidos e nas propriedades ópticas do material. / São Cristóvão, SE

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

No campo da medicina, a radiação ionizante é utilizada tanto para fins terapêuticos como para fins diagnósticos, englobando assim um amplo intervalo de doses de diferentes tipos de radiações. Para assegurar que a finalidade da prática esteja sendo alcançada, são necessários estudos detalhados de detectores e dispositivos que respondam a diferentes tipos de radiações. Neste trabalho foi realizada a caracterização dosimétrica de amostras de BeO utilizando as técnicas de termoluminescência (TL) e luminescência opticamente estimulada (OSL) comparando-se as respostas para as radiações alfa, beta e X e propondose um sistema adequado para sua utilização em monitoração de feixes destas radiações. Dentre os principais resultados obtidos estão: alta sensibilidade à radiação beta para ambas as técnicas empregadas, boa reprodutibilidade das respostas TL e OSL (coeficientes de variação inferiores a 5%), uma dependência energética máxima da radiação X de 28% para técnica TL, e de apenas 7% para a técnica OSL, dentro dos intervalos de energia estudados. As características dosimétricas obtidas neste trabalho mostram a possibilidade de aplicação das amostras de BeO em dosimetria das radiações ionizantes X, alfa e beta, considerando os intervalos de dose empregados, pelas técnicas de TL e OSL. Pelos resultados obtidos, as amostras de BeO apresentaram sua utilização potencial para dosimetria de feixes de radiodiagnóstico e radioterapia. / In the medical field, the ionizing radiation is used both for therapeutic and diagnostic purposes, in a wide range of radiation doses. In order to ensure that the objective is achieved in practice, detailed studies of detectors and devices in different types of radiations beams are necessary. In this work a dosimetric characterization of BeO samples was performed using the techniques of thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) by a comparision of their response for alpha, beta and X radiations and the establishment of an appropriated system for use in monitoring of these radiations beams. The main results are: the high sensitivity to beta radiation for both techniques, good reproducibility of TL and OSL response (coefficients of variation lower than 5%), maximum energy dependence of the X radiation of 28% for the TL technique, and only 7% for the OSL technique, whithin the studied energy range. The dosimetric characteristics obtained in this work show the possibility of applying BeO samples to dosimetry of alpha, beta and X radiations, considering the studied dose ranges, using the TL and OSL techniques. From the results obtained, the samples of BeO showed their potential use for beam dosimetry in diagnostic radiology and radiotherapy.

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.