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Tipo de Documento: Dissertação
Título: Síntese e caracterização estrutural, morfológica, elementar e dosimétrica de CaSO4:Tm,Li preparado por evaporação lenta, coprecipitação e difusão em estado sólido
Autor(es): Santos, Marcelo Franklin da Silva
Data do documento: 4-Fev-2026
Orientador: Souza, Divanizia do Nascimento
Coorientador: Silva, Anderson Manoel Bezerra da
Resumo: Dosímetros termoluminescentes à base de sulfato de cálcio (CaSO₄) são amplamente empregados em dosimetria de radiação ionizante, destacando-se o CaSO₄:Dy. Neste estudo, foram investigadas as propriedades estruturais, térmicas, morfológicas, elementares e dosimétricas de fósforos de CaSO₄ dopado com túlio (nas formas metálica e de óxido) e codopados com lítio, produzidos pelas sínteses de evaporação lenta (SEL), de difusão em estado sólido (SES) e de coprecipitação (PRE). O trabalho envolveu a preparação e a caracterização dos fósforos. Para as caracterizações dos policristais resultantes, empregaram-se as técnicas de difratometria de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Para as caracterizações dosimétricas foram utilizadas as técnicas de termoluminescência (TL) e de luminescência opticamente estimulada (OSL). As amostras na forma de pastilhas foram irradiadas com uma fonte ⁹⁰Sr+⁹⁰Y, na faixa de dose de 0,142 Gy a 500 Gy. As análises por DRX confirmaram a formação da fase cristalina de CaSO4 para todas as rotas de produção, as de MEV evidenciaram diferenças morfológicas significativas entre os materiais obtidos pelas diferentes rotas e as de EDS confirmaram a incorporação do túlio nos compostos. As amostras de CaSO4 produzidas por SEL apresentaram intensidades TL e OSL significativamente superiores às obtidas por SES e PRE. As curvas de emissão TL exibiram múltiplos picos TL, com emissões predominantes na região do azul (455 nm), características do Tm³⁺. A codopagem com lítio contribuiu para intensificar o sinal luminescente das amostras. As curvas de OSL exibiram decaimento exponencial típico para todas as amostras, sendo que as amostras obtidas via SEL apresentaram emissão com decaimento lento, indicando baixa seção de choque de fotoionização e transferência de cargas no processo de estímulo com LEDs azuis. Todos os fósforos de CaSO4:Tm,Li apresentaram respostas TL e OSL homogêneas a doses (com coeficiente de variação menor que 10%), linearidade da resposta adequada para a faixa de dose estudada e estabilidade do sinal TL para armadilhas associadas a picos acima de 200 °C (fading). Os resultados indicam que o composto CaSO₄:Tm,Li, especialmente quando sintetizado por evaporação lenta, tem elevado potencial para aplicações em dosimetria de radiação ionizante. Estudos complementares, como avaliação de dependência energética, limite inferior de detecção de dose e períodos mais longos de fading, contribuirão para uma avaliação abrangente de seu desempenho dosimétrico.
Abstract: Calcium sulfate (CaSO₄) based thermoluminescent dosimeters are widely used in ionizing radiation dosimetry, with CaSO₄:Dy being particularly noteworthy. In this study, the structural, thermal, morphological, elemental, and dosimetric properties of CaSO₄ phosphors doped with thulium (in metallic and oxide forms) and co-doped with lithium, produced by slow evaporation synthesis (SEL), solid-state diffusion (SES), and coprecipitation (PRE) syntheses, were investigated. The work involved the preparation and characterization of the phosphor. For structural characterization, X-ray diffractometry (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectroscopy (EDS) were used. For dosimetric characterizations, thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) techniques were used. The samples in the form of pellets were irradiated with a ⁹⁰Sr+⁹⁰Y source in the dose range of 0.142 Gy to 500 Gy. XRD analyses confirmed the formation of the CaSO₄ crystalline phase for all production routes, SEM analyses revealed significant morphological differences between the materials obtained by the different routes, and EDS analyses confirmed the incorporation of thulium into the compounds. The CaSO₄ samples produced by SEL showed significantly higher TL and OSL intensities than those obtained by SES and PRE. The TL emission curves exhibited multiple peaks, with predominant emissions in the blue region (455 nm), characteristic of Tm³⁺. Co-doping with lithium contributed to intensifying the luminescent signal of the samples. The OSL curves exhibited typical exponential decay for all samples, with the samples obtained via SEL exhibiting slow decay emission, indicating low photoionization cross section and charge transfer in the blue LED stimulation process. All CaSO₄:Tm,Li phosphors exhibited homogeneous TL and OSL responses to the dose (with a coefficient of variation less than 10%), adequate response linearity for the dose range studied, and TL signal stability for traps associated with peaks above 200 °C (fading). The results indicate that the CaSO₄:Tm,Li compound, especially when synthesized by slow evaporation, has high potential for applications in ionizing radiation dosimetry. Complementary studies, such as assessments of energy dependence, lower dose detection limit, and longer fading periods, will contribute to a comprehensive evaluation of its dosimetric performance, will contribute to a comprehensive evaluation of its dosimetric performance.
Palavras-chave: CaSO4
Dosimetria
Detector de radiação
Rotas de produção
Termoluminescência
Luminescência opticamente estimulada
Dosimetry
Radiation detector
Production routes
Thermoluminescence
Optically stimulated luminescence
área CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Agência de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Física
Citação: SANTOS, Marcelo Franklin da Silva. Síntese e caracterização estrutural, morfológica, elementar e dosimétrica de CaSO4:Tm,Li preparado por evaporação lenta, coprecipitação e difusão em estado sólido. 2026. 128 f. Dissertação (Mestrado em Física) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25433
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