ipen
AUTARQUIA ASSOCIADA À UNIVERSIDADE
DE SÃO PAULO
INFLUÊNCIA DA MICROESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DE
ALUMINA NA TERMOLUMINESCÊNCIA VISANDO SUA
APLICAÇÃO EM DOSIMETRIA
MARIA REGINA OIENO DE OLIVEIRA DA SILVA
Dissertação apresentada como parte
dos requisitos para obtenção do Grau
de Mestre em Ciências na Área de
Tecnologia Nuclear-Materiais.
Orientador:
Dr. José Carlos Bressiani
.22
São Paulo
2001
INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES
AUTARQUIA ASSOCIADA À UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Influência da microestrutura e composição de
alumina na termoluminescéncia
visando sua
aplicação em dosimetría
Maria Regina Oieno de Oliveira da Silva
Dissertação apresentada como parte
dos requisitos para obtenção do
Grau de Mestre em Ciências na Área
de Tecnologia Nuclear e Materiais
Orientador : Dr. José Carlos Bressiani
São Paulo
2001
..UÍWÍSÍÂÍ: Í.AC.GNAL
t/E E N t H ü l A
NÜULtAH/üF
Ir^
Aos meus pais, ao Antônio, à Elisa e ao Fernando, pelo apoio, carinho e
compreensão
Influência da microestrutura e composição de alumina sinterizada
na termoluminescéncia visando sua aplicação em dosimetria
Maria Regina Oieno de Oliveira da Silva
RESUMO
Entre as diversas aplicações a alumina pode ser usada em dosímetros
termoluminescentes (TLD) para radiação. Os dosímetros são utilizados para
determinar a dose de radiação recebida em várias situações como em
radiodiagnóstico, instalações nucleares, radioterapias, entre outras. Nesse
trabalho foi realizado um estudo da influência da microestrutura, tamanho de grão
e da composição de pastilhas de alumina pura e dopadas com grafite, nas
propriedades termoluminescentes. A alumina e o grafite utilizados como materiais
de partida foram caracterizados por difratometria de raios-X para verificação das
fases, análise química, tamanho de partículas e área da superficie específica por
BET. As amostras de alumina com carbono foram sinterizadas à temperatura de
1650°C, em forno de grafite em atmosfera de argônio. As amostras de alumina
foram sinterizadas também à 1650°C em forno tipo caixa em atmosfera normal
durante 1, 3, 5, 7 e 10 horas. Foram feitas caracterizações das pastilhas
sinterizadas quanto a fases presentes e evolução da microestrutura por difração
de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) . O comportamento
termoluminescente dos materiais sinterizados foi também estudado depois de
irradiação gama com fonte de Cobalto 60. Os resultados obtidos mostraram que a
alumina dopada com grafite não possui características dosimétricas. Para as
aluminas sinterizadas durante uma e três horas foram obtidas características
termoluminescentes consideradas satisfatórias para dosimetria. Após 5 horas de
sinterização, foi observado que as propriedades termoluminescentes diminuíram
com o aumento de tempo de sinterização.
iV
Influência da microestrutura e composição de alumina sinterizada
na termoluminescéncia visando sua aplicação em dosimetría
María Regina Oieno de Oliveira da Silva
ABSTRACT
Among its various applications alumina may be used in termoluminescent
dosimeters (TLD) to radiations. The TLD are commonly used to determine the
absorbed doses of radiation received in many application fields as nuclear
installations, radiodiagnostic
and radiotherapy in medicine. In this work it was
developed a study of the influence of the microstructure,
grain size and
composition on the thermoluminescent properties in alumina (pure and carbon
doped). The alumina and carbon powders used as starting materials were
characterised
by X-ray diffraction (XRD), chemical analysis, particle size
distribution and surface area were determined by and BET analysis, respectively.
The AI2O3 samples were sintered at 1650°C in air for one, three, five, seven and
ten hours. The carbon doped samples were sintered using the same temperature
for one hour, in a graphite resistance furnace in argon. Sintered materials were
further characterised for phase composition and microstructure by XRD and
scanning electron microscopy (SEM). The TL behaviour of the materials was also
studied after they were submitted to a Cobalt 60 gamma irradiator The results
obtained showed that the doped alumina do not possess dosimetric characteristics.
For the alumina samples only those ones sintered during one and three hours
showed satisfactory TL emission. After three hours of thermal treatment, it was
observed that the TL properties decrease with sintering time.
ttifluSSAO NAG,ONAL CE t r J t R Ü I A N U C L E A H / í i P
tto
SUMARIO
1
INTRODUÇÃO
1
2
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
4
2.1
T E O R U DAS B A N D A S
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.4.1
Sensibilidade
18
2.1.4.3
2.1.4.4
2.1.4.5
2.1.4.6
2.1.4.7
Limite mínimo detectável
Resposta em função da dose absorvida
Dependência da resposta TL com tipo de radiação
Reprodutibidade de resposta
Decaimento, estabilidade química e térmica
20
20
23
27
28
MATERIAIS PARA T L D S
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.3
29
o dosímetro de AI2O3
Estrutura do AI2O3
Propriedades termoluminescentes
Sinterização de AI2O3
SISTEMA DE MEDIDA TERMOLUMINESCENTE
2.3.1
30
31
35
41
43
Leitor TL
43
MATERIAIS E MÉTODOS
46
3.1
MATERIAIS
3.2
CARACTERIZAÇÃO DOS PÓS DE PARTIDA
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
47
Difratometria de raios X.
Determinação do tamanho médio de partícula
Determinação da superfície específica
Análise química
47
47
48
48
49
3.3
MISTURA E COMPACTAÇÃO DOS PÓS
49
3.4
SINTERIZAÇÃO
50
3.5
CARACTERIZAÇÃO DAS PASTILHAS SINTERIZADAS
3.5.1
3.5.2
3.6
Difração de raios X
Análise microestrutural
das amostras por MEV.
MEDIDAS DE TERMOLUMINESCÉNCIA
3.6.1
Sistemas de irradiação
3.6.1.1
Radiação gamma
3.6.1.2
3.6.1.3
3.6.2
3.6.3
3.6.4
3.6.5
4
8
13
16
17
17
2.1.4.2
2.2
3
4
Termoluminescéncia
Defeitos cristalinos
Dosimetria Termoluminescente
Propriedades de materiais para a dosimetria TL
Curva de emissão termoluminescente
Radiação X
54
Sistemas auxiliares
Sistemas de leitura TL
Caracterização TL
Dosímetros comerciais
Fluxograma do procedimento
experimental
CARACTERIZAÇÃO DOS PÓS
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.3
4.3.1
Distribuição de tamanho médio de partícula
Difração de raios X dos materiais utilizados
Análise de superficie
Análise química
CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL DAS PASTILHAS SINTERIZADAS
Análise por difração de raios X
Densidade
Análise microestrutural por ME V.
CARACTERIZAÇÃO T L
Reprodutibilidade
54
54
54
RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1
51
51
52
55
55
57
59
60
61
61
61
62
63
63
64
64
67
68
78
e calibração individual dos TLDs
78
VI
4.3.2
4.3.3
Curvas de Em issão TL
Curva de Resposta TL em Função
80
81
4.3.4
4.3.5
Decaimento
Térmico
Limite Mínimo Detectável
83
84
4.3.6
Dependência
84
da Dose
Energética
CONCLUSÕES
88
REFERÊNCIAS
90
•UViiSSAO NACIONAL CE ENERGIA N U C L E A R / S P
m»
VI
4.3.2
4.3.3
Curvas de Em issão TL
Curva de Resposta TL em Função
80
81
4.3.4
4.3.5
Decaimento
Térmico
Limite Mínimo Detectável
83
84
4.3.6
Dependência
84
da Dose
Energética
CONCLUSÕES
88
REFERÊNCIAS
90
•UViiSSAO NACIONAL CE ENERGIA N U C L E A R / S P
m»
1
INTRODUÇÃO
A dosimetria termoluminescente
radiação
por
meio
de
materiais
(TL) é a m e d i d a
que
emitem
de d o s e s
energia
de
durante
a q u e c i m e n t o e e s t a e n e r g i a p o d e ser r e l a c i o n a d a à d o s e de r a d i a ç ã o
a n t e r i o r m e n t e r e c e b i d a . E s s e s m a t e r i a i s são c h a m a d o s de d o s í m e t r o s
t e r m o l u m i n e s c e n t e s ( T L D s ) t^'^-^l.
A i m p o r t â n c i a no d e s e n v o l v i m e n t o de um m a t e r i a l p a r a d o s i m e t r i a
está
associada
ao
grau
de
complexidade
que
envolve
as
várias
a p l i c a ç õ e s o n d e s ã o n e c e s s á r i a s m e d i d a s de e n e r g i a por u n i d a d e de
m a s s a ( d o s e ) ' ' * ' ^ l E n t r e as a p l i c a ç õ e s
1. Dosimetria
por
pessoal
pessoas
reatores
ou
que
p o d e - s e citar :
- m o n i t o r a m e n t o da d o s e de r a d i a ç ã o
trabalham
técnicos
em
rotineiramente
radiodiagnóstico
com
e
recebida
radiações
em
radioterapia
em
hospitais.
2. Dosimetria
ambiental
- m o n i t o r a m e n t o da d o s e de r a d i a ç ã o c r i a d a a
p a r t i r das o p e r a ç õ e s e m u s i n a s n u c l e a r e s , ou o u t r o s t i p o s de f o n t e s
n u c l e a r e s , e o i m p a c t o d e s s a d o s e para o m e i o a m b i e n t e .
3. Dosimetria
clínica
-
m o n i t o r a m e n t o da d o s e q u a n d o há e x p o s i ç ã o
de p a c i e n t e s à r a d i a ç ã o
nos d i a g n ó s t i c o s
em m e d i c i n a e d u r a n t e
terapias^^l
4. Dosimetria
de
altas
doses
- monitoramento
dentro
n u c l e a r e s o u d u r a n t e a e s t e r i l i z a ç ã o de a l i m e n t o s .
OiwtJiAU NAL
de
reatores
5. Dosimetria
em datação
- determinação da idade de um material, na
qual a termoluminescéncia natural é acumulada durante o seu tempo
de existência^^'.
A escolha do TLD para uma dada aplicação depende não somente
do
material
mas também
de outros
fatores
tais
como
tamanho,
espessura do sólido, a resistência no manuseio, a resistência a fatores
externos
como
luz, umidade
e
agentes
químicos,
para
torná-lo
adequado para a utilização e facilitar a sua leitura nos equipamentos
após a exposição à radiação.
Os materiais dosimetricos mais
CaF2,
utilizados são à base de LiF,
CaS04, L Í 2 B 4 O 7 , A I 2 O 3 , BeO e MgB407 puros ou dopados com
uma grande variedade de elementos. Em alguns casos, são utilizados
materiais enriquecidos
trabalhos
como
isotópicamente. Atualmente, são encontrados
para dosimetria com uma grande variedade de materiais
diamante
outros^^'^'^1
em pó, quartzo
sintético
e natural,
sílica
entre
Comercialmente os dosímetros são fornecidos em várias
geometrias, com filtros e embalagens bastante diferenciados.
Em dosimetria
clínica, particularmente
nos procedimentos em
radioterapia, o dosímetro mais utilizado atualmente é
o
LiF:Mg,Ti
(TLD 100)'^°'^^', enquanto para outras aplicações médicas utiliza-se o
CaS04:Dy
(TLD
9 0 0 ) . Os
dosímetros
comerciais
monocristalinos como o T L D 5 0 0 (Harshaw)
de
AI2O3
são
e o Luxei (Landauer). O
d o s í m e t r o de a - A Í 2 0 3 : C a p r e s e n t a s e n s i b i l i d a d e 30 v e z e s m a i o r do q u e
os d o s í m e t r o s b a s e a d o s em L i F , de a c o r d o c o m os d a d o s do f a b r i c a n t e
e de 30 a 70 v e z e s m a i s s e n s í v e l de a c o r d o c o m o u t r o s estudos^^^"^'*',
por i s s o , são i n d i c a d o s p a r a a p l i c a ç õ e s em d o s i m e t r i a a m b i e n t a l ( d o s e s
b a i x a s ) . O c u s t o por g r a m a de m a t e r i a l p a r a os d o s í m e t r o s c o m e r c i a i s
c i t a d o s a c i m a é, c o m p a r a t i v a m e n t e , de 1 , para o T L D 1 0 0 , 1,5 para o
TLD
900
e 5,9
para
o TLD
500.
O
custo
é fator
importante
r a d i o t e r a p i a o n d e , d e p e n d e n d o do t r a t a m e n t o , p o d e m ser
em
necessários
m a i s de 20 d o s í m e t r o s p o s i c i o n a d o s ao l o n g o do c o r p o do p a c i e n t e ,
d u r a n t e a e x p o s i ç ã o à radiação^^^'^^"^^'.
Uma
alternativa
monocristal
de
para
AI2O3
é
a
a
diminuição
obtenção
do
de
custo
em
pastilhas
relação
pelo
ao
processo
c o n v e n c i o n a l c e r â m i c o . N e s s e c a s o s e r i a m o b t i d a s p a s t i l h a s de AI2O3
sinterizadas
com
possibilidades
termoluminescentes
sinterizado
obtenção
forem
poder-se-ia
do
material
de
dopagens.
relativamente
criar
uma
tanto
em
Se
mantidas
alternativa
custo
as
para
mais
quanto
propriedades
o
material
conveniente
de
condições
de
influência
da
em
manuseio.
O
objetivo
microestrutura,
do
presente
principalmente
trabalho
é
o tamanho
estudar
a
de g r ã o , e da
g r a f i t e , nas p r o p r i e d a d e s t e r m o l u m i n e s c e n t e s da a l u m i n a
para utilização do material como dosímetro.
adição
de
sinterizada,
2
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
N e s t e c a p í t u l o s e r ã o a p r e s e n t a d o s os m o d e l o s t e ó r i c o s u t i l i z a d o s
para
explicar
o
fenômeno
da
termoluminescéncia.
Para
isso
são
u t i l i z a d o s a l g u n s c o n c e i t o s s o b r e a t e o r i a das b a n d a s e c r i s t a i s i ó n i c o s .
T a m b é m s e r ã o u t i l i z a d o s os c o n c e i t o s de d o s i m e t r i a t e r m o l u m i n e s c e n t e
e definições
de a l g u m a s
propriedades
de m a t e r i a i s
para
dosimetria
termoluminescente.
2 . 1 T e o r i a das Bandas
Um c r i s t a l
átomos,
sendo
permitidos.
consiste
que
Esses
de
um a r r a n j o
os e l é t r o n s
níveis
de
podem
energia
tridimensional
estar
em
permitidos
periódico
níveis
são
de
de
energia
chamados
de
b a n d a s de e n e r g i a . A s b a n d a s de e n e r g i a são s e p a r a d a s por b a n d a s de
e n e r g i a p r o i b i d a s . A o c u p a ç ã o de q u a l q u e r b a n d a é d a d a p e l a f u n ç ã o
de d e n s i d a d e de e s t a d o s
N(Ei) = Z ( E i ) . f ( E i )
onde
(2.1)
Z(Ei) : densidade dos estados disponíveis
f(Ei)
: f u n ç ã o de d i s t r i b u i ç ã o de F e r m i - D i r a c , d a d a por
f(Ei) =
onde
^
exp[(Ei-Ef)/kT] + 1
(2.2)
Ei : e n e r g i a d o e s t a d o c o n s i d e r a d o
Ef : e n e r g i a de F e r m i
l< : c o n s t a n t e de B o l t z m a n n
T
: t e m p e r a t u r a (K)
Em um s e m i c o n d u t o r ou i s o l a n t e à t e m p e r a t u r a T = O K, a b a n d a
de v a l e n c i a (BV) é f o r m a d a por t o d o s os n í v e i s de e n e r g i a p r e e n c h i d o s
a b a i x o do n í v e l de
F e r m i . Os n í v e i s p e r m i t i d o s , a c i m a
do
nível
de
F e r m i , e n c o n t r a m - s e v a z i o s e c o n s t i t u e m a b a n d a de c o n d u ç ã o ( B C ) . A
representação
esquemática
m o s t r a d a na F i g u r a 2 . 1 .
das b a n d a s de e n e r g i a , p a r a T = O K, é
''' '
banda semi preenchida / - / y .
^ '
<.
<•> ^<•>
<. -•<•
-•//•sy.v.w.v.
,
-• •>( , - • < . > < • ^ ^ < > - • • 5 . ¿ • ^
banda preenchida
banda preenchida
%
•
metal
F i g u r a 2.1
\
/
semicondutor
isolante
R e p r e s e n t a ç ã o esquennática d a s b a n d a s d e e n e r g i a
para
T = O K, (a) em um m e t a l , (b) em um s e m i - c o n d u t o r , (c) em
um
isolante,
onde
Ef : e n e r g i a de F e r m i
Eg : l a r g u r a
da
banda
proibida,
.
A i n c o r p o r a ç ã o de i m p u r e z a s ou a f o r m a ç ã o d e d e f e i t o s na rede
c r i s t a l i n a i n t r o d u z n í v e i s de e n e r g i a m e t a e s t a v e i s l o c a l i z a d o s na b a n d a
p r o i b i d a , d e n o m i n a d o s a r m a d i l h a s ' ^ ' . Estas a r m a d i l h a s s ã o c o n s t i t u í d a s
de c e n t r o s de e l é t r o n s ou b u r a c o s , c o m o m o s t r a d o na F i g u r a 2 . 2 . Os
n í v e i s de e n e r g i a a b a i x o de Ef e s t ã o p r e e n c h i d o s , e n q u a n t o q u e os
níveis acima, estão vazios'^'.
B.C.
.:
".
}
{
armadilhas
centros
de
.•- .
centros
de
elétrons
M
centros
de
buracos
recombinação
armadilhas
Figura 2.2.
{
R e p r e s e n t a ç ã o e s q u e m á t i c a d o s n í v e i s de e n e r g i a em um
i s o l a n t e à T = O K, o n d e BC : b a n d a de c o n d u ç ã o ,
banda
de
valência.
probabilidade
de
elétrons,
: nível
Dh
armadilhamento
Ec
energia
De
nível
armadilhamento
e
de
de
de
energia
e
de
energia
com
recombinação
para
com
probabilidade
recombinação
fundo
da
topo
da
Ev
energia
Ef
e n e r g i a de F e r m i '^'.
banda
de
para
buracos,
de
condução,
banda
Para t e m p e r a t u r a s a c i m a de O K, d e f i n e - s e
BV
de
valência,
um n í v e l de e n e r g i a
D, no q u a l as p r o b a b i l i d a d e s de r e c o m b i n a ç ã o e a r m a d i l h a m e n t o
são
i g u a i s (De p a r a e l é t r o n s
com
e Dh para b u r a c o s ) . T o d o s os n í v e i s
e n e r g i a E, o n d e E > Ec c e n t r o s de a r m a d i l h a s , e se
De e c o m
E < D h - Ev, s ã o
Dh-s^C E ^ D e ,
c o n s i d e r a d o s c e n t r o s de r e c o m b i n a ç ã o .
considerados
os n í v e i s de e n e r g i a são
2,1.1
Termoluminescéncia
Termoluminescéncia
(TL) é a e m i s s ã o de luz pela
estimulação
t é r m i c a a p ó s a b s o r ç ã o p r é v i a de e n e r g i a da r a d i a ç ã o . E s s e f e n ô m e n o
também é chamado de luminescência termicamente estimulada
m a s e s s a d e n o m i n a ç ã o , a p e s a r de m a i s c o r r e t a , é m e n o s u s a d a
Q u a n d o um c r i s t a l a u m a
(TSL)
^^'^-^K
t e m p e r a t u r a T, é e x p o s t o à r a d i a ç ã o
i o n i z a n t e , s ã o p r o d u z i d o s p a r e s e l é t r o n s - b u r a c o s , q u e m i g r a m até se
r e c o m b i n a r e m ou s e r e m r e c a p t u r a d o s em a r m a d i l h a s . E s t e p r o c e s s o é
i l u s t r a d o na F i g u r a 2.3 que m o s t r a um d i a g r a m a h i p o t é t i c o de e n e r g i a
para um c r i s t a l i s o l a n t e e q u e e x i b e TL d e v i d o à e x p o s i ç ã o à r a d i a ç ã o .
A r a d i a ç ã o i o n i z a n t e l i b e r t a um e l é t r o n da BV l e v a n d o - o para a
BC, p o r t a n t o , d e i x a n d o um b u r a c o na BV, e s s e p r o c e s s o é i l u s t r a d o na
F i g u r a 2.3 ( a ) . O e l é t r o n e o b u r a c o se m o v e m no c r i s t a l a t é q u e s e j a m
r e c o m b i n a d o s ou a r m a d i l h a d o s em e s t a d o s m e t a e s t a v e i s . Os e s t a d o s
m e t a e s t a v e i s n u m c r i s t a l são a s s o c i a d o s a d e f e i t o s na r e d e c r i s t a l i n a .
Existem duas maneiras
nesse modelo, pelas quais a TL ocorre.
Na
p r i m e i r a , e n q u a n t o o c r i s t a l é a q u e c i d o , é d a d a e n e r g i a s u f i c i e n t e ao
e l é t r o n para q u e e s t e d e i x e a BC, c o m o i l u s t r a d o na F i g u r a 2.3 (b).
E s s e e l é t r o n se r e c o m b i n a c o m uma a r m a d i l h a de b u r a c o e e m i t e T L .
T a m b é m p o d e o c o r r e r a s i t u a ç ã o i l u s t r a d a na F i g u r a 2.3 (c), q u a n d o a
a r m a d i l h a de b u r a c o é m e n o s e s t á v e l q u e a de e l é t r o n . N e s s e c a s o , o
b u r a c o r e c e b e s u f i c i e n t e e n e r g i a para se r e c o m b i n a r c o m um
elétron
a r m a d i l h a d o , e t a m b é m há e m i s s ã o T L .
BC.
armadilha
de
elétron
an'nadilha
de
buraco
foton TL
fóton TL
T
(a)
(b)
(c)
F i g u r a 2 . 3 . R e p r e s e n t a ç ã o e s q u e m á t i c a de um d i a g r a m a de n í v e i s de
energía
de
um
termoluminescéncia
cristal
após
isolante
uma
irradiação
que
(a)
exibe
durante
a
e x p o s i ç ã o à r a d i a ç ã o i o n i z a n t e (b) e m i s s ã o de luz d u r a n t e
o a q u e c i m e n t o q u a n d o a a r m a d i l h a de b u r a c o é o c e n t r o
de e m i s s ã o
(c)
emissão
de
luz d u r a n t e
o
aquecimento
q u a n d o a a r m a d i l h a de e l é t r o n s é o c e n t r o de e m i s s ã o ' ^ ° l
O
intervalo
necessária
para
de
energia,
libertar
E,
o
é
relacionado
e
então
a
temperatura
produzir
a
t e r m o l u m i n e s c é n c i a . M u i t a s a r m a d i l h a s de e l é t r o n s e de b u r a c o s
são
p r o d u z i d a s em u m a s i t u a ç ã o r e a l .
elétron
com
Q u a n d o um c r i s t a l é a q u e c i d o ,
a
p r o b a b i l i d a d e de e m i s s ã o de q u a l q u e r e l é t r o n a u m e n t a , e em u m a d a d a
10
temperatura
haverá
aquecimento
se
a emissão.
inicia
fraca,
Por
isso
cresce
até
a emissão
um
máximo
TL
durante
o
de
emissão
e
d e c r e s c e n o v a m e n t e até um m í n i m o de e m i s s ã o . O g r á f i c o da e m i s s ã o
TL em f u n ç ã o da t e m p e r a t u r a é c h a m a d o de c u r v a de e m i s s ã o . A f o r m a
de uma c u r v a de e m i s s ã o p o d e ser p r e v i s t a t e o r i c a m e n t e
p a r a um t i p o
ú n i c o de a r m a d i l h a s e p a r a a q u e c i m e n t o com t a x a s l i n e a r e s .
Na
maioria
dos
materiais
não
é
encontrado
só
um
tipo
a r m a d i l h a e a c u r v a de e m i s s ã o c o n s i s t e de a l g u n s p i c o s . Os
observados
na
curva
quando
as
diferenças
quando
o
aquecimento
de
emissão
de e n e r g i a
do
podem
das
material
necessária para o desarmadilhamento
pode ser i n s t á v e l
à temperatura
se
apresentar
armadilhas
for
rápido.
são
Se
Esse e f e i t o
próximos
energia
é muito pequena, a
ambiente.
picos
pequenas
a
é
de
ou
E,
armadilha
conhecido
c o m o f l u o r e s c ê n c i a , q u a n d o a e m i s s ã o o c o r r e d u r a n t e a e x p o s i ç ã o , e,
f o s f o r e s c ê n c i a , q u a n d o a e m i s s ã o o c o r r e a p ó s a e x p o s i ç ã o '^*^'. Os d o i s
f e n ô m e n o s s ã o na v e r d a d e e m i s s õ e s TL à t e m p e r a t u r a ambiente'^'^'^^'.
O estudo
da
termoluminescéncia
é baseado
em
d e s c r e v e m o n ú m e r o de c e n t r o s e de c a r g a s p r e s e n t e s
modelos
que
relativos
ao
t e m p o e à t e m p e r a t u r a . A e q u a ç ã o que r e l a c i o n a a p r o b a b i l i d a d e
de
e m i s s ã o TL c o m a t e m p e r a t u r a p a r t e da h i p ó t e s e que a e n e r g i a
dos
e l é t r o n s a r m a d i l h a d o s s e g u e uma d i s t r i b u i ç ã o de B o l t z m a n , p e l a t e o r i a
da c a u d a
de
M a x w e l l , ou s e j a , a p ó s
a absorção
OMiSSAO WAC;CNH OE ENERGIA N U C L E A H / S P
de
»Pfc*
energia
E,
os
11
elétrons
que
estão
armadilhados
são
liberados
para
a
banda
de
c o n d u ç ã o , c o n f o r m e u m a d i s t r i b u i ç ã o M a x w e l l i a n a de e n e r g i a
O m o d e l o m a i s s i m p l e s d e s c r i t o por v á r i o s a u t o r e s é o de R a n d a l l
e Wilkins
t^^^.a.is]
considera
a presença
de
um
único
e n e r g i a . P o r t a n t o , há um ú n i c o t i p o de a r m a d i l h a na b a n d a
nível
de
proibida.
Esse n í v e l de e n e r g i a é l o c a l i z a d o e n t r e as b a n d a s de v a l ê n c i a e de
c o n d u ç ã o do m a t e r i a l . A s s i m , t a m b é m se c o n c l u i q u e o e l é t r o n t e r m o e s t i m u l a d o tem p r o b a b i l i d a d e d e s p r e z í v e l de ser r e a r m a d i l h a d o e vai
d i r e t o p a r a o c e n t r o de l u m i n e s c ê n c i a , o que c o n s i s t e em u m a
base
para uma c i n é t i c a de 1^ o r d e m ( l i n e a r ) para o p r o c e s s o . V á r i o s o u t r o s
m o d e l o s são p r o p o s t o s para o e s t u d o do f e n ô m e n o '^', e a i n d a m u i t o s
o u t r o s e s t ã o s e n d o estudados'^°"^'*' .
A t a x a de d e s a r m a d i l h a m e n t o , a u m a t e m p e r a t u r a T, d e p e n d e da
d e n s i d a d e d a s a r m a d i l h a s o c u p a d a s n, da e n e r g i a de a t i v a ç ã o t é r m i c a
E
(barreira
de
potencial)
e
do
tipo
de
armadilhas.
A
taxa
de
d e s a r m a d i l h a m e n t o p o d e ser e x p r e s s a por :
-dn/dt
a
n exp (-E/kbT)
- d n / d t = s n exp (-E/kbT)
(2.3)
(2.4)
12
o n d e s é urna c o n s t a n t e
dimensão
de s
conhecida
tempo'^),
e
kb
como fator
é
a
de f r e q u ê n c i a
constante
de
(com
Boltzman
( 0 , 8 6 2 x 1 0 " * eV.K-'').
A análise
informações
dos
como
picos
nível
de
da
curva
energia
de
das
emissão
TL
armadilhas,
fornece
várias
densidade
das
a r m a d i l h a s de e l é t r o n s e b u r a c o s , f a t o r de f r e q u ê n c i a s, m o b i l i d a d e de
p o r t a d o r e s e r e c o m b i n a ç ã o de a r m a d i l h a s .
D u r a n t e o p r o c e s s o de e m i s s ã o T L , a l é m das c u r v a s de e m i s s ã o ,
se um e s p e c t r o de e m i s s ã o ( i n t e n s i d a d e TL em f u n ç ã o do c o m p r i m e n t o
de o n d a da e n e r g i a
e m i t i d a ) for t a m b é m
e s t u d a d o s os c e n t r o s de l u m i n e s c ê n c i a .
obtido, então
poderão
ser
13
2.1.2
Defeitos
cristalinos
Um c r i s t a l é d e f i n i d o c o m o
á t o m o s ' ^ ^ ' . Os m a t e r i a i s
um a r r a n j o t r i d i m e n s i o n a l p e r i ó d i c o de
cerâmicos
por d e f i n i ç ã o
são c o m p o s t o s
pelo m e n o s 2 e l e m e n t o s , e por e s s a r a z ã o s u a s e s t r u t u r a s
se t o r n a m
mais
complicadas
do q u e
as
estruturas
dos
por
cristalinas
metais
que
n o r m a l m e n t e p o s s u e m só um t i p o de á t o m o .
T o d o s os c r i s t a i s são n e u t r o s e l e t r i c a m e n t e , o u s e j a , a s o m a das
cargas
positivas
é
equilibrada
por
um
número
igual
de
cargas
n e g a t i v a s . Por e x e m p l o , na a l u m i n a , c a d a 2 c á t i o n s A l ^ * t ê m q u e ser
equilibrados
por
3
ânions
de
0^',
como
na
fórmula
Essa
AI2O3.
e x i g ê n c i a t a m b é m vai limitar o t i p o de e s t r u t u r a q u e os íons
podem
assumir'^^'.
As
estruturas
cristalinas
reais
contêm
imperfeições
que
são
c l a s s i f i c a d a s c o m o d e f e i t o s p o n t u a i s , l i n e a r e s ou p l a n a r e s . Os d e f e i t o s
puntuáis
são definidos
como q u a l q u e r
ponto
na r e d e
que
não
está
o c u p a d o p e l o íon o u á t o m o , n e c e s s á r i o p a r a p r e s e r v a r a p e r i o d i c i d a d e
da e s t r u t u r a . D e f e i t o s l i n e a r e s são c a u s a d o s por d e s l o c a m e n t o s
que
levam a d i s t o r ç õ e s c e n t r a d a s em uma l i n h a da e s t r u t u r a c r i s t a l i n a . Os
d e f e i t o s p l a n a r e s s ã o i m p e r f e i ç õ e s em s ó l i d o s p o l i c r i s t a l i n o s c o m o os
c o n t o r n o s de g r ã o s , o n d e o c o r r e m d i f e r e n t e s o r i e n t a ç õ e s .
14
Além
desses
tipos
de
defeitos,
ainda
podem
ocorrer
defeitos
volumétricos como poros, trincas e inclusões.
Os d e f e i t o s i d e n t i f i c a d o s c o m o r e s p o n s á v e i s p e l a s
T L na AI2O3 s ã o as v a c â n c i a s
de o x i g é n i o ' ^ ^ ' , por
propriedades
isso s o m e n t e
os
d e f e i t o s p o n t u a i s s e r ã o mais d e t a l h a d o s n e s t e t ó p i c o .
Os
defeitos
pontuais
podem
ser
subdivididos
em:
e s t e q u i o m é t r i c o s , não e s t e q u i o m é t r i c o s e e x t r í n s i c o s .
Os
defeitos
estequiométricos
v a r i a ç ã o na e s t e q u i o m e t r i a
nessa classificação
rede
cristalina
Frenkel
correspondente
de
os
que
não
apresentam
p a r a o c á t i o n e o â n i o n do c o m p o s t o , e
encontram-se
(deslocamento
são
um
os d e f e i t o s
à ausência
átomo
da
Schottky
de
um
rede
(vacância
átomo
para
ou
uma
íon)
na
e
posição
intersticial).
Os d e f e i t o s não e s t e q u i o m é t r i c o s são f o r m a d o s p e l a a d i ç ã o ou
perda
de
um
Simplesmente
(ou
o
mais
número
de
um)
dos
estequiométrico
constituintes
entre
os
do
cristal.
constituintes
do
m a t e r i a l p o d e não o c o r r e r . Por e x e m p l o , se um ó x i d o é s u b m e t i d o a
t r a t a m e n t o s em a t m o s f e r a s c o m a l t a s p r e s s õ e s p a r c i a i s de o x i g ê n i o ,
e n t ã o o n ú m e r o de á t o m o s de o x i g ê n i o p o d e r á ser
estequiométrico
de
cátions
p a r c i a i s de o x i g ê n i o , h a v e r á
e
analogamente
maior que o número
, em
baixas
pressões
m a i o r c o n c e n t r a ç ã o de c á t i o n s do q u e as
15
quantidades
estequiométricas.
estequiométricos
está
no
fato
A
importância
de
que
dos
pequenas
cor,
difusividade,
condutividade
elétrica,
não
modificações
c o m p o s i ç ã o do m a t e r i a l l e v a m a a l t e r a ç õ e s em a l g u m a s
como
defeitos
na
propriedades
fotocondutividade,
s u s c e t i b i l i d a d e m a g n é t i c a , etc.
Os d e f e i t o s e x t r í n s i c o s são c r i a d o s p e l a p r e s e n ç a de i m p u r e z a s
no m a t e r i a l b a s e .
Os
defeitos
pontuais
em
um
composto
binário
podem
ser
d i v i d i d o s em :
1. V a c â n c i a s , q u e
são s í t i o s o n d e há f a l t a de um á t o m o .
2. I n t e r t i c i a i s , q u e são á t o m o s não p e r t e n c e n t e s à r e d e e q u e o c u p a m
s í t i o s v a z i o s na r e d e ( i n t e r s t í c i o s ) .
3. Á t o m o s t r o c a d o s , q u e são t i p o s de á t o m o s e n c o n t r a d o s em
normalmente
o c u p a d o s por o u t r o s t i p o s de á t o m o s .
sítios
Esse tipo
de
d e f e i t o o c o r r e em c e r â m i c a s c o v a l e n t e s .
4. E l é t r o n s l i v r e s que e s t ã o na b a n d a de c o n d u ç ã o do c r i s t a l .
5. B u r a c o s de e l é t r o n s , p r e s e n t e s na b a n d a de v a l ê n c i a do cristal e
q u e p o d e m se m o v i m e n t a r a t r a v é s d e l a .
6. I m p u r e z a s
intersticiais
e
substitucionais,
que
são
átomos
não
p e r t e n c e n t e s à r e d e e o c u p a m p o s i ç õ e s de á t o m o s q u e p e r t e n c i a m à
rede
(substitucionais)
(intersticiais).
ou
que
ocupam
sítios
vazios
na
rede
16
2.1.3
Dosimetría
Termoluminescente
O o b j e t i v o da d o s i m e t r í a t e r m o l u m i n e s c e n t e é d e t e r m i n a r
de e n e r g i a
por
unidade
de m a s s a
do m a t e r i a l
(dose)
foi
quanto
absorvida
d u r a n t e a i r r a d i a ç ã o . D e t e r m i n a - s e e s s a d o s e p e l o a c o m p a n h a m e n t o da
e m i s s ã o da e n e r g i a do m a t e r i a l p r e v i a m e n t e e x p o s t o , d u r a n t e o seu
aquecimento.
São
obtidas,
então
medidas
de
intensidade
de
luz
( i n f r a v e r m e l h a , v i s í v e l ou ultra violeta)'^'^'^'.
Os m a t e r i a i s , q u e p o s s u e m
propriedades termoluminescentes e
que p o d e m ser u s a d o s c o m o d o s í m e t r o s , são c h a m a d o s de
dosímetros
termoluminescentes (TLDs).
Nos ú l t i m o s 15 a n o s os T L D s s u b s t i t u í r a m a d o s i m e t r i a c o m f i l m e s
e se t o r n a r a m m u i t o p o p u l a r e s por v á r i a s c a r a c t e r í s t i c a s e v a n t a g e n s
em r e l a ç ã o à d o s i m e t r i a com f i l m e s .
E n t r e e l a s p o d e m ser c i t a d a s seu
p e q u e n o t a m a n h o , f á c i l m a n u s e i o , alta s e n s i b i l i d a d e em u m a f a i x a de
d o s e e s p e c í f i c a para c a d a m a t e r i a l , r e s i s t ê n c i a e i n é r c i a a v a r i a ç õ e s
climáticas,
possibilidade
de
reutilização
em
um
grande
número
de
i r r a d i a ç õ e s e c i c l o s de leitura'^'''.
Existem
algumas
importantes
características
dosimétricas,
d e v e m ser a t e n d i d a s por um m a t e r i a l p a r a que e s t e seja
que
considerado
d o s i m é t r i c o . O m a t e r i a l ideal d e v e c o n t e r um ú n i c o p i c o de e m i s s ã o em
torno
de
200°
C,
porque
os
sistemas
de
leitura
TL
na
faixa
de
17
t e m p e r a t u r a de 170 - 2 3 0 ° C são m a i s precisos'^'"'. T a m b é m p i c o s de
e m i s s ã o a b a i x o de 2 5 0 ° C e v i t a m i n t e r f e r ê n c i a da i n c a n d e s c ê n c i a
e l e m e n t o s de a q u e c i m e n t o . M a t e r i a i s que a p r e s e n t a m m ú l t i p l o s
dos
picos
de e m i s s ã o e c o m m e s m a m a g n i t u d e t a m b é m não são a d e q u a d o s
dosimetria.
Outra característica
desejável
para
um
material
à
TL é a
r e s p o s t a l i n e a r com a d o s e de i r r a d i a ç ã o . D i f i c i l m e n t e se e n c o n t r a em
um único m a t e r i a l t o d a s e s s a s c a r a c t e r í s t i c a s . Por e s s a r a z ã o e x i s t e m
d o s í m e t r o s m a i s i n d i c a d o s p a r a uma a p l i c a ç ã o e s p e c í f i c a e n q u a n t o são
i n a d e q u a d o s p a r a outras'^^'.
2.1.4
P r o p r i e d a d e s de m a t e r i a i s p a r a a d o s i m e t r í a T L
A s e g u i r , são d i s c u t i d a s a l g u m a s p r o p r i e d a d e s i m p o r t a n t e s
para
materiais utilizados como TLDs.
2.1.4.1
C u r v a de e m i s s ã o t e r m o l u m i n e s c e n t e
A c u r v a de e m i s s ã o é d e f i n i d a c o m o s e n d o a i n t e n s i d a d e da luz
e m i t i d a p e l o m a t e r i a l TL em f u n ç ã o da t e m p e r a t u r a ou do t e m p o
aquecimento.
de
18
Q u a n d o um m a t e r i a l T L é i r r a d i a d o , e p o s t e r i o r m e n t e
aquecido,
os e l é t r o n s l i v r e s o c u p a m a b a n d a de c o n d u ç ã o em n ú m e r o c r e s c e n t e .
O e l é t r o n r e c a p t u r a d o p o d e e s c a p a r n o v a m e n t e e a t a x a de r e c a p t u r a
diminui
pode
também
ser
rearmadilhado
ou
se
recombinar
produzindo TL.
Como
emissão
as
TL,
medidas
para
TL
melhor
estão
diretamente
compreensão
e
ligadas
análise,
à
ela
curva
será
de
mais
a d e q u a d a q u a n d o não for m u i t o c o m p l e x a , ou s e j a , q u a n d o o m a t e r i a l
não a p r e s e n t a r p i c o s de e m i s s ã o TL s o b r e p o s t o s , d i f i c u l t a n d o a a n á l i s e
dos r e s u l t a d o s .
O e s p e c t r o de e m i s s ã o é a v a r i a ç ã o da i n t e n s i d a d e TL com o
comprimento
de
onda
da
luz
emitida.
Mantendo-se
a
temperatura
c o n s t a n t e e r e a l i z a n d o - s e uma v a r r e d u r a em c o m p r i m e n t o s de o n d a ,
o b t é m - s e o e s p e c t r o de e m i s s ã o .
2.1.4.2
Sensibilidade
A s e n s i b i l i d a d e de um m a t e r i a l TL é d e f i n i d a c o m o a i n t e n s i d a d e
de
sinal
TL
por
unidade
de
dose
absorvida.
A
definição
desse
p a r â m e t r o de f o r m a a b s o l u t a é d i f í c i l , p o r q u e e s s a r e s p o s t a t a m b é m vai
d e p e n d e r dos s i s t e m a s de l e i t u r a T L u s a d o s nas m e d i ç õ e s , dos f i l t r o s
ó t i c o s u t i l i z a d o s , das t a x a s de a q u e c i m e n t o e dos m é t o d o s
utilizados
p a r a medir o sinal T L . A s s i m s e n d o , é u s a d o u m a m e d i d a r e l a t i v a de
li
sensibilidade
para
evitar
as
incertezas
associadas
com
a
medição
absoluta.
Os
valores
de
sensibilidade
geralmente
são
referidos
ao
L i F ( T L D I O O ) p a r a o q u a l se a d o t a c o m o t e n d o s e n s i b i l i d a d e i g u a l à 1 ' * ' .
S(D)=F(D),r,ateria|/F(D)TLD100
onde
(2.5)
S ( D ) é a s e n s i b i l i d a d e r e l a t i v a à s e n s i b i l i d a d e do T L D 100, F ( D )
é a s e n s i b i l i d a d e do m a t e r i a l e F(D)TLDIOO é a s e n s i b i l i d a d e
do
T L D 1 0 0 , m e d i d a s nas m e s m a s c o n d i ç õ e s .
Como
dependência
a
de
resposta
outros
TL
dos
fatores,
materiais
como
já
apresenta
citado,
também
normalmente
a
s e n s i b i l i d a d e é i n d i c a d a j u n t o com a f a i x a de d o s e u t i l i z a d a , bem c o m o
a t a x a de a q u e c i m e n t o
e resfriamento,
a l é m de o u t r a s
r e f e r e n t e s ao m é t o d o e s i s t e m a s de l e i t u r a .
informações
20
2.1.4.3
Limite mínimo detectável
A dose mínima detectável é definida como sendo três vezes o
desvio
padrão
do
sinal
de
um
dosímetro
que
não
foi
exposto
à
r a d i a ç ã o ' ^ ' . E s s a d e f i n i ç ã o se a p l i c a ao m a t e r i a l e ao s i s t e m a T L . Com
r e l a ç ã o ao m a t e r i a l , f a t o r e s como a f o r m a , o t a m a n h o , o p r o c e s s o de
c o n s t r u ç ã o , os f i l t r o s a l é m dos i n s t r u m e n t o s
de l e i t u r a , a l g o r i t m o s e
r o t i n a s de a n á l i s e t ê m q u e ser d e f i n i d o s em c o n j u n t o c o m os v a l o r e s
a p r e s e n t a d o s . O l i m i t e c i t a d o é, p o r t a n t o , uma f o r m a de p r e v e r a d o s e
m í n i m a d e t e c t á v e l de c a d a m a t e r i a l
2.1.4.4
R e s p o s t a em f u n ç ã o da d o s e a b s o r v i d a
A r e s p o s t a à d o s e é d e f i n i d a c o m o uma f u n ç ã o que d e p e n d e da
i n t e n s i d a d e do sinal T L m e d i d o em f u n ç ã o da a b s o r ç ã o de d o s e ' ' ' l A
f u n ç ã o de r e s p o s t a de d o s e (ou índice de s u p r a l i n e a r i d a d e ) p o d e ser
d e s c r i t o como f ( D ) , c o n f o r m e a e x p r e s s ã o :
onde
f(D) = [ F ( D ) / D ] / [ F ( D i ) / D i ]
(2,6)
F(D) é a r e s p o s t a de d o s e a uma d o s e D, e D i é a d o s e
mais
b a i x a o n d e a r e s p o s t a é linear.
O d o s í m e t r o i d e a l d e v e r i a , p o r t a n t o , ter f ( D ) = 1 p a r a uma a m p l a
f a i x a de d o s e , o que não o c o r r e nos c a s o s r e a i s . A s u p r a l i n e a r i d a d e é
21
d e f i n i d a c o m o f ( D ) > 1, que é um c o m p o r t a m e n t o
mais comum
nos
m a t e r i a i s , e n q u a n t o q u e a s u b i i n e a r i d a d e , d e f i n i d a c o m o f ( D ) < 1, é
g e r a l m e n t e o b s e r v a d a q u a n d o o m a t e r i a l se a p r o x i m a da s a t u r a ç ã o .
O q u e se d e s e j a de um T L D é q u e ele e x i b a uma r e l a ç ã o
entre
a
intensidade
termoluminescente
intensidade
termoluminescente
proporcional
à soma das energias absorvidas
curvas
de
resposta
de
um
emitida
e
por
dosímetro
TL
a
dose
um
linear
absorvida.
material
deve
ser
por e s s e m a t e r i a l .
em
função
da
A
As
dose
c o m p r e e n d e m , g e r a l m e n t e , uma r e g i ã o linear, o u t r a s u p r a l i n e a r e uma
t e r c e i r a de s a t u r a ç ã o ( t a n t o por a r m a d i l h a s t o t a l m e n t e c h e i a s
quanto
por d a n i f i c a ç ã o p r o v o c a d a p e l a r a d i a ç ã o ) ' ^ ^
As
regiões
de
supralinearidade
e
subiinearidade
quando
o
m a t e r i a l se a p r o x i m a da s a t u r a ç ã o p o d e levar a um c á l c u l o de d o s e
s u p e r ou s u b e s t i m a d o r e s p e c t i v a m e n t e .
A F i g u r a 2 . 4 , i l u s t r a as c u r v a s de t r ê s m a t e r i a i s T L D s t í p i c o s , a
c u r v a A p e r t e n c e n t e ao S Í O 2 m o s t r a n d o o c o m p o r t a m e n t o s u p r a l i n e a r , a
c u r v a B m o s t r a um d e s e n v o l v i m e n t o s u p r a l i n e a r e em s e g u i d a s u b l i n e a r
no
LiF:Mg,Ti
mostrado
(TLD-100),
enquanto
que
no
CaF2:Mn
na c u r v a C, p r a t i c a m e n t e t o d a a r e g i ã o
(TLD-400)
na f a i x a de
dose
o b s e r v a d a é l i n e a r , as t r ê s c u r v a s f o r a m o b s e r v a d a s p a r a a f a i x a de
d o s e de 0,5 a IO'* Gy.
22
Dose (Gy)
Figura 2.4 Exemplo de comportamentos TL de três TLDs típicos, onde é mostrada a
resposta TL em função da dose, em A para o SÍO2, em B para LiF:Mg,Ti
(TLD 100) e em C para o CaFziMn (TLD 400)
Os c o m p o r t a m e n t o s s u p r a l i n e a r e s u b l i n e a r q u e são
na
maioria
dos
TLDs,
não
proíbem
o
seu
uso,
mas
observados
exigem
uma
c u i d a d o s a c a l i b r a ç ã o e a p l i c a ç ã o de f a t o r e s de correção'"*'^'.
A c u r v a de v a r i a ç ã o da r e s p o s t a TL em f u n ç ã o da d o s e a b s o r v i d a
é o b t i d a p a r a c a d a t i p o de T L D , o n d e se i d e n t i f i c a a r e g i ã o (ou f a i x a de
d o s e ) o n d e o d o s í m e t r o a p r e s e n t a r e s p o s t a l i n e a r . Essa f a i x a de d o s e
s e r i a , p o r t a n t o , a mais i n d i c a d a para a u t i l i z a ç ã o do m a t e r i a l .
23
2.1.4.5
D e p e n d ê n c i a da r e s p o s t a T L c o m t i p o de r a d i a ç ã o
O n ú m e r o a t ô m i c o e f e t i v o Zeff de um c o m p o s t o p o d e ser d e f i n i d o
como
o
número
grandeza
que
física
resulta
como
a
no
soma
mesmo
dos
efeito
efeitos
para
dos
uma
seus
definida
diferentes
e l e m e n t o s . A d e t e r m i n a ç ã o do Zeff d e p e n d e da s e ç ã o de c í i o q u e u s a d a
na
sua
derivação
e
para
isso
são
utilizados
vários
modelos
m a t e m á t i c o s . L e v a n d o - s e em c o n t a o p r o c e s s o f o t o e l é t r i c o , o Z e f f p o d e
ser d e f i n i d o c o m o :
Zeff"' =
1 (ne,i)/ne) Zi"'
(2.7)
o n d e : ne é o n ú m e r o de e l é t r o n s de c a d a e l e m e n t o
m é um f a t o r q u e d e p e n d e da e n e r g i a
Já são e n c o n t r a d o s t a b u l a d o s os v a l o r e s para Zeff, l e v a n d o - s e em
c o n t a as i n t e r a ç õ e s e a e n e r g i a para a m a i o r i a dos e l e m e n t o s com Z
entre
1 e
100
e
para
um
grande
número
de
compostos
comuns,
f a c i l i t a n d o a u t i l i z a ç ã o do Zeff na d o s i m e t r i a .
A r e s p o s t a a uma d e t e r m i n a d a e n e r g i a é d e f i n i d a c o m o a v a r i a ç ã o
de r e s p o s t a T L em f u n ç ã o da e n e r g i a da r a d i a ç ã o . E s s a v a r i a ç ã o está
r e l a c i o n a d a ao c o e f i c i e n t e
de a b s o r ç ã o
do m a t e r i a l
que está
sendo
i r r a d i a d o . Para i r r a d i a ç õ e s com f ó t o n s , o c o e f i c i e n t e de a b s o r ç ã o
de
24
e n e r g i a m á s s i c o , e r e p r e s e n t a d o por \ieJ
p com u n i d a d e s no S . l . d a d a s
em m^/kg"V
A r e s p o s t a a e n e r g i a s de f ó t o n s S E ( E ) é d e f i n i d a c o m o :
SE ( E )
= (|Ien/p)material / (|ien/p)referência
(2.8)
O m a t e r i a l u t i l i z a d o c o m o r e f e r ê n c i a n o r m a l m e n t e é o ar . Para
c o m p o s t o s a p l i c a - s e a lei das m i s t u r a s :
(Hen/p) = S ( H e n / p ) i W i
onde
Wi
(2.9)
é a f r a ç ã o molar do i é s i m o e l e m e n t o
A p e r d a de e n e r g i a o c o r r e p e l o e f e i t o f o t o e l é t r i c o , e f e i t o C o m p t o n
e produção
depende
material.
de p a r e s . O p r o c e s s o
da e n e r g i a
A
incidente
componente
do
a b s o r ç ã o de e n e r g i a m á s s i c o
que será d o m i n a n t e
e do n ú m e r o
efeito
atômico
fotoelétrico
no
na
interação
efetivo
Zeff
coeficiente
v a r i a com o Zeff^. A c o m p o n e n t e
do
de
devida
ao e f e i t o C o m p t o n v a r i a com Zeff / M, o n d e M é a m a s s a m o l e c u l a r do
m a t e r i a l do T L D . A c o m p o n e n t e do c o e f i c i e n t e de a b s o r ç ã o de e n e r g i a
mássico devida à produção
de p a r e s v a r i a com Zeff^. As
interações
f o t o e i e t r i c a s d o m i n a m em e n e r g i a s b a i x a s e o e f e i t o C o m p t o m se t o r n a
d o m i n a n t e c o m o a u m e n t o de e n e r g i a . A p r o d u ç ã o de p a r e s é um e f e i t o
i m p o r t a n t e a a l t a s e n e r g i a s ( E > v á r i o s M e V ). O m e c a n i s m o de p e r d a
25
de e n e r g i a d o m i n a n t e p a r a m a t e r i a i s de b a i x o n ú m e r o a t ô m i c o e f e t i v o é
o e f e i t o C o m p t o n p a r a e n e r g i a s e n t r e 2 5 k e \ / e 10 MeV.
Para u t i l i z a ç ã o p r á t i c a do c o n c e i t o de d e p e n d ê n c i a de e n e r g i a , é
d e f i n i d a a R e s p o s t a R e l a t i v a à E n e r g i a ( R E R ) . A RER é a r e s p o s t a de
energia
a fótons
de
energia
E do
material,
relativa
à resposta
do
m a t e r i a l a f ó t o n s de 1,25 MeV do ^°Co, c o n f o r m e a e x p r e s s ã o 2 . 1 0 :
(RER) = SE(E)/SE(1,25MeV^°Co)
onde
SE(E) é a
resposta
(2.10)
do m a t e r i a l
a
f ó t o n s de e n e r g i a E e
S E ( 1 , 2 5 IVIeV " C o ) é a r e s p o s t a do m a t e r i a l a f ó t o n s de
1,25
M e V e m i t i d o s p e l o ^°Co.
Na F i g u r a 2 . 5 , c o m o i l u s t r a ç ã o , s ã o m o s t r a d o s os r e s u l t a d o s de
r e s p o s t a r e l a t i v a de e n e r g i a de LiF( Zeff = 8 , 1 4 ) , CaFa e um
material
h i p o t é t i c o c o m Zeff = 55. D e s d e que o c o m p o r t a m e n t o i d e a l s e r i a m e n o r
d e p e n d ê n c i a com a e n e r g i a da r a d i a ç ã o , os m a t e r i a i s c o m m e n o r Zeff
mostram
esse
comportamento.
aplicação
de T L D s
desejável
um
Considerando
é para d e t e r m i n a r
ainda
que
a d o s e em t e c i d o
a
maior
humano,
m a t e r i a l T L D e q u i v a l e n t e ao t e c i d o , c o m Zeff = 7,4.
é
26
inêrgjâ ât fétsn§ (MêW)
F i g u r a 2.5
R e s p o s t a r e l a t i v a de t e r m o l u m i n e s c é n c i a
e n e r g i a p a r a m a t e r i a i s com Zeff d i f e r e n t e s
em f u n ç ã o
da
A i n d a no m e s m o m a t e r i a l a f o r m a ( g r ã o s , c r i s t a l , f a i x a s , d i s c o s ,
etc) a l t e r a a d e p e n d ê n c i a enerçiética. O m e s m o m a t e r i a l c o m d i f e r e n t e s
dopantes apresenta diferentes dependências energéticas. A correlação
d e s s e s v á r i o s f a t o r e s t e m que ser f e i t a e x p e r i m e n t a l m e n t e
em
cada
caso.
Os T L D s com a l t o n ú m e r o a t ô m i c o são c h a m a d o s de d o s í m e t r o s
d i s c r i m i n a d o r e s e são u s a d o s aos p a r e s , o n d e um d e l e s é u t i l i z a d o com
27
filtros metálicos. A correlação
para
cálculo
de d o s e
equivalente
no
t e c i d o é f e i t a por a l g o r i t m o s d e s e n v o l v i d o s c a s o a c a s o .
Para
e f e i t o de c o m p a r a ç ã o c o m o t e c i d o h u m a n o são d a d o s na
T a b e l a 2.1 o Zeff de a l g u n s d o s í m e t r o s e m a t e r i a i s d o s i m e t r i c o s .
T a b e l a 2.1 V a l o r e s de Zeff p a r a m a t e r i a i s d o s i m e t r i c o s
Material
Tecido
humano
10,2i^J
Zeff
2.1.4.6
LiF
CaS04:Dy
8,ll^l
15,3i^'J
R e p r o d u t i b i d a d e de r e s p o s t a
A r e p r o d u t i b i l i d a d e de r e s p o s t a de um m a t e r i a l T L D é d e f i n i d a c o m o
o v a l o r do d e s v i o p a d r ã o c a l c u l a d o na r e s p o s t a da a m o s t r a
pela média obtida
nas
leituras,
em t e r m o s
percentuais.
dividido
Portanto,
o
m a t e r i a l com o m e n o r d e s v i o p a d r ã o nas l e i t u r a s é o m a i s r e p r o d u t í v e l
s e n d o q u e , p a r a d o s i m e t r i a T L , este
v a l o r d e v e ser m e n o r q u e 4 % .
R (%) = [on-i / X] 100
Onde
(2.11)
R (%) é a r e p r o d u t i b i l i d a d e , O n - i é o d e s v i o p a d r ã o d a s l e i t u r a s
TL,
e X é a média
material.
das
leituras
de e m i s s ã o
TL
no
mesmo
2a
2.1.4.7
Decaimento, estabilidade química e térmica
D e c a i m e n t o é a d i m i n u i ç ã o da r e s p o s t a T L e n t r e a i r r a d i a ç ã o e a
l e i t u r a . O b s e r v a - s e m e l h o r e s s a a l t e r a ç ã o nos p i c o s de e m i s s ã o TL de
baixa t e m p e r a t u r a
eliminados
(considerados
submetendo-se
o
instáveis).
material
Esses
picos
dosimétrico
podem
a
ser
tratamentos
térmicos após a irradiação'*'^'^'.
O d e c a i m e n t o do s i n a l T L p o d e o c o r r e r por e s t i m u l a ç ã o ó t i c a das
a r m a d i l h a s , e f e i t o t a m b é m c h a m a d o de s e n s i b i l i d a d e do m a t e r i a l à luz.
O u t r o s e f e i t o s t a m b é m p o d e m c a u s a r a d i m i n u i ç ã o da r e s p o s t a TL do
material
como,
por
exemplo,
formação
de
óxidos,
umidade
ou
t e m p e r a t u r a a f e t a n d o o m a t e r i a l ou a sua superfície'*-^'^'.
C o n c l u i n d o , e n t r e as p r o p r i e d a d e s
c i t a d a s nos i t e n s
anteriores
para a d o s i m e t r i a T L , é b a s t a n t e d i f í c i l o b t e r - s e um ú n i c o m a t e r i a l e
c o n f i g u r a ç ã o q u e a p r e s e n t e m s a t i s f a t o r i a m e n t e t o d a s as p r o p r i e d a d e s
citadas
simultáneamente.
eficiência
do
dosímetro,
Essas
mas
características
a
importância
irão
determinar
relativa
c a r a c t e r í s t i c a vai v a r i a r com a a p l i c a ç ã o e s p e c í f i c a ' ^ ^ ' .
de
a
cada
29
Por
limite
exemplo,
mínimo
resposta
a
aplicações
detectável
doses
equivalência
com
características
ambiental
em
e
tem
altas,
tecido
a
e
menor
onde
para
significado,
linearidade
resistência
importantíssimas.
pessoal,
dosimétricas
Por
de
a
dosímetros
mas
sem
a precisão
resposta
danos
outro
radioterapia,
por
lado,
à
em
tratamento
de
dose,
radiação
o
a
são
dosimetria
prévio
são
u t i l i z a d o s em l a r g a e s c a l a
sob
u t i l i z a d o s , o s i n a l r e s i d u a l é de i m p o r t â n c i a crucial'^^'^^'.
2.2
M a t e r i a i s para TLDs
E n t r e os m a t e r i a i s d o s i m e t r i c o s
v á r i a s f o r m a s e com os m a i s v a r i a d o s t i p o s de f i l t r o s , p o d e - se citar:
1. Fluoretos
- como o LiF:Mg,Ti que é o material TLD mais utilizado e
identificado
como
TLD
100
pela
Harshaw,
sua
fabricante;
L i F : M g , C u , P e o L i F : M g , T i (TLD 7 0 0 ) .
2. Óxidos
- como
AI2O3 ;
A^OaiC (TLD 500);
a - A l 2 0 3 : M g , Y ; MgO e
BeO.
3. Sulfatas
4 . Boratos
- como
-
como
CaS04:Dy (TLD 900) e C a S 0 4 : T m .
LÍ2B407:Cu
;
LÍ2B407:Mn
(TLD
800)
e
o
LÍ2B407:Mn,Si
N e s t e t r a b a l h o , s o m e n t e os m a t e r i a i s à b a s e de a l u m i n a s e r ã o t r a t a d o s .
30
2.2.1
O d o s í m e t r o de A I 2 O 3
A f o r m a ç ã o de d e f e i t o s p o n t u a i s na a l u m i n a v e m s e n d o e s t u d a d a
há d é c a d a s [26,29]
PQ^Q Q c r i a ç ã o de um d e f e i t o
na r e d e n o r m a l
da
a l u m i n a ( r e t i r a r um á t o m o de a l u m i n i o ou um de o x i g ê n i o ) , é n e c e s s á r i o
uma e n e r g i a m í n i m a de 50 eV ou e n e r g i a s m a i o r e s c o m o a de e l é t r o n s
r á p i d o s t e r i a m q u e ser a p l i c a d a s para a g e r a ç ã o d e s s e s d e f e i t o s . As
radiações
estes
i o n i z a n t e s c a u s a m na a l u m i n a e l é t r o n s
são
então
ocasionados
por
armadilhados
impurezas.
em d e f e i t o s
Logo,
as
livres e buracos
na r e d e
radiações
d e f e i t o s na rede da a l u m i n a , mas c a u s a m
ou
não
mudanças
em
defeitos
criam
novos
no e s t a d o
c a r g a s das i m p u r e z a s ou no p r e e n c h i m e n t o das v a c â n c i a s
e
das
existentes
pelos elétrons e buracos livres.
O m o d e l o p a r a a a b s o r ç ã o e e m i s s ã o das
alumina
é bem d e f i n i d o
a i n d a se e n c o n t r a m
para
algumas
em d i s c u s s ã o
6,1 eV e e m i s s ã o a 3 eV
das
b a n d a s de e n e r g i a na
transformações
As b a n d a s
e
outras
c o m a b s o r ç ã o em
são a t r i b u í d a s ao c e n t r o F . As b a n d a s com
a b s o r ç ã o em 5,4 e 4,8 eV com e m i s s ã o a 3,8 eV são a t r i b u í d a s
c e n t r o F+'^^'. O p r i n c i p a l e s p e c t r o de e m i s s ã o do c r i s t a l de
n o m i n a l m e n t e pura o c o r r e em 310 nm ( e m i s s ã o
emissão
vários
com menor
modelos
são
i n t e n s i d a d e em 3,8 eV
sugeridos
para
ao
alumina
UV). U m a b a n d a
de
o c o r r e em 326 nm, e
a explicação
OWiSSAO NACCNAL DE ENERGIA N U C L E A R / S P
dessa
«m
emissão'^'.
31
A l g u n s a u t o r e s a t r i b u e m e s s a e m i s s ã o a o s c e n t r o s F+ o u a íons AI +
i n t e r s t i c i a i s ' ^ ^ ' , em o u t r o s e s t u d o s f o i m o s t r a d o
composta
de d o i s e s p e c t r o s
que e s s a e m i s s ã o
a 310 e 330 nm, também
atribuídos
é
à
e m i s s ã o n o s íons AI+ e aos c e n t r o s F+
2.2.2
E s t r u t u r a do A I 2 O 3
1
A e s t r u t u r a do AI2O3 é h e x a g o n a l c o m p a c t a c o m os p a r â m e t r o s de
r e d e da c é l u l a u n i t á r i a de Co = 1 2 , 9 9 1 A e a o = 4 , 7 5 8 A [29,30]
O AI2O3, t a m b é m c o n h e c i d o c o m o a l u m i n a , p o s s u i a e s t r u t u r a do
c o r u n d u m , m a t e r i a l de i n c i d ê n c i a n a t u r a l com a m e s m a c o m p o s i ç ã o . A
a l u m i n a se a p r e s e n t a em v á r i a s f a s e s , a m a i s e s t á v e l é a a - a l u m i n a .
A i n d a se e n c o n t r a o m e s m o m a t e r i a l r e f e r i d o c o m o
safira, nesse caso
i n d i c a n d o a f o r m a m o n o - c r i s t a l i n a da a l u m i n a , c o m o b a s e p a r a o rubi e
p a r a a s a f i r a a z u l '^^'.
A a l u m i n a é um c r i s t a l b a s e a d o na e s t e q u i o m e t r i a 2:3
ânion
, onde
preenchem
os
cátions
dois terços
que
vão
para
a coordenação
dos s í t i o s d i s p o n í v e i s , f i c a n d o
sítios v a z i o s na e s t r u t u r a ' ^ ° ' ^ * ' .
cátion :
octaedral
um t e r ç o
dos
I
32
A
onde
F i g u r a 2.6 m o s t r a um p l a n o da e s t r u t u r a c r i s t a l i n a com v a z i o s ,
foi
representada
a
localização
de
sitios
octaedrais
c a m a d a s de íons o x i g ê n i o ( c í r c u l o s v a z i o s ) . Dois t e r ç o s dos
entre
2
espaços
são o c u p a d o s p e l o s íons do a l u m í n i o ( c í r c u l o s c h e i o s ) e um t e r ç o dos
e s p a ç o s e s t ã o v a z i o s ( r e p r e s e n t a d o por X).
Figura 2.6 Plano basal da alumina mostrando 2/3 dos espaços octaédricos vazios e
um plano de ãnions '^*'.
A
próxima
camada
de
cátions
tem
a mesma
configuração
de
c o i m é i a , mas d e s l o c a d a por um e s p a ç o a t ô m i c o , na d i r e ç ã o do v e t o r 1
da F i g u r a 2 . 6 . D e p o i s de uma n o v a c a m a d a de íons de o x i g ê n i o , uma
t e r c e i r a c a m a d a de c á t i o n s é c o l o c a d a , a g o r a d e s l o c a d a na d i r e ç ã o do
v e t o r 2. Se t o m a r m o s um c o r t e p e r p e n d i c u l a r ao p l a n o do p a p e l , t e m - s e
o plano { 1 0 1 0 }
o n d e o a r r a n j o de íons é m o s t r a d o na F i g u r a 2 . 7 . A
e s t r u t u r a se r e p e t e a c a d a 6 c a m a d a s , f o r m a n d o u m a c é l u l a u n i t á r i a de
1 2 , 9 9 A , r e p r e s e n t a d a por Co na F i g u r a 2 . 7 .
')
A
î
Q
• U -
.r \ _ i
r \
...z.
e
1
A
1
r \
B
• U
•
O
Q
O
( J)
A
-
-
-
o^-
F i g u r a 2 . 7 . R e p r e s e n t a ç ã o do p l a n o i n d i c a d o pela l i n h a t r a c e j a d a na
F i g u r a 2 . 6 , q u e c o n t é m os íons de o x i g ê n i o , a l u m í n i o e os
vazios indicados pelo X
Nos s i t i o s da e s t r u t u r a , o n d e 2 em c a d a 3 são o c u p a d o s
pelos
c á t i o n s ( F i g u r a 2.7) a r e p u l s ã o c o l u m b i a n a e n t r e os íons A l ^ * c a u s a
uma leve m o v i m e n t a ç ã o
estrutura
de
ligeiramente
uma
d e s t e s para a p o s i ç ã o
alumina
contraída
em
real
vez
os
cátions
da e s t r u t u r a
adjacente
formam
ideal
vazia.
uma
camada
representadas
F i g u r a 2.8. Os íons de o x i g ê n i o t a m b é m são l i g e i r a m e n t e
Na
na
deslocados
da p o s i ç ã o h e x a g o n a l i d e a l q u a n d o isso o c o r r e ' ^ * ' .
Os c e n t r o s
de
luminescência
e a exoemissão
nos
cristais
de
a - A ^ O a p o d e m ser f o r m a d o s p e l o s c e n t r o s F( v a c â n c i a de o x i g ê n i o c o m
dois
elétrons)
e F+(vacância
de o x i g ê n i o
com
um
elétron).
Nessas
34
vacâncias, o centro F neutro
p o d e ser c r i a d o em c o l o r a ç ã o a d i t i v a ou
subtrativa'^^''^^^ O t e r m o c o l o r a ç ã o
luminescência
ou centro
de cor
s u b t r a t i v a s i g n i f i c a q u e o c e n t r o de
resulta
da
extração
de
átomos
de
o x i g ê n i o e n q u a n t o c o l o r a ç ã o a d i t i v a s i g n i f i c a na s a f i r a a i n t r o d u ç ã o de
á t o m o s de alumínio'^"*'.
Os c e n t r o s
F+, r e s p o n s á v e i s
do m a t e r i a l , são f o r m a d o s
neutrons
alumina
ou em c r i s t a i s
é
utilizada
pelas propriedades
principalmente
com
como
depois
impurezas
TLD,
pois
como
possui
de
luminescentes
irradiação
M g , Ca ou C'^"*^. A
os
centros
luminescência'^'*'.
>
4 * ,
••>-?-<' :
o Sítios vazios
>-^-%.L '•
•
Aí:-
FF"riu \
H
O'
•
•••^ MJ
com
i
Figura 2.8 Representação da estrutura da célula unitária do AI2O3, mostrando
somente as posições dos cátions e os sítios vazios '^*l
F
de
35
2.2.3
Propriedades
O
dosímetro
termoluminescentes
termoluminescente
dopado com carbono
Urais
Polytechnical
baseia
nos
de
foi desenvolvido
Institute.
defeitos
obtidos
comercial
monocristalina
por A k s e i r o d
O funcionamento
aniônicos
alumina'^°"^^'. O d o s í m e t r o
alumina
no
e Kortov
na
desse
dosímetro
se
cristal
de
óxido
de
monocristal
de
T L D 5 0 0 é um
a l u m i n a d o p a d o c o m c a r b o n o d u r a n t e a e t a p a de c r e s c i m e n t o do c r i s t a l
pelo
método
de
Czochaiski
e
conforme
patentes'^^'^^'.
Esses
d o s í m e t r o s v é m s e n d o u t i l i z a d o s , para d o s i m e t r i a p e s s o a l e a m b i e n t a l
em v á r i o s p a í s e s , d e v i d o à s u a alta s e n s i b i l i d a d e ( c e r c a
mais s e n s í v e l
características
que o T L D
da
de
LiF)'^^"''^'. M e l h o r a s
termoluminescéncia
podem
de 60
vezes
consideráveis
ser
obtidas
nas
pela
i n t r o d u ç ã o i n t e n c i o n a l de v a c â n c i a s de o x i g é n i o na e s t r u t u r a do AI2O3
[39-48]
Os
medicina
dosímetros
diagnóstica
termoluminescentes
com
radiações
também
ou
em
são
utilizados
em
procedimentos
de
r a d i o t e r a p i a o n d e é n e c e s s á r i a a m e d i ç ã o das d o s e s a p l i c a d a s ' " ^ ' . O
dosímetro
de
AI2O3
não
é
normalmente
aplicado
em
radioterapia,
p o r q u e n e s s e caso são u t i l i z a d a s d o s e s a l t a s de r a d i a ç ã o
o r d e m de d e z e n a s de Gy'''^'^°'.
gama
da
36
O
grau
de precisão
razoável
q u e os d o s í m e t r o s
possuem
os
t o r n a m c o n v e n i e n t e s p a r a u s o p r á t i c o em c o n d i ç õ e s e n c o n t r a d a s e m
hospitais.
Existe
uma variedade
de
radiações
(eletromagnéticas,
neutrons e partículas carregadas) que são usadas nessas aplicações e
existem
materiais
termoluminescentes
mais
convenientes
para
cada
utilizados
para
uma d e s s a s a p l i c a ç õ e s ' * ' .
Os
estudos
materiais
clínicos
radiações
termoluminescentes
pela
ionizantes
colocação
durante
vêm
dos TLD's
sendo
antes
procedimentos
de
da e x p o s i ç ã o
diagnóstico
a
ou
r a d i o t e r a p i a . Os T L D ' s e x p o s t o s s ã o e n t ã o r e t i r a d o s e a n a l i s a d o s . Por
e s s e p r o c e s s o s ã o d e t e r m i n a d a s as d o s e s a p l i c a d a s a ó r g ã o s i n t e r n o s
c r í t i c o s d u r a n t e os p r o c e d i m e n t o s .
As d u a s á r e a s de u s o p a r a e x p o s i ç ã o c l í n i c a à r a d i a ç ã o s ã o :
radiologia
de d i a g n ó s t i c o
(exposições
a raios
X
em
mamografias,
o d o n t o l o g i a e o u t r o s t i p o s de d i a g n ó s t i c o s por i m a g e m ) e r a d i o t e r a p i a
( t e r a p i a p a r a v á r i o s t i p o s de c â n c e r ) . Os t i p o s d e r a d i a ç ã o
vão de
utilizados
r a i o s X ( c o m e n e r g i a de 10 k e V ) , r a i o s g a m a ( d e *^^Cs ou
^°Co), e l é t r o n s , p a r t í c u l a s p e s a d a s c a r r e g a d a s e n e u t r o n s . A s f a i x a s de
d o s e u t i l i z a d a s v ã o de 10"^ a 10"^ Gy em r a d i o l o g i a , p o d e n d o - s e u t i l i z a r
doses
maiores
q u e 2 0 Gy na r a d i o t e r a p i a .
e s t i m a t i v a d e d o s e de p r e c i s ã o
Na r a d i o t e r a p i a ,
m e l h o r do q u e ±
uma
s^õo/oliO'''^'''^'^^'^^]
¿
37
desejável,
porque
erros
maiores
podem
afetar
de
modo
negativo
o
tratamento.
O TLD 500, AbOaiC
d o s e s b a i x a s em
na f o r m a
de m o n o c r i s t a l
é indicado
uma f a i x a de d o s e de 0,05|aGy a 1Gy
para
(dosimetria
a m b i e n t a l e p e s s o a l ) d e v i d o à s u a alta sensibilidade'*^''''*'.
A
probabilidade
de
luminescência
e
exoemissão
descrita
no
m o d e l o do p r o c e s s o Auger'^' foi o b s e r v a d a c o m os c r i s t a i s c o m d e f e i t o s
a n i ô n i c o s d e a - A ^ O a i M g e a - A ^ O a i C c o m os c e n t r o s de a r m a d i l h a s de
i m p u r e z a s . O b t i v e r a m - s e m e l h o r i a s nas c a r a c t e r í s t i c a s d o s i m é t r i c a s do
a-AbOa
pela
inclusão
intencional
de v a c â n c i a s
de o x i g ê n i o
na
e s t r u t u r a . E s s a m o d i f i c a ç ã o na e s t r u t u r a do a - A b O a é p o s s í v e l
fusão
na
presença
de
grafite
em
fortes
condições
sua
pela
redutoras
e
sucessivos resfriamentos rápidos '^^'^^i.
Por
material
meio
do
durante
o
acompanhamento
aquecimento,
foi
do
feita
espectro
a
de
emissão
suposição
de
que
do
as
i m p u r e z a s d e c a r b o n o s u b s t i t u e m os íons de a l u m í n i o na r e d e , n e s s e
caso
(Al*^),
se
o
obtêm
que
íons
leva
divalentes
à formação
(C*^)
dos
r e s p o n s á v e i s pela g r a n d e m e l h o r a
[1,13]
substituindo
centros
de
íons
trivalentes
armadilhas/buracos
nas p r o p r i e d a d e s T L do
material
38
Na t e n t a t i v a de se e x p l i c a r a i n f l u ê n c i a do c a r b o n o no a u m e n t o
das p r o p r i e d a d e s T L o b s e r v a d a s
no a-AlaOa, e s t ã o s e n d o
realizados
e s t u d o s p a r a c o m p a r a r os c r i s t a i s de a - A ^ O a ( p u r o s ) e o
a-A^OaiC.
Para os d o i s c r i s t a i s s ã o o b s e r v a d o s p i c o s de e m i s s ã o T L e e n e r g i a s
de a t i v a ç ã o c o i n c i d e n t e s e p o r t a n t o os p i c o s o b s e r v a d o s s ã o d e v i d o s a
centros
similares'^^'.
O
espectro
da
fotoluminescência
também
se
m o s t r o u o m e s m o p a r a os d o i s c r i s t a i s . Os f a t o s d e s c r i t o s i n d i c a m que
o
mecanismo
da
luminescência
no a - A b O a
dosimétrico
não
é
c l a r a m e n t e e n t e n d i d o . A s p e c t o s c o m o d e p e n d ê n c i a T L c o m as t a x a s de
a q u e c i m e n t o do c r i s t a l , i n f l u ê n c i a da d o s e de i r r a d i a ç ã o na f o r m a do
pico d e
emissão
e sensibilidade
do
material
à luz,
ainda
não
são
no i n t e r i o r
dos
explicados'^^'.
A e s t i m a t i v a de d i s t r i b u i ç ã o
da d o s e a b s o r v i d a
detectores TL, é importante para a precisão, considerando a maneira
como a e m i s s ã o o c o r r e ao l o n g o do t e m p o , e n q u a n t o o
segue para
aquecimento
a m a s s a do d e t e c t o r . Foi d e s e n v o l v i d o um m é t o d o
para
d e t e r m i n a ç ã o da d o s e em f u n ç ã o da p r o f u n d i d a d e na e s p e s s u r a do T L D
a n t e s de se c r i a r uma f o r m a
de d e t e r m i n a r
a d o s e de r a d i a ç ã o .
O
m é t o d o a p r e s e n t a d o e x p l i c a s a t i s f a t o r i a m e n t e a d i f e r e n ç a s nas c u r v a s
de e m i s s ã o o b t i d a s para os TLDs'^^'.
O u t r a c a r a c t e r í s t i c a do T L D t e n d o c o m o c o m p o n e n t e p r i n c i p a l o
AI2O3 é o s e u d e c a i m e n t o c o m o t e m p o e o s e u d e c a i m e n t o d e v i d o à
exposição
à
luz'^^'.
Foi
observado
que
no
TLD
500
(modelo
da
V i c t o r e e n 2 6 0 0 - 8 0 ) há d e c a i m e n t o i n d u z i d o por v á r i o s t i p o s de luz, com
efeito
mais
intensificado
incandescente.
estocados
e
Esse
para
fato
faz
manuseados
com
luz
fluorescente
com
as
que
os
devidas
do
que
para
luz
dosímetros
devam
ser
precauções
l^a.ss]
mesmo assim, foi verificado que o dosímetro TLD 500 apresenta
d e c a i m e n t o de 2 1 % a p ó s 3 m e s e s de e s t o c a g e m
decaimento
não
pode
ser
evitado
no e s c u r o
simplesmente
com
um
e esse
manuseies
apropriados'^^'^'*'^^].
No e s p e c t r o de e m i s s ã o T L do A b O a i C , é p o s s í v e l i d e n t i f i c a r o
pico
com
A,=420nm.
máximo
Na F i g u r a
de
2.9
intensidade,
encontra-se
no
comprimento
uma
curva
da
de
onda
de
intensidade
de
l u m i n e s c ê n c i a em f u n ç ã o do c o m p r i m e n t o de o n d a e da t e m p e r a t u r a .
500
Figura 2.9
Curva de emissão TL para o Al203:C em função da temperatura e do
comprimento de onda das emissões
40
Os
cristais
sensíveis
posição
para
do
a-Al203:C
radiações
pico
são
utilizáveis
ionizantes.
dosimétrico
em
como
detectores
A sensibilidade,
torno
de
190°C
é
muito
a forma
e
a
dependente
da
c o n c e n t r a ç ã o e t i p o de i m p u r e z a s , das c o n d i ç õ e s do c r e s c i m e n t o
do
c r i s t a l e d o s t r a t a m e n t o s t é r m i c o s aplicados'^^'^^'.
T a m b é m f o r a m t e s t a d o s pós de a - A l 2 0 3 : C o b t i d o s p e l a
moagem
do m o n o c r i s t a l e e l e s m o s t r a r a m d e p e n d ê n c i a do c o m p o r t a m e n t o TL em
função
do
tamanho
de
partículas'^^'.
A sensibilidade
dos
pós
com
p a r t í c u l a s de t a m a n h o s e n t r e 10 e 200|j.m f o i de 1 0 - 2 0 v e z e s mais alta
do que a do L i F : M g , T i . Com g r ã o s de SO-lOO^m a r e s p o s t a
aumenta.
Com p a r t í c u l a s a c i m a 100|am não e x i s t e a u m e n t o s i g n i f i c a t i v o .
O a-Al203:C
também
foi
testado
como
e x o e l e t r ô n i c a EEDs p a r a r a d i a ç õ e s p e o
dosímetro
de
emissão
c o m p o r t a m e n t o o b s e r v a d o foi
c o m p a r a d o a um o u t r o d o s í m e t r o E E D , o B e O . A s e n s i b i l i d a d e da
a-
A b O s X o b s e r v a d a é de 10 a 20 v e z e s maior do q u e p a r a o B e O ' ^ ° ' .
Para e f e i t o de c o m p a r a ç ã o e n t r e os d o s í m e t r o s de A b O s i C
5 0 0 ) , LiF: M g , C u , P
mesmas
condições
(TLD
e L i F : M g , T i ( T L D 700) f o r a m r e a l i z a d o s t e s t e s nas
de
irradiação
em
ambientes
de
m i s t u r a d a s ( n e u t r o n s + g a m a ) , e de l e i t u r a e t r a t a m e n t o s
radiações
térmicos,
t e n d o sido o b s e r v a d o que o A ^ O a X a p r e s e n t a c e r c a de 70 v e z e s mais
sensibilidade
à
radiação
gama
do
que
o
LiFMg.Ti
i M i i S Â O NÍ-UCWíL DE E N E R G I A N U C L E A H / S P
(TLD
iri^
700)
nas
41
mesmas condições de teste. Os dosímetros de Al203:C são os mais
indicados e utilizados para dosimetria pessoal e ambiental por essa
razão [*31.
2.2.4
S i n t e r i z a ç ã o de AlgOs
Sinterização
é um f e n ô m e n o
s i s t e m a de p a r t í c u l a s
aquecidas
intimamente
a temperaturas
termicamente
ativado
em
que
ligadas entre si, unem-se
inferiores
à temperatura
de f u s ã o .
um
quando
Nesse
p r o c e s s o os m e c a n i s m o s de t r a n s p o r t e de m a t é r i a e s t ã o a t u a n t e s para
d i m i n u i r a e n e r g i a t o t a l do s i s t e m a ' ^ * ' . A s i n t e r i z a ç ã o p o d e o c o r r e r por
três processos
sólido,
fluxo
descritos
viscoso
e
por K i n g e r y c o m o : s i n t e r i z a ç ã o
sinterização
com
uma
fase
no
estado
líquida'^*'^^^
O
p r o c e s s o b á s i c o para a c o n s o l i d a ç ã o da a l u m i n a é a s i n t e r i z a ç ã o
no
e s t a d o s ó l i d o . A s i n t e r i z a ç ã o de pós c o m p a c t a d o s é r e a l i z a d a para q u e
ocorra o desenvolvimento
de c o n t a t o s e n t r e p a r t í c u l a s e
eliminação
da p o r o s i d a d e com a u m e n t o da d e n s i d a d e . A f o r ç a m o t r i z p a r a e s t e s
p r o c e s s o s é f o r n e c i d a p e l a r e d u ç ã o da e n e r g i a livre do s i s t e m a ,
d i m i n u i ç ã o da área de s u p e r f í c i e e i n t e r f a c e s do c o m p a c t a d o .
ocorrer então a densificação
com mudança
da i n t e r f a c e
p a r a u m a i n t e r f a c e s ó l i d o - s ó l i d o de m e n o r e n e r g i a o u
grão
com
maiores.
a
transformação
Nesse
caso
o
de
muitos
mecanismo
de
grãos
difusão
pela
Poderá
sólido-gás
o c r e s c i m e n t o de
pequenos
poderá
em
grãos
ocorrer
via
42
vacâncias
na
estrutura.
sinterização
são
crescimento
de
Mudanças
devidas
grãos
ao
apesar
microestruturais
efeito
de
combinado
ser
possível
da
a
durante
a
densificação
sinterização
e
sem
c r e s c i m e n t o de g r ã o s .
Os p r i n c i p a i s e s t á g i o s da s i n t e r i z a ç ã o são i l u s t r a d o s na
Figura
2 . 1 0 (a) a (f) no e s t a d o s ó l i d o c o m o o c o r r e m de f o r m a a se o b t e r no
f i n a l do p r o c e s s o um a u m e n t o da d e n s i d a d e por m e i o da e l i m i n a ç ã o da
p o r o s i d a d e e do a u m e n t o do t a m a n h o de g r ã o . No i n í c i o do p r o c e s s o ,
tem-se
a formação
dos
contatos
entre
as
partículas
(formação
c r e s c i m e n t o do p e s c o ç o ) , a n t e s que o c o r r a q u a l q u e r c r e s c i m e n t o
grão.
O
crescimento
do
pescoço
se
dá
por
difusão
de
o c a s i o n a d a por t e n s õ e s e g r a d i e n t e s de c o n c e n t r a ç õ e s de
e
de
matéria,
vacâncias.
As d e n s i d a d e s a v e r d e ( e s t a d o não s i n t e r i z a d o ) s ã o de 50 a 60 % da
d e n s i d a d e t e ó r i c a do m a t e r i a l . D u r a n t e o e s t á g i o i n i c i a l da s i n t e r i z a ç ã o ,
o c o r r e a f o r m a ç ã o de uma e s t r u t u r a i n t e r c o n e c t a d a de p o r o s , i l u s t r a d a
na
Figura
sinterização,
Figura
2.10
2.10
(a)
e
chamado
(c)
e (d),
(b).
No
segundo
de
sinterização
os
contatos
e
principal
intermediária,
entre
as
partículas
estágio
da
ilustrado
na
(pescoços)
c r e s c e m , a p o r o s i d a d e d i m i n u i e os c e n t r o s das p a r t í c u l a s o r i g i n a i s se
aproximam
enquanto
a
porosidade
diminui.
Esse
estágio
termina
q u a n d o o m a t e r i a l a t i n g e c e r c a de 9 0 % da d e n s i d a d e t e ó r i c a e os poros
a p a r e c e m p r e d o m i n a n t e m e n t e nos c o n t o r n o s de g r ã o . No ú l t i m o e s t á g i o
da s i n t e r i z a ç ã o , os p o r o s a p a r e c e m mais i s o l a d o s p e r m a n e c e n d o
nos
43
c o n t o r n o s o u s e n d o e n v o l v i d o s no g r ã o , n e s s e ú l t i m o c a s o i m p e d i n d o a
sua e l i m i n a ç ã o c o m o m o s t r a d o na F i g u r a 2.10 (e) e ( f ) ' ^ * l
Figura 2.10- Ilustração dos estágios de sinterização no estado sólido, onde a parte a.
e b. na figura representa o inicio da sinterização com a formação da
estrutura interconectada de poros, na parte c. e d. na figura são
representados o crescimento do contato e diminuição dos poros, o
último estágio é representado na parte e. e f. da figura, onde os poros
aparecem nos contornos de grãos ou no interior do mesmo, neste caso
impedindo maior densificação '^*l
2 . 3 S i s t e m a de M e d i d a
2.3.1
Leitor
Termoluminescente
TL
O leitor termoluminescente é o instrumento utilizado para medir a
luz e m i t i d a no a q u e c i m e n t o de um d o s í m e t r o T L D .
44
A
instrumentação
para
dosimetria
termoluminescente
c o n s t i t u í d a por um s i s t e m a de d e t e c ç ã o de luz, q u e u t i l i z a
i n t e g r a d a ou c o n t a g e m de f ó t o n s . Os s i s t e m a s
luz
emitida
pelo
material
TL
são
é
corrente
utilizados para captar a
conhecidos
como
válvulas
fotomultiplicadoras.
T a m b é m f a z p a r t e da i n s t r u m e n t a ç ã o um s i s t e m a de a q u e c i m e n t o
que
poderá
ser:
aquecimento
por
contato,
aquecimento
a q u e c i m e n t o ó p t i c o i n f r a v e r m e l h o (IV) e a q u e c i m e n t o
opção
de
ajuste
para
taxas
de
aquecimento.
O
por
gás,
por laser,
leitor
com
pode
ser
p r o g r a m a d o c o m um c i c l o de l e i t u r a c o n s i s t i n d o e m :
1. p r é - a q u e c i m e n t o
(que
discrimina
: p e r í o d o de a q u e c i m e n t o s e m i n t e g r a ç ã o da
armadilhas
em
temperaturas
baixas
e
luz
portanto
instáveis);
2. l e i t u r a : p e r í o d o de a q u e c i m e n t o
q u e a b r a n g e p a r t e da c u r v a
de
e m i s s ã o a ser a v a l i a d a p a r a a m e d i d a da d o s e ;
3. r e s f r i a m e n t o
período
de
tempo
necessário
para
atingir
a
t e m p e r a t u r a ambiente'^'*'.
Os f i l t r o s são u t i l i z a d o s p a r a e x c l u i r as e m i s s õ e s IV do a m o s t r a e
podem
também
ser
são
encontrados
em
diferentes
utilizados
para
comprimento
de
particular
indesejáveis.
A
onda
utilização
a seleção
de
e
variedades.
de b a n d a ,
eliminam
filtros
permite
onde
também
a
Alguns
filtros
isolam
outros
um
sinais
discriminação
da
45
i n f l u ê n c i a de s i n a i s e s p ú r i o s , e de o u t r o s c o m p o n e n t e s q u e
também
estão sendo aquecidos.
O
sistema
de
aquisição
de
dados
pode
produzir
a
a n a l ó g i c a s i m p l e s da c u r v a de e m i s s ã o , o u t a m b é m p o d e r á
gravação
envolver
a n á l i s e p o s t e r i o r de d a d o s por c o m p u t a d o r a n t e s do f o r n e c i m e n t o
da
curva
um
de
emissão
e s q u e m a de um
específica.
Na
Figura
2.11
é
apresentado
leitor, sem a q u i s i ç ã o de e s p e c t r o de e m i s s ã o .
Fonte de
tensão
Válvula
foto
multiplicadora
Eietrômetro
Integrador
;f:::-f?::x>-;^:-í>>:-:--:;:í-;:;-:;-:>-
TLD
Sistema de
aquecimento
F i g u r a 2.11
D i a g r a m a de
leitor T L .
Registrador
b l o c o s e s q u e m á t i c o das
partes
de
um
46
3
MATERIAIS E MÉTODOS
Neste
capítulo
estão
descritos
a obtenção,
a preparação
a n á l i s e da m a t é r i a p r i m a u t i l i z a d a , os t e s t e s p r e l i m i n a r e s
e a
realizados
com o u t r o s t i p o s de m a t e r i a i s e d o s í m e t r o s c o m e r c i a i s , as i r r a d i a ç õ e s
com v á r i a s f o n t e s e a c a r a c t e r i z a ç ã o m i c r o e s t r u t u r a l
e as m e d i d a s TL
dos m a t e r i a i s p r o d u z i d o s .
Os
testes
e
procedimentos
descritos
foram
realizados
nos
l a b o r a t ó r i o s do C e n t r o de C i ê n c i a e T e c n o l o g i a de M a t e r i a i s ( C C T M ) e
no
Departamento
de
Metrologia
das
Radiações
pertencentes
ao
I P E N / C N E N - S P , e no D e p a r t a m e n t o de R a d i o p r o t e ç ã o e R a d i o t e r a p i a
do H o s p i t a l das C l í n i c a s .
Na f i g u r a
3.1
são a p r e s e n t a d o s
os
materiais
produzidos,
bem
c o m o os d o s í m e t r o s c o m e r c i a i s u t i l i z a d o s c o m o r e f e r ê n c i a .
Figura 3.1 Na figura na primeira linha estão as pastilhas sinterizadas com alumina e
grafite, na segunda linha encontram-se as pastilhas de alumina e os três
dosímetros comerciais monocristalinos (TLD 500).
47
3.1
Materiais
Os
materiais
utilizados
na
a l u m i n a A 16 SG'^'*^ f o r n e c i d a
preparação
das
pastilhas
foram
p e l a A l c o a e o g r a f i t e FPA
a
1005XA,
f o r n e c i d o p e l a N a c i o n a l de G r a f i t e L t d a .
3 . 2 C a r a c t e r i z a ç ã o dos pós de p a r t i d a
3.2.1
b i f r a t o m e t r i a de raios X
Foi u t i l i z a d a a t é c n i c a de d i f r a ç ã o de r a i o s X c o m a f i n a l i d a d e de
v e r i f i c a r as f a s e s c r i s t a l i n a s nos pós de p a r t i d a . Esta t é c n i c a c o n s i s t e
na i n c i d ê n c i a de um f e i x e de r a i o s X de c o m p r i m e n t o de o n d a X, na
superfície
da
amostra.
O
feixe
é
então
difratado
coerentemente
s e g u n d o um â n g u l o 0 p e l o s á t o m o s da e s t r u t u r a , l o c a l i z a d o s nos p l a n o s
cristalográficos
dhki
(nA,=2dsen9).
Os
d i f r a t o g r a m a s f o r a m o b t i d o s u t i l i z a n d o - s e um d i f r a t ô m e t r o P h i l i p s
PW
1 7 1 0 , nas s e g u i n t e s
obedecendo
condições:
a
lei
radiação
de
Bragg
de c o b r e ,
com
filtro
de
n í q u e l , no i n t e r v a l o de 20° < 29 < 7 0 ° . E s s a t é c n i c a é e s s e n c i a l
para
v e r i f i c a ç ã o de p o s s í v e i s r e a ç õ e s e n t r e os m a t e r i a i s , pela i d e n t i f i c a ç ã o
das f a s e s c r i s t a l i n a s p r e s e n t e s na a m o s t r a a p ó s a s i n t e r i z a ç ã o .
48
3.2.2
D e t e r m i n a ç ã o do t a m a n h o médio de p a r t í c u l a
Para d e t e r m i n a ç ã o
de t a m a n h o
de
partícula
e distribuição
de
t a m a n h o m é d i o , foi u t i l i z a d o o m é t o d o de e s p a l h a m e n t o d e laser'^^' q u e
c o n s i s t e em a p l i c a r um f e i x e de laser v a r r e n d o a a m o s t r a de pó que é
d i s p e r s a em á g u a . Um s i s t e m a de d e t e c t o r e s
mede a intensidade e o
â n g u l o de d e s v i o do f e i x e , p a r a p o s t e r i o r c á l c u l o em c o m p u t a d o r
da
d i s t r i b u i ç ã o de t a m a n h o m é d i o de p a r t í c u l a s .
3.2.3
D e t e r m i n a ç ã o da s u p e r f í c i e
A
superfície
Quantachrome
específica
Nova
1000,
dos
pelo
específica
pós,
foi
método
de
m é t o d o BET ( B r u m a u e r , E m m e t e T e l l e r )
levada
â
quantidade
temperatura
de
gás
do
nitrogênio
adsorvida
medida
no
adsorção
equipamento
de
nitrogênio
o n d e uma a m o s t r a do pó é
líquido.
à pressão
A
uniforme
dependência
e
à
da
temperatura
c o n s t a n t e , é d e n o m i n a d a c u r v a de a d s o r s ã o . A p a r t i r da c u r v a o b t i d a ,
p o d e ser c a l c u l a d o o n ú m e r o de m o l é c u l a s de gás q u e p o d e m f o r m a r
uma c a m a d a m o n o m o l e c u l a r c o m p l e t a s o b r e a s u p e r f í c i e . E s s e n ú m e r o ,
m u l t i p l i c a d o p e l o e s p a ç o o c u p a d o por uma ú n i c a m o l é c u l a , r e s u l t a na
área
total
da s u p e r f í c i e
da s u b s t â n c i a
sólida.
O método
permite
a
d e t e r m i n a ç ã o da área e s p e c í f i c a , uma v e z q u e a m a s s a da a m o s t r a é
conhecida.
Quanto
maior
a
superfície
p a r t í c u l a s e m a i s r e a t i v o s e r á o pó.
menor
será
o
tamanho
das
4S
3.2.4
A n á l i s e química
Para a d e t e r m i n a ç ã o das i m p u r e z a s t a m b é m foi r e a l i z a d a a a n á l i s e
q u í m i c a c o m e s p e c t r ó g r a f o s e m i q u a n t i t a t i v o p a r a o pó de a l u m i n a . A
a n á l i s e q u í m i c a do pó de g r a f i t e foi f o r n e c i d a pelo f a b r i c a n t e .
3 . 3 M i s t u r a e compactação dos pós
F o r a m m i s t u r a d o s a l u m i n a com g r a f i t e nas p o r c e n t a g e n s de 0,5%,
5%, 1 0 % e 2 0 % em p e s o de g r a f i t e e p r e n s a d o s na f o r m a de p a s t i l h a s
a n t e s da s i n t e r i z a ç ã o .
As p a s t i l h a s de a l u m i n a e de a l u m i n a c o m a d i ç õ e s
f o r a m p r e n s a d a s u t i l i z a n d o m a t r i z e s de 7 m m de d i â m e t r o .
de
carbono
Utilizou-se
m a s s a i n i c i a l de 0,04 a 0 , 0 7 g , o que l e v o u a uma e s p e s s u r a p r ó x i m a a
Imm.
F o r a m p r e p a r a d a s 30 p a s t i l h a s
para c a d a c o m p o s i ç ã o
e
para
c a d a c o n d i ç ã o de s i n t e r i z a ç ã o com t e m p o s de s i n t e r i z a ç ã o à 1650°C de
1, 3, 5, 7 e 10 h o r a s .
Para
aglomerante
facilitar
o
processo
de
prensagem,
1 % em p e s o de p o l i a c e t a t o
foi
de v i n i l a
utilizado
(PVA).
como
Também
50
foram
utilizadas
pastilhas
com
0,5%
de
grafite
sem
aglomerante,
s o m e n t e para c o n t r o l e da a d i ç ã o de a g l o m e r a n t e .
A h o m o g e n e i z a ç ã o da m i s t u r a de p ó s , dos p a s t i l h a s com g r a f i t e ,
foi f e i t a a ú m i d o c o m á l c o o l i s o p r o p í l i c o em m i s t u r a d o r tipo
com m e i o s de m o a g e m
Túrbula
de a l u m i n a d u r a n t e 10 h o r a s . A s e c a g e m foi
f e i t a em e s t u f a a 4 5 ° C d u r a n t e 24 h o r a s e a d e s a g l o m e r a ç â o do pó foi
f e i t a em a l m o f a r i z de á g a t a .
A p r e n s a g e m das p a s t i l h a s foi r e a l i z a d a pelo m é t o d o
tradicional
de p r e n s a g e m u n i a x i a l a f r i o , com uma m a t r i z de 7 mm de d i â m e t r o e
p r e s s ã o m á x i m a de 100 M P a .
A p ó s a c o m p a c t a ç ã o foi d e t e r m i n a d a
a densidade
a verde
das
p a s t i l h a s pelo m é t o d o g e o m é t r i c o .
3.4
Sinterização
As p a s t i l h a s ,
tipo caixa,
após a prensagem, foram
sinterizadas,
em
forno
m a r c a L i n d b e r g , em a t m o s f e r a n o r m a l . U t i l i z o u - s e uma t a x a
de a q u e c i m e n t o e r e s f r i a m e n t o de 1 0 ° C / m i n . Nas s i n t e r i z a ç õ e s u t i l i z o u -
S1
se a t e m p e r a t u r a de 1 6 5 0 ° C d u r a n t e u m a , t r ê s , c i n c o , s e t e e d e z h o r a s
com d i f e r e n t e s m i c r o e s t r u t u r a s
As
pastilhas
de
alumina
com
adições
de
s i n t e r i z a d a s em f o r n o t u b u l a r de g r a f i t e , m a r c a N u c k e n ,
grafite
foram
com fluxo
de
a r g ô n i o para m i n i m i z a r a o x i d a ç ã o do c a r b o n o . U t i l i z o u - s e uma t a x a de
a q u e c i m e n t o e r e s f r i a m e n t o de a p r o x i m a d a m e n t e 1 0 ° C / m i n e p a t a m a r a
1650°C d u r a n t e urna h o r a .
3 . 5 C a r a c t e r i z a ç ã o das p a s t i l h a s
sinterizadas
As p a s t i l h a s s i n t e r i z a d a s t a m b é m f o r a m s u b m e t i d a s à d i f r a ç ã o de
raios-X,
para
verificação
de
formação
de
novas
fases
durante
a
sinterização.
3.5.1
D i f r a ç ã o de r a i o s X
A
técnica
de
difração
de
raios
X
também
foi
utilizada
nas
p a s t i l h a s a p ó s a s i n t e r i z a ç ã o , com a f i n a l i d a d e de v e r i f i c a r as f a s e s
cristalinas presentes.
52
3.5.2
Análise m i c r o e s t r u t u r a l das a m o s t r a s por M E V
A
determinação
do
tamanho
médio
de
grão,
e
a análise
da
h o m o g e n e i d a d e m i c r o e s t r u t u r a l , foi f e i t a por m i c r o s c o p i a e l e t r ô n i c a de
v a r r e d u r a ( M E V ) , c o m um m i c r o s c ó p i o de m a r c a P h i l l i p s , m o d e l o X L 3 0 .
É uma t é c n i c a na q u a l a s u p e r f í c i e da a m o s t r a é v a r r i d a por um f e i x e
de e l é t r o n s c o l i m a d o . A i n t e r a ç ã o e n t r e o f e i x e de e l é t r o n s i n c i d e n t e s e
a s u p e r f í c i e da a m o s t r a r e s u l t a na p r o d u ç ã o de e l é t r o n s
secundários
que são c o l e t a d o s por um d e t e c t o r e a m p l i f i c a d o s , g e r a n d o
i m a g e n s da
t o p o g r a f i a da a m o s t r a .
Para a n á l i s e em MEV, as p a s t i l h a s f o r a m e m b u t i d a s em r e s i n a ,
desbastadas
em c a r b e t o de s i l í c i o e p o l i d a s em u m a p o l i t r i z
marca
S t r u e r s , m o d e l o D P - 0 9 , com p a s t a s de d i a m a n t e de 15, 6, 3 e 1|im.
Depois
de p o l i d a s , as p a s t i l h a s
foram
atacadas
termicamente,
q u a n d o o c o r r e a e v a p o r a ç ã o de m a t é r i a na r e g i ã o de m a i o r
superficial,
energia
r e v e l a n d o os c o n t o r n o s de g r ã o . O a t a q u e t é r m i c o f o i f e i t o
em f o r n o t u b u l a r por 2 h o r a s a 1500°C com a t m o s f e r a n o r m a l .
A p ó s e s s e a t a q u e , as a m o s t r a s f o r a m r e c o b e r t a s c o m uma f i n a
camada
de
ouro
utilizando-se
equipamento
de
Sputtering,
marca
53
Baizers
Union,
modelo
SCD
040
e
levadas
para
observação
no
m i c r o s c ó p i o e l e t r ô n i c o de v a r r e d u r a .
No c a s o
das a m o s t r a s
de a l u m i n a
com grafite
não foi feito
o
a t a q u e t é r m i c o o q u e l e v a r i a à q u e i m a do g r a f i t e . As o b s e r v a ç õ e s em
IVIEV f o r a m f e i t a s , n e s t e c a s o , nas s u p e r f í c i e s das p a s t i l h a s
somente
p o l i d a s ou f r a t u r a d a s e r e c o b e r t a s c o m o u r o .
Com
as
micrografias
de
MEV
de
diversas
amostras,
foram
verificada a morfologia microestrutural e determinado o tamanho médio
de g r ã o s e d i s t r i b u i ç ã o de t a m a n h o m é d i o de g r ã o s .
Para a a n á l i s e da d i s t r i b u i ç ã o do t a m a n h o e f o r m a de g r ã o s foi
utilizado
o
analisador
de
imagens
Quantikov^^^'
nas
micrografias
o b t i d a s . Para u m a a m o s t r a g e m e s t a t í s t i c a f o r a m f e i t a s m e d i d a s de 2 0 0
a 1 0 0 0 grãos.
Essas
medidas feitas
nas
micrografias,
digitalizadas para tratamento pelo programa Quantikov.
foram
então
54
3 . 6 M e d i d a s de t e r m o l u m i n e s c é n c i a
3.6.1
S i s t e m a s de i r r a d i a ç ã o
3.6.1.1
•
Radiação gamma
F o n t e de ^°Co ( e n e r g i a s de r a d i a ç ã o g a m a de 1,17 e 1,33 M e V ) em
i r r a d i a d o r c o n s t r u i d o no I P E N , m o d e l o C P I O - A O 0 1 9 7 / 8 2 , s é r i e IR 003,
com
atividade
de
0,087
TBq
(setembro
/1999),
taxa
de
e x p o s i ç ã o de 15,8 x 10'^ C . k g ' V h ' * , à d i s t â n c i a de 2 6 , 5 cm e c a m p o
de r a d i a ç ã o com 8,0 cm de d i â m e t r o .
3.6.1.2
•
Radiação X
G e r a d o r R i g a k u D e n k i Co. L t d . , tipo G e i g e r f l e x , a c o p l a d o a um t u b o
Philips, PW 2184/00
efetivas
fixadas
obtidas
com
com j a n e l a
foram
uma
garra
de
14,3
a uma
de b e r i l i o
a 21,2
haste,
de I m m . As
keV.
ambas
As
de
energias
amostras
alumínio,
foram
e
as
i r r a d i a ç õ e s f o r a m f e i t a s no ar.
•
A c e l e r a d o r L i n e a r M o d e l o C l i n a c 6 0 0 C , f a b r i c a d o pela V a r í a n , com
fótons
de 6 -
20
MV,
campo
de
10x10
cm^, distância
de
foco-
55
s u p e r f í c i e de 100 cm, e p r o f u n d i d a d e de e q u i l í b r i o e l e t r ô n i c o de 1,25
cm de L u c i t e .
A c e l e r a d o r L i n e a r S a t u r n e I I , f a b r i c a d o pela C G R , M o d e l o T h e r a c 2 0 ,
c o m f ó t o n s de 1 8 M V , c a m p o de 1 0 x 1 0 cm^, d i s t â n c i a f o c o - s u p e r f í c i e
d e 100 c m , e p r o f u n d i d a d e de e q u i l í b r i o e l e t r ô n i c o de 2,5 mm de
Lucite.
3.6.1.3
Sistemas auxiliares
Os t r a t a m e n t o s t é r m i c o s a p ó s l e i t u r a e a n t e s da i r r a d i a ç ã o f o r a m
f e i t o s em um f o r n o e l é t r i c o c o m t e m p e r a t u r a r e g u l á v e l de 22 a 500°C e
v a r i a ç ã o de 1°C, f a b r i c a d o p e l o I n s t i t u t o de R a d i o p r o t e ç ã o e D o s i m e t r i a
(IRD/CNEN).
O
controle
de
condições
climatizadores e desumidificadores
3.6.2
ambientais
foi
feito
por
meio
de
de a m b i e n t e .
S i s t e m a s de l e i t u r a T L
Para
a aquisição
de d a d o s
de e m i s s ã o
TL, foram
utilizados
sistemas leitores fabricados pela Harshaw Nuclear Systems.
2
56
•
Sistema
de
leitura
marca
Harshaw
Nuclear
Systems,
modelo
2 0 0 0 A / B . E s s e s i s t e m a u t i l i z a uma f o n t e s e l a d a r a d i o a t i v a de ^'^C
ativada
com
referência
CaF2(Eu),
para
controle
de
qualidade
na
luz
de
do s i s t e m a leitor. Foi u t i l i z a d o f l u x o de N2, d u r a n t e as
l e i t u r a s , de 4 L/min, um r e g i s t r a d o r
X-Y ECS, modelo RB102, com
d o i s c a n a i s . Esse leitor c o n s i s t e de um t u b o f o t o m u l t i p l i c a d o r ,
um
f i l t r o i n f r a v e r m e n l h o , um s i s t e m a de a q u e c i m e n t o e um s i s t e m a de
a q u i s i ç ã o de d a d o s . A a m o s t r a a ser e s t u d a d a é c o l o c a d a em uma
p r a n c h e t a r e c o b e r t a por p l a t i n a de d i m e n s õ e s 1 x 1 x 0 , 1 c m ^ .
Os
parâmetros
utilizados
para
leitura
nos
equipamentos
a p r e s e n t a d o s na T a b e l a 3 . 1 .
T a b e l a 3 . 1 . C o n d i ç õ e s u t i l i z a d a s para a l e i t u r a das m e d i d a s TL e
a v a l i a ç ã o dos T L D s
Parâmetros
Ajuste
Pré-aquecimento
50°C
Tempo de leitura
65 s
Tensão
600 V
Temperatura máxima de aquecimento
300°C
Taxa de aquecimento
5°C/s
são
57
3.6.3
Caracterização
TL
As a m o s t r a s s i n t e r i z a d a s d u r a n t e 1, 3, 5, 7 e 10 inoras, u t i l i z a n d o se a l u m i n a ,
foram
submetidas
à medida
TL
para
a verificação
da
r e p r o d u t i b i l i d a d e em c a d a a m o s t r a p a r a c a d a t e m p o de s i n t e r i z a ç ã o . As
p a s t i l h a s f o r a m t r a t a d a s t e r m i c a m e n t e por 1 h o r a a 4 0 0 ° C ' ^ ^ ' .
As a m o s t r a s f o r a m i d e n t i f i c a d a s i n d i v i d u a l m e n t e c o m l á p i s g r a f i t e
no lado q u e
não foi e x p o s t o
à r a d i a ç ã o . As a m o s t r a s
foram
então
e m b a l a d a s em p a p e l a l u m í n i o e c o b e r t a s por uma p l a c a de a c r í l i c o de
3,0
mm
de
colocação
da
espessura
placa
de
para
assegurar
acrílico
o
assegura
equilíbrio
que
o
eletrônico.
dosímetro
A
está
r e c e b e n d o a d o s e m á x i m a . C h a m a - s e de " b u i l d - u p " a r e g i ã o e n t r e a
superfície
irradiada
e a profundidade,
na q u a l
i o n i z a ç ã o ( ou s e j a , o n d e a d o s e é m á x i m a ) .
região é denominada
se dá o m á x i m o
E a espessura
de e s p e s s u r a de e q u i l í b r i o e l e t r ô n i c o ' * ' ^ ' .
de
dessa
Essa
e s p e s s u r a , t a m b é m c h a m a d a de p r o f u n d i d a d e de e q u i l í b r i o e l e t r ô n i c o ,
v a r i a com a e n e r g i a da r a d i a ç ã o i n c i d e n t e .
Imediatamente
minutos
após
após
a irradiação
a irradiação)
(num
foram feitas
as
intervalo
leituras
máximo
de 5
de e m i s s ã o
a p a r e l h o leitor t e r m o l u m i n e s c e n t e da H a r s h a w m o d e l o 2 0 0 0 A / B .
no
58
Para
pastilhas
a determinação
sinterizadas
da r e p r o d u t i b i l i d a d e
foram
realizadas
no
da r e s p o s t a
mínimo
10
TL
nas
irradiações
s e g u i d a s de 10 m e d i d a s p a r a c a d a a m o s t r a . A n t e s e a p ó s as l e i t u r a s
são r e a l i z a d a s as l e i t u r a s de l â m p a d a p a d r ã o .
H a v e n d o v a r i a ç ã o na
a q u i s i ç ã o de d a d o s e f e t u a d a em d i a s d i f e r e n t e s é f e i t a uma c o r r e ç ã o
por um f a t o r , c a l c u l a d o p a r a c a d a l e i t u r a por meio d a s v a r i a ç õ e s
de
leitura na l â m p a d a p a d r ã o .
A
reprodutibilidade
da
resposta
TL
é
dada,
em
termos
p e r c e n t u a i s , p e l o d e s v i o p a d r ã o r e l a t i v o o b t i d o para as l e i t u r a s .
Para
a
determinação
da
curva
de
calibração
das
pastilhas
s i n t e r i z a d a s por 1 e 3 horas foi u t i l i z a d a a f o n t e de ^°Co.
Para
irradiações
energia
de
medidas
de
no
com f e i x e s
14
IPEN
a
20
dependência
keV.
de
Ainda
energética
raios-X
para
para
estudos
foram
realizadas
Radioterapia
de
dependência
e n e r g é t i c a , f o r a m r e a l i z a d a s i r r a d i a ç õ e s no H o s p i t a l das C l í n i c a s
a c e l e r a d o r l i n e a r CGR S a t u r n e , c o m f e i x e de f ó t o n s de 6
com
à
20
no
MeV e
com o a c e l e r a d o r V a r i a n C l i n a c 6 0 0 ( 6 MV f e i x e s de r a i o s X) u t i l i z a d o
em t e r a p i a .
59
3.6.4
Dosímetros
comerciais
P a r a e f e i t o de c o m p a r a ç ã o de r e p r o d u t i b i l i d a d e de r e s p o s t a T L ,
f o r a m t a m b é m u t i l i z a d o s c o m o r e f e r ê n c i a t r ê s d o s í m e t r o s c o m e r c i a i s de
A b O a i C T L D - 5 0 0 m o n o c r i s t a l i n o s da B i c r o n .
60
3.6.5
F l u x o g r a m a do p r o c e d i m e n t o
Para
melhor
compreensão
do
experimental
procedimento
experimental
a p r e s e n t a d o a s e g u i r um f l u x o g r a m a d a s e t a p a s p r i n c i p a i s
é
realizadas
no p r o c e d i m e n t o e x p e r i m e n t a l .
AI2O3
pura (A16 SG da Alcoa)
- D i f r a ç ã o d e raio X
-Distribuição de t a m a n i i o de
partícula
- Á r e a superfície e s p e c í f i c a
-Análise química
Pressagem uniaxial a frio
Sinterização de A I 2 O 3
a 1650° C a o ar
durante 1,3,5,7 e 10 h o r a s
Difração de raios X
Polimento e ataque
t é n n i c o ( 1 5 0 0 ° C/1h)
Caracterização da
microestrutura por M E V
Análise de tamanho
e f o n n a d e g r ã o pelo
programa Quantikov
Sinterização de AI2O3+C
a 1650° C e m a r g ô n i o
por 1 hora
D i f r a ç ã o d e raios X
Tratamento ténnico
a 400°C/1h
I r r a d i a ç õ e s (X, y , fótons)
Caracterização T L
Figura 3.1. Fluxograma do processo mostrando as principais etapas executadas nos
procedimentos experimentais
.•.4.,iíiiiiv-j.aAÜ
©1
4
RESULTADOS E DISCUSSÃO
4 . 1 C a r a c t e r i z a ç ã o dos pós
4.1.1
D i s t r i b u i ç ã o de t a m a n h o médio de p a r t í c u l a
Para d e t e r m i n a ç ã o
tamanho
de tamanino
m é d i o foi u t i l i z a d o
de
o método
partícula
e distribuição
de t r a n s m i s s ã o
de
de
laser'^^'.
F o r a m o b t i d o s os r e s u l t a d o s de d i â m e t r o m é d i o de p a r t í c u l a de 0,56 |im
p a r a o pó de a l u m i n a e 2 0 , 5 pim para o c a r b o n o . A d i s t r i b u i ç ã o
de
t a m a n h o de p a r t í c u l a p a r a os pós u t i l i z a d o s é m o s t r a d a na F i g u r a 4 . 1 .
10G
80
(O
•O
°h Alumina
(0
•5 '
E
3
U
< 40
ni
Grafite
(O
™ 20\
0-
1000
O
100
10
0,1
Diâmetro Equivalente (pm)
Figura 4.1 Distribuição de tamanho de partícula dos pós de grafite e de alumina
utilizados como matéria prima.
62
Os pós de g r a f i t e a p r e s e n t a r a m d i â m e t r o m é d i o
b e m m a i o r do
que o e s p e r a d o , d a n d o i n d i c a ç ã o de q u e se e n c o n t r a v a
aglomerado.
Não foi r e a l i z a d a
ou
nenhuma
etapa
para desaglomeraçâo
moagem
para e v i t a r c o n t a m i n a ç õ e s .
4.1.2
D i f r a ç ã o dc raios X dos m a t e r i a i s
utilizados
F o r a m o b t i d o s os d i f r a t o g r a m a s p a r a os pós de a l u m i n a e g r a f i t e
u t i l i z a d o s . O d i f r a t o g r a m a o b t i d o para o pó de g r a f i t e foi
com r e s u l t a d o s das m i c r o f i c h a s do International
Data
Center
comparado
for
Diffraction
( I C D D ) , f o i u t i l i z a d o o c o n j u n t o 45 do b a n c o de d a d o s . Os p i c o s
encontrados correspondem à estrutura
parâmetros
de
rede
de
hexagonal
do
grafite,
com
ao = 2 , 4 7 0 A e co = 6 , 7 2 4 A .
No d i f r a t o g r a m a do pó de a l u m i n a f o r a m i d e n t i f i c a d o s s o m e n t e os
picos r e f e r e n t e s à f a s e a l f a da a l u m i n a . Os d i f r a t o g r a m a s p a r a os pós
são
mostrados
difratogramas
nas
Figuras
realizados
4.2
para as
e
4.3,
em
conjunto
pastilhas já sinterizadas.
com
os
Nessas
f i g u r a s foi p o s s í v e l o b s e r v a r que os p i c o s r e f e r e n t e s aos dois
pós
f o r a m t a m b é m o b s e r v a d o s a p ó s as s i n t e r i z a ç õ e s i n d i c a n d o que não
h o u v e f o r m a ç ã o de n o v a s f a s e s após a s i n t e r i z a ç ã o t a n t o na a l u m i n a
c o m o na a l u m i n a c o m a d i ç õ e s de c a r b o n o .
63
4.1.3
Análise de s u p e r f í c i e
A
área
adsorção
de
de
superfície
nitrogênio
específica,
método
foi
medida
BET
.
A
pelo
área
de
método
de
superficie
e s p e c í f i c a o b t i d a foi de 8,5 m^.g"* para o pó de a l u m i n a e de 4 , 6 m^.g'*
para o pó de g r a f i t e .
Q u a n t o maior a área de s u p e r f i c i e maior é a a t i v i d a d e q u í m i c a e
t é r m i c a o b s e r v a d a e, p o r t a n t o , m a i o r é a s i n t e r a b i l i d a d e do pó'^^'^^'.
4.1.4
Análise química
As c o n c e n t r a ç õ e s de i m p u r e z a s o b t i d a s por meio de e s p e c t r o s c o p i a
s e m i - q u a n t i t a t i v a no pó de a l u m i n a são m o s t r a d a s na T a b e l a 4 . 1 .
Tabela
4.1
Análise
química
da
alumina
obtida
semi-quantitativa
Bfemento
B
Si
Fe
Ga
Mg
Mn
Ca
Na
ppm
4
120
30
30
300
5
350
100
por
espectroscopia
64
Algumas
defeitos
que
impurezas
interferem
contidas
nas
no m a t e r i a l
propriedades
TL
são r e s p o n s á v e i s
do
material. Além
por
da
d o p a g e m c o m g r a f i t e são c o n h e c i d a s as p r o p r i e d a d e s d o s i m é t r i c a s de
a l u m i n a d o p a d a com Mg e Y e, t a m b é m , a l u m i n a c o m Mg e T i . Para q u e
não h o u v e s s e i n t e r f e r ê n c i a nas p r o p r i e d a d e s TL o b s e r v a d a s , o p t o u - s e ,
n e s t e t r a b a l h o , pela u t i l i z a ç ã o de pós de e l e v a d a p u r e z a .
A a n á l i s e q u í m i c a f o r n e c i d a p e l o f a b r i c a n t e do g r a f i t e
apresenta
c o m o r e s u l t a d o s : t e o r de c a r b o n o 9 9 , 0 % m i n . , t e o r de c i n z a s 1 % máx.
e u m i d a d e 0 , 3 % máx.
4 . 2 C a r a c t e r i z a ç ã o m i c r o e s t r u t u r a l das p a s t i l h a s
4.2.1
sinterizadas
Análise por d i f r a ç ã o de raios X
F o r a m o b t i d o s os d i f r a t o g r a m a s para o pó de a l u m i n a e para as
pastilhas
sinterizadas
com tempos
diferenciados.
Nos
difratogramas
m o s t r a d o s na F i g u r a 4 . 2 , foi p o s s í v e l v e r i f i c a r q u e a a l u m i n a d e p o i s de
sinterizada
apresenta
somente
coincidindo
portanto
identificado
com o a s t e r í s t i c o
com
os
os
picos
(*)
picos
da
referentes
alumina
na F i g u r a
4.2
de
à
fase
alfa,
partida.O
pico
refere-se
a m o s t r a u t i l i z a d o para r e a l i z a ç ã o da d i f r a ç ã o de r a i o s X.
ao
porta-
65
»
j
1
A
l
1
, .JI
L
iL
1
F,
J
a horas
1
L
L
... iL
1
1
1
1
L i
3 heras
1 hora
A16
)
=T=
Figura
4.2
Difratogramas
sinterizadas
com
a
letra
do
por
A
pó
de
alumina
diferentes
tempos.
são
70
60
40
20
referentes
identificado com * é proveniente do
A16
Os
a
e
das
picos
a-Al203,
pastilhas
identificados
e
porta-amostra
o
pico
66
Na F i g u r a 4.3 são a p r e s e n t a d o s os d i f r a t o g r a m a s das
pastillias
de a l u m i n a c o m d i f e r e n t e s a d i ç õ e s de g r a f i t e s i n t e r i z a d a s por 1 hora a
1650°C e p a r a c o m p a r a ç ã o são a d i c i o n a d o s os d i f r a t o g r a m a s dos pós
de a l u m i n a e g r a f i t e , não h a v e n d o i n d i c a ç ã o de
f o r m a ç ã o de
novas
fases.
A
<Q
A
A
A *
1
L L 2 0 % grafite
1
-
i
!
r^.
.
ú.
5% grafite
1
1
1
J
"T-
2(5
10% grafite
j
T 4Õ
grafite
ljlj
Aie
"T-
m
m
-r70
Ângulo dg difrâçâo
F i g u r a 4.3 D i f r a t o g r a m a s dos pós de p a r t i d a de a l u m i n a i d e n t i f i c a d a
c o m o A 1 6 e g r a f i t e , e das p a s t i l h a s s i n t e r i z a d a s por 1 hora
á 1650°C c o m
d i f e r e n t e s t e o r e s de g r a f i t e . A letra A
i d e n t i f i c a os picos da f a s e alfa da a l u m i n a e a letra G
i d e n t i f i c a os picos r e f e r e n t e s ao g r a f i t e
67
4.2.2
Densidade
A d e n s i d a d e d a s p a s t i l h a s s i n t e r i z a d a s por 1, 3, 5, 7,e 10 h o r a s a
1 6 5 0 ° C , d e t e r m i n a d a p e l o m é t o d o g e o m é t r i c o , é m o s t r a d a na T a b e l a
4.2.
Os
valores
médios
e
respectivos
desvios
padrão
foram
d e t e r m i n a d o s a p ó s m e d i d a da d e n s i d a d e de p e l o m e n o s 5 p a s t i l h a s . As
medidas
de
micrômetro
espessura
com
e diâmetro
precisão
foram
feitas
com
de 0,001 mm e a m a s s a
o
uso
de
um
das p a s t i l h a s
foi
d e t e r m i n a d a em b a l a n ç a a n a l í t i c a com p r e c i s ã o de 0,001 m g .
T a b e l a 4.2
D e n s i d a d e das p a s t i l h a s de a l u m i n a s i n t e r i z a d a s a 1650°C
por d i f e r e n t e s t e m p o s
Tempo de
sinterização
1
3
5
7
10
Densidade
(g/cm^)
3,73+0,08
3,76±0,09
3,80+0,09
3,80±0,08
3,88+0,02
93,7
94,4
95,5
95,5
97,5
densidade
relativa
% da t e ó r i c a *
*Para
cálculo
da
densidade
relativa
d e n s i d a d e t e ó r i c a da a l u m i n a de 3,98 g/cm^
foi
[29,30]
utilizado
o
valor
de
68
4.2.3
Análise m i c r o e s t r u t u r a l por M E V
A i n t r o d u ç ã o de c a r b o n o m e s m o em g r a n d e p r o p o r ç ã o não a l t e r o u
a m i c r o e s t r u t u r a da a l u m i n a . A p a r e n t e m e n t e o c a r b o n o não se d i f u n d i u
na a l u m i n a
permanecendo
isolado
na f o r m a de a g l o m e r a d o s ,
o que
c o i n c i d e c o m as o b s e r v a ç õ e s f e i t a s por meio dos d i f r a t o g r a m a s
das
pastilhas sinterizadas.
Nas
análises
pastilhas
em
espectroscopia
de
AI2O3
microscopia
dispersiva
dopadas
eletrônica
de r a i o s - X
com
carbono
varredura
(MEV)
e
(EDS).
O carbono
por ser
um
por t é c n i c a s
quando
Houve
pequenas
proporções.
feitas
de
e l e m e n t o l e v e é de d i f í c i l i d e n t i f i c a ç ã o
em
foram
a
microestruturais
identificação
de
a g l o m e r a d o s de g r a f i t e a p e n a s nas a m o s t r a s c o m 2 0 % de g r a f i t e .
A F i g u r a 4.4 é uma m i c r o g r a f i a de uma p a s t i l h a de a l u m i n a com
0 , 5 % de c a r b o n o p o l i d a para o b s e r v a r p o r o s i d a d e s e m i c r o e s t r u t u r a .
T a m b é m t e n t o u - s e l o c a l i z a r o c a r b o n o e p a r a isso as
foram
fraturadas
e foi
utilizado
a análise
com
o
EDS
pastilhas
em
pontos
e s p e c í f i c o s da a m o s t r a . Nos p o n t o s o b s e r v a d o s s o m e n t e se e n c o n t r o u
alumina.
69
As F i g u r a s 4 . 5 , 4.6 e 4.7 m o s t r a m as m i c r o g r a f i a s da s u p e r f i c i e
de p a s t i l l i a s com a d i ç õ e s de 0 , 5 % , 1 0 % , e 2 0 % de c a r b o n o . Não se
conseguiu
verificar
a
presença
de
carbono
mesmo
nas
pastilhas
s i n t e r i z a d a s com c o n c e n t r a ç õ e s de 0 , 5 % , 5%, e 1 0 % de c a r b o n o .
Somente
na ú l t i m a
micrografia,
apresentada
na
Figura
4.7,
o
c a r b o n o f o i i d e n t i f i c a d o , e s s a p a s t i l h a c o n t é m u m a a d i ç ã o de 2 0 % de
carbono.
Na
utilizando-se
Figura
4.8,
que
é
a
micrografia
um m e n o r a u m e n t o , f o r a m
da
mesma
observados
amostra
aglomerados
g r a f i t e . Os p o n t o s i d e n t i f i c a d o s c o m o g r a f i t e f o r a m i n v e s t i g a d o s
de
com
EDS e o d i f r a t o g r a m a d e s s e s p o n t o s c o n f i r m o u a p r e s e n ç a s o m e n t e do
grafite nesses pontos.
Nas p a s t i l h a s de a l u m i n a c o m a d i ç õ e s de g r a f i t e
sinterizadas,
f o r a m r e a l i z a d a s m e d i d a s T L p r e l i m i n a r e s e foi v e r i f i c a d o q u e a c a d a
irradiação
houve
um
aumento
na
resposta
TL,
impedindo
a
caracterização TL.
Devido
alumina
com
a
esses
grafite
resultados
abandonou-se
e o prosseguimento
a l u m i n a s e m a d i ç õ e s de g r a f i t e .
a
do t r a b a l h o
preparação
foi
feito
de
com
70
Figura 4.4 Micrografia da pastillia de
Al2O3+0,5%C, polida
Figura 4.7 Micrografia da pastilha, de
Figura 4.5 Micrografia da pastilha de
Al2O3+0,5%C, fraturada
Figura 4.8 Micrografia da pastilha
Figura 4.6 Micrografia da pastilha de
Al2O3+10%C , fraturada
Al2O3+20%C, fraturada
Al2O3+20%C , fraturada
71
Nas
amostras
de
alumina,
sinterizadas
durante
intervalos
de
t e m p o de 1 , 3, 5, 7 e 10 h o r a s , o b t e v e - s e as m i c r o e s t r u t u r a s m o s t r a d a s
nas
Figuras
4.9,
4.10,
4 . 1 1 , 4.12,
4.13,
respectivamente.
d i s t r i b u i ç ã o de t a m a n h o s de g r ã o s o b s e r v a d a é m e l h o r
A
larga
representada
nos h i s t o g r a m a s p r o d u z i d o s pelo p r o g r a m a Q u a n t i k o v ' ^ ^ ^
A o m e s m o t e m p o q u e h o u v e o a u m e n t o do t a m a n h o dos g r ã o s ,
m o s t r a d o na T a b e l a 4 . 3 , h o u v e o a u m e n t o da d e n s i d a d e p a r a i n t e r v a l o s
de t e m p o m a i o r e s de s i n t e r i z a ç ã o , c o m o m o s t r a d o na T a b e l a 4 . 2 . P o d e
ser o b s e r v a d o q u e o s p o r o s se a g r u p a m e a u m e n t a m em t a m a n h o . Isso
f o i v e r i f i c a d o nas F i g u r a s 4 . 1 1 e 4 . 1 2 , o n d e os p o r o s se a p r e s e n t a r a m
m a i o r e s e m t a m a n h o em r e l a ç ã o aos p o r o s d a s F i g u r a s 4 . 9 e 4 . 1 0 .
A p a r t i r d a s i m a g e n s o b t i d a s nas a m o s t r a s a n a l i s a d a s c o m M E V
foi
feita
a
apresentados
quantificação
nas
de
Figuras
grãos
que
4.14,
4.15,
resulta
nos
4.16,
r e s p e c t i v a m e n t e , p a r a as a l u m i n a s s i n t e r i z a d a s d u r a n t e
horas.
histogramas
4.17
e
4.18
1 , 3, 5, 7 e 10
72
•\ccV Spot Magn , Dot WD I - _ . . . •••
'ODkV-IO ."lOax
Sh Kl i Alumimt)
I
llMÍni
•
• . •
Figura 4.9 IVlicrografia da pastillia de
AI2O3 sinterizada por 1 fiora
Figura 4.12 Micrografia da pastillia
sinterizada por 7horas
^^^^^^^^
AK.CV
Spot Mdqr»
^•^•^r'O O kV 4 6
üet WU
t
;^—Ij-^lüpm
? r > 0 0 x S F :' 10 2-:AIumin.i ^v-
AccV
, '
~
^
Figura 4.10 Micrografia da pastilha de
AI2O3 sinterizada por 3 horas
st
,.r.r.V Spot Maqn -: Dot Wl) 1 .
h^^lO |ifn
ir, o kV 4 O 9000X " MIX -10 í) AI203 SINTGH--
Figura 4.11 Micrografia da pastilha de
AI2O3 sinterizada por 5 horas
Spot M.iqri
l'>()kV1(l
IMKlx
Dct ^Wl) I
1 10|im
M|V I 1 o Al >0 i MNl 11)11
„
22
Figura 4.13 Micrografia da pastilha de
AI2O3 sinterizada por 10
horas
73
Para
mínimo
de
a obtenção
235
e
um
dos
histogramas
máximo
de
1074
foram
grãos,
processados
dependendo
t a m a n h o d o s g r ã o s . O t a m a n h o m é d i o de g r ã o s p a r a
um
do
diferentes
a m o s t r a s é m o s t r a d o na T a b e l a 4 . 3 .
T a b e l a 4.3
V a l o r e s m e d i d o s de d i â m e t r o m é d i o
equivalente
grãos
pelo
e desvios
padrão
calculados
de
programa
Quantikov
10
Tempo de
sinterização
(horas)
Diâmetro médio
de grãos (^im)
1,78±1,08
2,82+2,05
2,88±2,15
2,91±1,87
3,30±2,77
Qumtikoy
15
12
9
G
3
1
100
10
O i â m i t r o i (^m)
F i g u r a 4.14
H i s t o g r a m a de d i s t r i b u i ç ã o de t a m a n h o de g r ã o na
p a s t i l h a da a l u m i n a s i n t e r i z a d a por 1 h o r a
Nos h i s t o g r a m a s das m i c r o g r a f i a s das a m o s t r a s s i n t e r i z a d a s
durante
1 e
3
respectivamente,
horas
apresentados
tem-se
uma
larga
nas
Figuras
distribuição
4.14
de
e
4.15
diâmetros,
p o d e n d o ser o b s e r v a d o que para as a m o s t r a s s i n t e r i z a d a s por 3
h o r a s h o u v e a u m e n t o do n ú m e r o de g r ã o s
c o m d i â m e t r o s de 5 a
10 u m .
Os
pastilha
tamanhos
sinterizada
de
grãos
por
1
no
hora
histograma
variaram
da
de
distribuição
0,4
a
10,3
da
(im,
e n q u a n t o que nas p a s t i l h a s s i n t e r i z a d a s por 3 h o r a s v a r i a r a m de
0,5 a 14,4 u m . O h i s t o g r a m a da F i g u r a 4 . 1 5 i n d i c a um a u m e n t o na
q u a n t i d a d e de g r ã o s e n t r e 5 e 10 |im.
/y
15
12
9
6
3
1
1
1
Oiámitre§
F i g u r a 4.15
M
H i s t o g r a m a de d i s t r i b u i ç ã o de t a m a n h o de g r ã o s na
p a s t i l h a de a l u m i n a s i n t e r i z a d a por 3 h o r a s
O histograma
da F i g u r a 4.16 r e p r e s e n t a
t a m a n h o s de g r a o s p a r a a p a s t i l h a s i n t e r i z a d a
tamanhos
de
100
10
grãos
variaram
de
0,44
a
a distribuição
de
por 5 h o r a s .
Os
11,1
|im.
Houve
um
a u m e n t o de g r ã o s na f a i x a de 5 a 10 ^im. C e r c a de 9 % dos g r ã o s
a p r e s e n t a r a m - s e c o m t a m a n h o menor q u e 2 [im,
sinterização, enquanto que
n e s s e t e m p o de
no i n t e r v a l o de t e m p o de 3 h o r a s , 3 1 %
dos g r ã o s a p r e s e n t a r a m t a m a n h o m e n o r que 2 | i m .
76
15
12
i.
3
6
100
DJâmitrõ§ (^m)
Figura 4.16 Histograma de distribuição de tamanho de grãos da pastilha de
alumina sinterizada por 5 horas
Quanlifcov
15
12
3
6
I
1
l:
g
;i
í.::
IUI-.:.:^-:^-^L
1
10
100
Dlâmür@§ (^m)
Figura 4.17 Histograma de distribuição de tamanho de grãos da pastilha de
alumina sinterizada por 7 horas
77
QUIÍBLILTOY
15
12
9
6
TOO
Dilmêtrei (^m)
Figura 4.18 Histograma de distribuição de tamaniio de grãos da pastillia de
alumina sinterizada por 10 horas
No h i s t o g r a m a da F i g u r a 4.17 foi o b s e r v a d o o a u m e n t o
q u a n t i d a d e de g r ã o s c o m d i â m e t r o s a c i m a de 6[im,
da
indicando o
c r e s c i m e n t o de g r ã o s n e s s a f a i x a de t a m a n h o . E s s a t e n d ê n c i a não
se m a n t e v e no h i s t o g r a m a da F i g u r a 4 . 1 8 , o n d e c e r c a de 1 7 % dos
g r ã o s estão na f a i x a de 6 a 15 | i m .
78
4 . 3 Caracterização
4.3.1
TL
R e p r o d u t i b i l i d a d e e c a l i b r a ç ã o individual dos T L D s
A reprodutibilidade
da r e s p o s t a TL nas p a s t i l h a s d e AI2O3
s i n t e r i z a d a s por 1, 3, 5, 7 e 10 h o r a s e dos T L D s
foi determinada
a p ó s i r r a d i a ç ã o na f o n t e d e ^°Co no i r r a d i a d o r c o n s t r u í d o no I P E N .
Os T L D s f o r a m i r r a d i a d o s c o m uma d o s e a b s o r v i d a no ar de 50
m G y . Os T L D s 500 ( m o n o c r i s t a l i n o s ) t a m b é m f o r a m t e s t a d o s nas
mesmas
condições.
condições
idênticas
individual
e
a
As
para
medidas
se
foram
determinar
reprodutibilidade
de
sua
feitas
o
dez
fator
vezes
de
resposta.
sob
calibração
O
fator
de
c a l i b r a ç ã o i n d i v i d u a l de c a d a T L D foi o b t i d o p e l o q u o c i e n t e e n t r e o
v a l o r da e x p o s i ç ã o
recebida
nas
10 i r r a d i a ç õ e s
e a média
das
r e s p o s t a s , p a r a e s t a s i r r a d i a ç õ e s . A r e p r o d u t i b i l i d a d e é d a d a , em
termos
percentuais,
pelo
desvio
padrão
o b t i d o s s ã o m o s t r a d o s na T a b e l a 4 . 4 .
relativo.
Os
resultados
79
T a b e l a 4.4
Reprodutibilidade das pastilhas sinterizadas
Material
Densidade
(g/cm')
Diâmetro
equiv.
(m)
Reprodutibilidade
de
resposta TL (%)
A b O a í l h , 1650° C, ar)
3,73
1,78
3.5
AI2O3 (3h, 1650° C, ar)
3,76
2,82
3,0
AI2O3 (5h, 1650° C, ar)
3,80
2,88
8,4
AI2O3 (7h, 1650° C, ar)
3,80
2,91
9.6
AÍ2O3 (10h, 1650° C, ar)
3,88
3,3
29,3
TLD 500
1,72
Nas p a s t i l h a s de a l u m i n a u t i l i z a n d o - s e t e m p o s de 1 e 3 h o r a s
de s i n t e r i z a ç ã o
pode ser observado
que a reprodutibilidade
da
emissão TL apresentou pequena alteração . O resultado obtido foi
considerado aceitável para dosimetria TL.
Com
o aumento
do t a m a n h o
de g r ã o s
era
esperado
uma
m e l h o r a nas p r o p r i e d a d e s TL ' ^ l A m e l h o r a nas p r o p r i e d a d e s
poderia
ocorrer,
maiores
diminuem
levando-se
o
número
em
de
conta
que
tamanho
interferências
TL
de
grãos
causadas
pelos
c o n t o r n o s de g r ã o s na r a d i a ç ã o . E s t u d o s d e m o n s t r a m q u e há u m a
80
melhora
de e m i s s ã o
TL
relacionada
a tamanhos
crescentes
de
grãos
No e n t a n t o , a p a r t i r dos t e m p o s de s i n t e r i z a ç ã o de 5 h o r a s ,
c o n s t a t o u - s e q u e a r e p r o d u t i b i l i d a d e das m e d i d a s TL das a m o s t r a s
piora, contrariando
o comportamento
esperado
com a u m e n t o
do
t a m a n h o de g r ã o s . Um dos m e c a n i s m o s de s i n t e r i z a ç ã o no e s t a d o
s ó l i d o é o de m o v i m e n t a ç ã o da m a s s a por meio de a n i q u i l a ç ã o de
v a c â n c i a s no m a t e r i a l , e s s e e f e i t o foi mais s i g n i f i c a t i v o do q u e o
a u m e n t o no t a m a n h o de grão e o que se p o d e o b s e r v a r foi uma
piora c r e s c e n t e na r e p r o d u t i b i l i d a d e das m e d i d a s TL c o m m a i o r e s
t e m p o s de s i n t e r i z a ç ã o .
4.3.2
C u r v o s de E m i s s ã o T L
As
curvas
de
p a s t i l h a s de a l u m i n a
emissão
TL
sinterizada
foram
por
obtidas
irradiando-se
1 e 3 h o r a s com
as
radiação
gama do ^°Co, c o m uma d o s e a b s o r v i d a no ar de 50 m G y . O pico
p r i n c i p a l de e m i s s ã o ou pico d o s i m é t r i c o para e s t e s m a t e r i a i s foi
o b t i d o a c e r c a de 2 0 0 ° C . A curva
mostrada
na F i g u r a 4 . 1 9
foi
obtida para a p a s t i l h a s i n t e r i z a d a por 1 h o r a .
As c u r v a s o b t i d a s são s i m i l a r e s às c u r v a s e n c o n t r a d a s para a
alumina
monocristalina
na
literatura
apresentando
o
pico
81
d o s i m é t r i c o na m e s m a p o s i ç ã o , i n d i c a n d o que p o d e ser a s s o c i a d o
ao m e s m o t i p o de d e f e i t o no c r i s t a l .
o
50
100
150
200
250
3œ
350
TEMPERATURA (°C)
Figura 4.19 Curva de emissão da alumina sinterizada por 1 hora a 1650°C,
irradiada com uma dose absorvida no ar de 0,05 Gy
4.3.3
Curva de Resposta T L em Função da Dose
As pastilhas sinterizadas
de AI2O3 por
1 e 3 horas
foram
e x p o s t a s à r a d i a ç ã o g a m a do ^°Co no i n t e r v a l o de 0,01 a 100 Gy.
Os r e s u l t a d o s o b t i d o s p a r a as p a s t i l h a s
3 horas
s i n t e r i z a d a s por 1 e
são m o s t r a d o s na F i g u r a 4 . 2 0 . F o r a m u t i l i z a d a s
quatro
a m o s t r a s de c a d a m a t e r i a l p a r a e s t e e s t u d o , s e n d o q u e c a d a p o n t o
e x p e r i m e n t a l ( d o s e ) r e p r e s e n t a a m é d i a das l e i t u r a s .
82
lOOOOf
1000
100
10
as
3
Sinterizada por 1 hora
Sinterizada por 3 horas
I-
o
Q.
m
01
0,1
1
10
Dose Absorvida (Gy)
100
1000
Figura 4.20 Resposta TL em função da dose de ^ C o absorvida no ar para as
pastilhas de AI2O3 sinterizadas por 1 e 3 horas
Na F i g u r a 4 . 2 0
para
as
amostras
observa-se
de AI2O3
um c o m p o r t a m e n t o
em f u n ç ã o
da
dose
supralinear
absorvida.
As
i n c e r t e z a s a s s o c i a d a s às m e d i d a s f o r a m de no m á x i m o de 1 1 , 0 % .
Obteve-se
sinterizadas
expostas
também
a resposta
TL
das
em f u n ç ã o da d o s e a b s o r v i d a ,
a fótons
do a c e l e r a d o r
linear
pastilhas
quando
modelo
de
AI2O3
estas
foram
Clinac 600C.
O
r e s u l t a d o o b t i d o é m o s t r a d o na F i g u r a 4 . 2 1 . F o r a m u t i l i z a d a s t r ê s
amostras
de
cada
condição
de
sinterização
para
este
estudo,
s e n d o q u e c a d a p o n t o r e p r e s e n t a a m é d i a das l e i t u r a s . O i n t e r v a l o
de d o s e s a b s o r v i d a s u t i l i z a d o foi de 0,25 a I G y . O b s e r v a - s e
comportamento
supralinear
em
função
da
dose
um
absorvida,
83
s e m e l h a n t e ao r e s u l t a d o o b t i d o a n t e r i o r m e n t e , s e n d o as i n c e r t e z a s
associadas
calibração
às
foi
medidas
feita
de
contra
no
uma
máximo
câmara
c a l i b r a d a nas c o n d i ç õ e s de r e f e r ê n c i a
radioterapia.
O
campo
de
13%.
de
Esta
ionização
curva
de
cilíndrica
para f e i x e s de f ó t o n s
irradiação
é
de
10x10
cm^,
de
na
p r o f u n d i d a d e de " b u i l d - u p " de a c r í l i c o de 1,3 cm e d i s t â n c i a f o c o s u p e r f í c i e de 100 c m .
100
Sinterizado por 1 hora
êinterizãdõ por 3 horas
50
(O
ë
a.
^ 20
10^
0,1
0,2
0,5
Dose Absorvida (Gy)
Figura 4.21 Resposta TL em função da dose absorvida no ar para as pastilhas
sinterizadas de AI2O3 irradiadas no acelerador Clinac 600C do
Hospital das Clínicas
4.3.4
becaímento Térmico
As pastilhas
irradiadas
com
de AI2O3 s i n t e r i z a d a s
uma
dose
absorvida
de
por
50
1 e 3 horas
mGy
(®°Co),
foram
e
o
d e c a i m e n t o t é r m i c o foi e s t u d a d o até 6 0 d i a s a p ó s a i r r a d i a ç ã o . A
84
r e s p o s t a T L a p r e s e n t o u um d e c r é s c i m o de 6 , 0 % a p ó s 3 h o r a s da
irradiação,
e
15,0%
após
24
horas.
Após
mais
dois
dias
da
i r r a d i a ç ã o f o i o b s e r v a d o um d e c a i m e n t o de 1,5%.
4.3.5
L i m i t e Mínimo
Detectável
O l i m i t e m í n i m o d e t e c t á v e l foi d e t e r m i n a d o e s t u d a n d o - s e
a
v a r i a ç ã o na r e s p o s t a T L de p a s t i l h a s não i r r a d i a d a s . A s p a s t i l h a s
não i r r a d i a d a s f o r a m m e d i d a s 10 v e z e s , s e m p r e s o b as
mesmas
condições
400
experimentais,
isto
é,
tratamento
térmico
a
°C
durante 1 hora, seguindo-se a leitura TL. Define-se o limite mínimo
detectável
como
sendo
leitura d a s p a s t i l h a s
igual a três vezes
o desvio
padrão
da
não i r r a d i a d a s . Para as p a s t i l h a s de AI2O3
s i n t e r i z a d a s por 1 e 3 h o r a s o v a l o r e n c o n t r a d o f o i de I m G y .
4.3.6
Dependência
Energética
O e s t u d o da d e p e n d ê n c i a e n e r g é t i c a f o i f e i t o i r r a d i a n d o - s e
as
a m o s t r a s de a l u m i n a s i n t e r i z a d a por 1 hora c o m f e i x e s de r a i o s - X
para R a d i o t e r a p i a , no ar, à d i s t â n c i a de 50 cm
raios-X.
Os
resultados
Pode-se observar
obtidos
são
um i n c r e m e n t o
do f o c o do t u b o de
mostrados
na
Figura
4.22.
da r e s p o s t a T L e m f u n ç ã o
e n e r g i a da r a d i a ç ã o , s e n d o a d e p e n d ê n c i a e n e r g é t i c a de 5 8 % .
da
85
16
18
2D
22
Energia (keV)
Figura 4.22 Dependência energética das pastilhas de alumina sinterizada por 1
hora com radiação X, nível Radioterapia
O e s t u d o da d e p e n d ê n c i a
utilizando-se
feixes
18
um
MeV
de
de
e n e r g é t i c a foi t a m b é m
realizado
e l é t r o n s de 6 a 20 M e V , e f ó t o n s de 6 e
acelerador
linear.
Os
resultados
obtidos
m o s t r a d o s nas T a b e l a s 4 . 5 ( a ) e 4 . 5 ( b ) r e s p e c t i v a m e n t e .
são
86
T a b e l a 4.5(a)
Dependência energética das pastilhas de alumina para elétrons,
irradiações feitas no Hospital das Clínicas.
Resposta TL (u.a.)
Energia
(MeV)
T a b e l a 4.5(b)
AI2O3 sinterizada por 1 hora
AI2O3 sinterizada por 3 horas
6
32,68 ±0,14
36,31 ± 0 , 0 7
9
45,40 ± 0,07
43,23 ± 0,06
13
46,73 ± 0 , 1 9
44,48 ± 0,09
17
46,10 ±0,19
47,23 ± 0,09
20
48,40 ±0,14
47,72 ± 0,07
Dependência energética das pastilhas de alumina para fótons
de 6 e 18 MeV, irradiações no Hospital das Clínicas.
Energia
(MeV)
Resposta TL (u.a.)
AI2O3 sinterizada por 1 hora
AI2O3 sinterizada por 3 horas
Q
47,35 ±0,35
41,45 ± 0 , 2 1
18
39,56 ±0,05
39,79 ± 0 , 1 3
87
Observa-se
energia
um
aumento
da
resposta
dos e l é t r o n s . A d e p e n d ê n c i a
TL
energética
em
função
da
é mostrada
na
tabela 4.5(a).
Para as m e d i d a s r e a l i z a d a s com f ó t o n s o m a t e r i a l a p r e s e n t o u
uma d i m i n u i ç ã o
de d e p e n d ê n c i a
com o a u m e n t o
da e n e r g i a .
A
d e p e n d ê n c i a da e m i s s ã o T L o b s e r v a d a c o m f ó t o n s f o i d e c r e s c e n t e
para e n e r g i a s m a i o r e s e t a m b é m d e c r e s c e n t e c o m m a i o r e s t e m p o s
de s i n t e r i z a ç ã o . Os r e s u l t a d o s o b t i d o s são m o s t r a d o s na T a b e l a
4.5(b).
88
5
CONCLUSÕES
O m é t o d o de o b t e n ç ã o e as c o n d i ç õ e s e x p e r i m e n t a i s
utilizadas
p a r a as p a s t i l h a s de a l u m i n a c o m a d i ç õ e s de g r a f i t e não f o r a m
adequados
para
obter
a
dopagem
da
alumina,
c o n s e q u e n t e m e n t e não a p r e s e n t o u p r o p r i e d a d e s d o s i m é t r i c a s .
As c o n d i ç õ e s e x p e r i m e n t a i s u t i l i z a d a s p a r a a s i n t e r i z a ç ã o
das
p a s t i l h a s de a l u m i n a p e r m i t i r a m a o b t e n ç ã o de p a s t i l h a s
com
alta
densidade
relativa
e
com
uma
larga
distribuição
de
t a m a n h o s de g r ã o . A v a r i a ç ã o de t e m p o de s i n t e r i z a ç ã o de 1 a
10
horas
alumina
a
de
1650°C
1,78^m,
levou
a tamanhos
2,82|am,
médios
2,88|am,
de
2,91|am
grãos
e
de
3,3^m
respectivamente.
M e d i d a s de r e p r o d u t i b i l i d a d e da e m i s s ã o TL d a s p a s t i l h a s
alumina
sinterizadas
em
diferentes
tempos
mostraram
a q u e l a s s i n t e r i z a d a s por 1 e 3 h o r a s a p r e s e n t a r a m
de
que
resultados
s a t i s f a t ó r i o s p a r a d o s i m e t r i a . As p a s t i l h a s s i n t e r i z a d a s por 3, 7
e 10 horas m o s t r a r a m b a i x a r e p r o d u t i b i l i d a d e da r e s p o s t a T L ,
p i o r a n d o c o m o a u m e n t o do t e m p o de s i n t e r i z a ç ã o .
89
•
A c u r v a de e m i s s ã o T L das p a s t i l i í a s d e a l u m i n a
sinterizada
a p r e s e n t a p i c o p r i n c i p a l de e m i s s ã o e m t o r n o de 2 0 0 ° C , ou s e j a ,
na m e s m a p o s i ç ã o do pico de a l u m i n a m o n o c r i s t a l i n a .
•
As
pastilhas
de
alumina
sinterizadas
apresentaram
um
comportamento
por
supralinear
1
e
em
3
horas,
relação
à
r e s p o s t a TL na f a i x a de 0,01 a lOOGy.
•
As
pastilhas
de
alumina
sinterizadas
por
1
e
3
horas
apresentam uma forte dependência energética maior que 50%.
•
A
piora
nas
características
dosimétricas
das
pastilhas
s i n t e r i z a d a s a 1 6 5 0 ° C para i n t e r v a l o s de t e m p o s u p e r i o r e s a 3
horas é a t r i b u i d a à c o n s t a n t e a n i q u i l a ç ã o de v a c â n c i a s da rede
da a l u m i n a , a n u l a n d o o p o s s í v e l e f e i t o b e n é f i c o do a u m e n t o do
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of
Comparison
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TL
of
main
dosemeters.
mAJ, n.1/4, p . 1 9 5 - 1 9 9 , 1 9 9 3 .
AZZIZ
AbOsiC,
Prot. Dosim.,
MOSCOVICH
properties
L.,
N.,
MARINO
LiF:Mg,Cu,P
S.
A.,
and
The
neutron
LiF:Mg,Ti
TLDs.
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Some
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