Author(s):
Silva, Luís Filipe Carvalho da 
Date: 2010
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/2652
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia física; Cintiladores; Crescimento de cristais; Fibras ópticas; Raios gama
Description
radiação gama. Os materiais utilizados foram a mulite dopada com neodímio, o
germanato de bismuto e o ortossilicato de lutécio. Estes materiais foram
crescidos pela técnica de fusão de zona com laser. A caracterização das fibras
foi efectuada através de difracção de raios X, espectroscopia Raman e de
fotoluminescência e microscopia electrónica de varrimento. As medidas de
cintilação foram efectuadas acoplando as fibras crescidas a um tubo
fotomultiplicador, numa câmara escura, utilizando uma fonte emissora de
radiação gama.
As fibras de mulite dopadas com neodímio revelaram-se policristalinas com um
carácter fortemente anisotrópico. Os cristais de composição química
Al2,4Si0,6O4,8 e estrutura ortorrômbica desenvolveram-se paralelamente ao eixo
da fibra, sendo [001] a direcção preferencial de crescimento. A espessura dos
cristais diminui com o aumento da velocidade de crescimento e o neodímio
encontra-se apenas nas fronteiras de grão, as quais constituem uma segunda
fase vítrea. A segregação do neodímio para as fronteiras de grão poderá
constituir a principal razão para a não cintilação destas fibras, bem como a
baixa densidade da mulite que é responsável por um baixo poder de paragem.
Neste trabalho foram também crescidas fibras de germanato de bismuto
(BGO) a diferentes velocidades. Estas fibras apresentam uma única fase
cristalina o Bi4Ge3O12 e ao serem excitadas com radiação ultravioleta (290
nm) os cristais emitem radiação luminosa numa banda larga na região do
azul/verde. O rendimento de cintilação foi medido em função de vários
parâmetros experimentais, em particular estudou-se a influência da posição da
fibra (vertical ou horizontal), da velocidade de crescimento da variação do
número e altura das fibras. Foi ainda estudado o efeito do revestimento das
fibras com teflon. Os resultados obtidos permitiram concluir que as fibras
crescidas a menor velocidade apresentam maior rendimento de cintilação e
que é possível aumentar este rendimento se estas forem revestidas com teflon
e colocadas na posição horizontal. A variação do rendimento de cintilação em
função da altura e do número de fibras revelou-se linear.
No âmbito desta dissertação foram ainda crescidas fibras de ortossilicato de
lutécio a diferentes velocidades. O rendimento de cintilação obtido está
próximo do mencionado na literatura, sendo 2 a 3 vezes superior ao do BGO.
ABSTRACT: This work aims is the growth of scintillator crystals for gamma radiation. The
materials used were neodymium-doped mullite, bismuth germanate and
lutetium orthosilicate. They were grown by the laser floating zone technique.
The fibres characterization was carried out by X-ray diffraction, Raman and
photoluminescence spectroscopy and scanning electron microscopy. The
measures were taken engaging the scintillation fibres to a photomultiplier tube,
in a darkroom, using a source of gamma radiation.
The mullite fibres doped with neodymium proved to be polycrystalline with a
strongly anisotropic character. Crystals with a chemical composition
Al2,4Si0,6O4,8 and orthorhombic structure grown along fibre axis in [001]
preferential grain orientation. The thickness of the crystals decreases with
growth rate and neodymium was only found in grain boundaries, which
constitute an amorphous second phase. The main reason to the no scintillating
gamma radiation of the mullite fibres could be the segregation of neodymium to
the grain boundaries, together with the low density that induces a low stopping
power.
In this work fibres of bismuth germanate (BGO) were grown at different pulling
rates. This fibres exhibit a monophasic nature, being Bi4Ge3O12 the crystalline
phase. When excited with ultraviolet radiation (290 nm) the fibres emit light in a
broadband in the blue/green region. The scintillation yield was measure varying
the fibre position (vertical or horizontal), the growth rate, the number and height
of the fibres. The effect of teflon coating was also studied. The experimental
results had shown a higher scintillation yield in fibres grown at lower pulling
rate, coated with teflon and placed horizontally. The variation of the scintillation
yield according to the height and the number of fibres proved to be linear.
In scope of this work lutetium orthosilicate fibres were grown also at different
speeds. The scintillation yield obtained is close to the mentioned in the
literature, being 2-3 times higher than BGO. Mestrado em Engenharia Física
