Comportamento do sinal TL/OSL e PTTL/PTOSL após tratamentto térmico pós-irradiação com fonte de 60Co, em amostras de LiF:Mg,Ti e CaSO4:Dy

Abstract

Introdução

Diferentes materiais apresentam propriedades luminescentes que são aplicadas à dosimetria das radiações, e que são avaliadas usando técnicas como a termoluminescência (TL) e a luminescência opticamente estimulada (OSL). Entretanto, há outros fenômenos que podem ser empregados em dosimetria, que aplicam o uso da radiação ultravioleta (RUV) ao sinal TL e OSL das amostras; são as técnicas de TL fototransferida (PTTL) e OSL fototransferida (PTOSL), utilizadas como uma alternativa para se tentar obter um sinal mais adequado para o uso do material como um dosímetro, o que é interessante para a dosimetria das radiações, principalmente no caso onde é necessário trabalhar com doses absorvidas mais altas.

O LiF:Mg,Ti é um material dosimétrico já bem estudado com relação à sua resposta TL e OSL, para diferentes aplicações [1,2]. O CaSO₄ é outro material que possui resultados de sinal TL e OSL na literatura para uso em dosimetria [2-4]. Este mesmo material já foi estudado com relação ao seu sinal PTTL, utilizando uma lâmpada de RUV [5].

Para se obter o sinal de fototransferência, é necessário que as seguintes etapas sejam realizadas:
1) irradiação do material, 2) tratamento térmico pós-irradiação, 3) iluminação do material, e 4) avaliação do sinal PTTL e PTOSL. O tratamento pós-irradiação ao qual o material é submetido, deve ser adequado o suficiente para que seja possível obter um sinal PTTL e PTOSL após a iluminação; se ele não for adequado, pode ocorrer esvaziamento das armadilhas rasas e profundas da amostra, eliminando todos os elétrons que forneceriam o sinal e impossibilitando, assim, a obtenção de qualquer resposta TL/PTTL ou OSL/PTOSL.

Assim, o objetivo deste trabalho é estudar o efeito que um determinado tratamento térmico pós-irradiação pode causar na obtenção do sinal PTTL e PTOSL de amostras de LiF:Mg,Ti e CaSO₄:Dy e, com isso, observar se estes sinais possuem valores suficientes para dar prosseguimento ao estudo da resposta fototransferida para aplicá-la em dosimetria de doses altas.

Metodologia

Foram utilizados dois dosímetros comerciais: CaSO₄:Dy (produzido no Laboratório de Materiais Dosimétricos do IPEN) e LiF:Mg,Ti (comercializados como TLD-100 pela Thermo Fischer Scientific).

Para a análise do sinal das amostras, foi utilizado o sistema leitor TL/OSL Risø, modelo TL/OSL-DA-20.  No caso das amostras de CaSO₄:Dy, foi utilizada temperatura final de leitura de 350°C, numa taxa de aquecimento de 10°C/s, para a avaliação do sinal TL/PTTL; para a análise da resposta OSL/PTOSL, o estímulo para a emissão do sinal foi feito utilizando LEDs azuis, com potência óptica de 90% e durante 80 s. No caso das amostras de LiF:Mg,Ti, para a análise do sinal TL/PTTL, foi utilizada temperatura final de leitura de 400°C, com taxa de aquecimento de 10°C/s; para a avaliação do sinal OSL/PTOSL, o estímulo para emissão de luz ocorreu durante 50 s e a potência óptica dos LEDs azuis utilizados foi de 90%. Após as medições dos sinais, as amostras de CaSO₄:Dy foram tratadas termicamente a 300°C/3 h, e as de LiF:Mg,Ti a 400˚C/1h, para sua reutilização.

Após o tratamento térmico pós-irradiação, numa das fases as amostras foram iluminadas com uma lâmpada de alta pressão de mercúrio, para a leitura das respostas PTTL e PTOSL. As condições de iluminação foram: distância entre amostra e lâmpada de 10 cm, comprimento de onda de 250 nm e tempo de iluminação de 30 minutos.

Resultados

Na primeira etapa do trabalho, as amostras foram irradiadas com uma fonte de ⁶⁰Co e dose absorvida de 1 kGy (irradiador Gamma-Cell, modelo 220, Atomic Energy of Canada, LTD), e em seguida tiveram seus sinais TL e OSL avaliados. As amostras de CaSO₄:Dy apresentaram o pico principal de emissão do sinal TL em torno de 250°C e na altura correspondente a 2,5x10⁴ contagens, e início do decaimento do sinal OSL em 1,4x10⁵ contagens; os dosímetros de LiF:Mg,Ti tiveram um pico principal TL em 1,3x10⁵ contagens, e início do decaimento do sinal OSL em 1,5x10³ contagens. O sinal TL foi mais intenso para o LiF:Mg,Ti, e o OSL foi maior para o CaSO₄:Dy. Na segunda fase, as amostras foram irradiadas com a mesma dose, tratadas termicamente a 280°C/15 min e, então, analisadas para três respostas: TL, OSL, e TL após a OSL. Para o CaSO₄:Dy, o sinal TL foi zerado e assemelhou-se ao sinal de fundo do material, e o sinal OSL apresentou início de decaimento em 3,5x10³; logo após esta leitura OSL foi feita uma medição TL na mesma amostra, e pôde-se observar um leve aumento no sinal e formação de um pico de baixa intensidade em torno de 200°C (altura deste pico em torno de 40 contagens). Para o LiF:Mg,Ti, o maior sinal TL ocorreu em 350°C (deslocado se comparado ao obtido na leitura TL após irradiação), na altura de 1,2x10⁴ contagens, e apresentou sinal OSL nulo, correspondente ao sinal de fundo da amostra; a leitura TL após a OSL, na mesma amostra, apresentou um pico que se manteve na região de 350°C, e com altura de 1,3x10⁴ contagens. A terceira etapa foi de irradiação das amostras, tratamento térmico, e iluminação com a luz UV. Para as amostras de CaSO₄:Dy, o pico principal de emissão do sinal PTTL ocorreu em torno de 160°C e na altura correspondente a 1,4x10³ contagens, e início do decaimento do sinal PTOSL em torno de 3,0x10³ contagens; os dosímetros de LiF:Mg,Ti apresentaram o pico principal de PTTL em torno de 6,0x10² contagens e em 165°C, e início do decaimento do sinal PTOSL em 2,5x10³ contagens.

Analisando-se os resultados obtidos, é evidente que os sinais TL e OSL são mais intensos quando são tomados logo após a irradiação, ao invés dos medidos após o tratamento. Entretanto, mesmo após o tratamento térmico pós-irradiação e a iluminação, foi possível obter-se um sinal significativo de ordem de grandeza para permitir a continuidade dos estudos utilizando o tratamento de 280°C/15 min e a luz UV.

Conclusões

Preliminarmente, os experimentos realizados para verificação dos sinais TL e OSL (após irradiação e após tratamento térmico), e dos sinais PTTL e PTOSL (após irradiação, tratamento térmico e iluminação com luz UV), apresentaram dados satisfatórios e favoráveis, em termos de curva de emissão do sinal TL/PTTL e curva de decaimento do sinal OSL/PTOSL, para um prosseguimento de estudos dos sinais de TL e OSL fototransferida com possível aplicação em dosimetria de doses altas.