Propiedades termoluminescentes y ópticas del policristal sintético de silicato de calcio no dopado y dopado con Eu

Abstract

En este trabajo se han producido y caracterizado policristales sintéticos de CaSiO3 no dopado y dopado con diferentes % en mol de Eu (0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 4.0 % mol). El propósito de este trabajo es encontrar las propiedades luminiscentes y el efecto del dopante en la estructura cristalina del policristal de CaSiO3. El método utilizado para la producción de estos materiales fue el método de desvitrificación. Esto es, cantidades estequiométricas de CaO y SiO2 se mezclaron y se colocaron en un horno de alta temperatura hasta 1500 °C por 2 horas y luego enfriado muy lentamente por 24 horas. Los policristales sintéticos obtenidos se trituraron y el polvo obtenido se usó para medidas de difracción de rayos X para encontrar las fases cristalinas del material analizado. También se han producido pastillas de 6 mm de diámetro y 1 mm de espesor para medidas termoluminiscentes (TL), así como también pastillas de 12 mm de diámetro y 1 mm de espesor para medidas ópticas. Luego estas pastillas se llevaron a un horno de alta temperatura hasta 1200 °C por 1 hora para obtener pastillas de fácil manejo. Las medidas de TL para la muestra no dopada de CaSiO3, e irradiado con 650 Gy de dosis gamma, muestran un pico de baja temperatura alrededor 138 °C y otros dos picos de alta temperatura superpuestos alrededor de 272 y 333 °C. Para las muestras dopadas con Eu, irradiado con 650 Gy de dosis gamma, las respuestas TL de los policristales dopados de CaSiO3 se observan dos picos TL principales alrededor de 155 °C y 274 °C. Esta diferencia interesante para la muestra no dopada y dopado con Eu es usado como ventaja para su uso en dosimetría. Esto es, el pico de alta temperatura alrededor de 274 °C, para la muestra dopada, al no estar superpuesto con otros picos TL puede ser analizado y estudiado más fácilmente para dosimetría de altas dosis. El desvanecimiento de este pico de TL con el tiempo (Fading) para la muestra de CaSiO3 dopado con 0.05% mol de Eu fue analizado. Espectros de absorción óptica para todos las policristales sintéticos de CaSiO3 fueron analizados. Los valores de bandgap óptico fueron calculados por el método de Tauc y se encontró que los valores de bandgap para la muestra no dopada de CaSiO3 es menor que aquellas dopadas con Eu. El valor máximo de bandgap óptico es encontrada para la muestra de CaSiO3 dopado con 0.2% mol de Eu.

In this work, synthetic polycrystals of undoped- and doped- CaSiO3 with different mol% of Eu (0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 4.0 mol%) have been produced and characterized. The purpose of this work is to find the luminescent properties and the effect of the dopant on the crystal structure of the CaSiO3 polycrystal. The method used for the production of these materials was the devitrification method. That is, stoichiometric amounts of CaO and SiO2 were mixed and placed in a high temperature furnace up to 1500 °C for 2 hours and then cooled very slowly up to 24 hours. The synthetic polycrystals obtained were crushed and the obtained powder was used for X- ray diffraction measurements and to find the crystalline phases of the analyzed material. 6 mm diameter and 1 mm thick pellets have also been produced for thermoluminescent (TL) measurements, as well as, 12 mm diameter and 1 mm thick pellets for optical measurements. These pellets were then placed in a high-temperature oven up to 1200 °C for 1 hour to obtain easy-to- handle pellets. The TL measurements of the undoped CaSiO3 sample, irradiated with 650 Gy gamma dose, show a low temperature peak around 138 °C and two other overlapping high temperature peaks around 272 and 333 °C. For the Eu-doped samples, irradiated with 650 Gy gamma dose, the TL responses of the CaSiO3-doped polycrystals show two main TL peaks around 155 °C and 274 °C. This interesting difference between undoped and doped sample is used as an advantage for its use in dosimetry. That is, the high temperature peak around 274 °C for doped sample, not overlapping with other TL peaks, can be more easily analyzed and studied for high- dose dosimetry. The fading of this TL peak with time (Fading) for the CaSiO3 sample doped with 0.05 mol% Eu was analyzed. Optical absorption spectra for all synthetic CaSiO3 polycrystals were analyzed. The optical bandgap values were calculated by the Tauc method and it was found that the bandgap values for the no doped-CaSiO3 sample are lower than those doped with Eu. The maximum optical bandgap value is found for the CaSiO3 sample doped with 0.2 mol% Eu.