Síntesis y caracterización termoluminiscente y determinación de parámetros cinéticos de ZnO tratado térmicamente

Abstract

Tesis de maestría en ciencia de materiales. En este trabajo se llevó a cabo la síntesis de fósforos termoluminiscentes de ZnO a partir de un método químico de precipitación controlada, utilizando una sal de zinc y tiourea en un medio alcalino. Los polvos obtenidos fueron tratados térmicamente, en forma de pastilla, a temperaturas de 850, 900 ó 950 °C por 24 horas en atmósfera aire. Los resultados obtenidos por difracción de rayos X muestran que a partir de la reacción se obtuvo una mezcla de ZnO y Zn(OH)2, la cual al ser tratada térmicamente se convierte en ZnO (fase hexagonal zincita). Los fósforos de ZnO sintetizados a tres diferentes temperaturas presentan propiedades atractivas para ser utilizados en dosimetría termoluminiscente (DTL) en un amplio intervalo de dosis. Para los tres casos, se observa la presencia de un máximo de emisión localizado en una posición considerada estable a temperatura ambiente. Los tres fósforos de ZnO obtenidos presentan un comportamiento lineal en el intervalo de dosis de 10 a 200 Gy, irradiando con partículas beta. Estos resultados indican que los materiales sintetizados tienen el potencial para ser utilizados en dosimetría clínica y en dosimetría de dosis altas. La sensibilidad de la respuesta termoluminiscente se incrementa notablemente al aumentar la temperatura de tratamiento térmico de 850 a 900 °C, mientras que la sensibilidad de los fósforos tratados térmicamente a 900 y 950 °C es similar. Los fósforos de ZnO con propiedades termoluminiscentes más adecuadas para su aplicación en DTL, fueron los tratados térmicamente a 900 ºC, ya que exhibieron mayor estabilidad en pruebas de reusabilidad en ciclos repetidos de irradiación-lectura, así como un menor desvanecimiento de la termoluminiscencia al almacenar muestras irradiadas en condiciones ambientales, además de un amplio rango de linealidad con respecto a la dosis de irradiación y una mínima dosis detectable de 1.8 Gy. Los valores de las energías de activación calculados por el método de levantamiento inicial y métodos basados en la forma de la curva de brillo de los fósforos sintetizados, muestran valores similares a los valores que se calcularon utilizando métodos de deconvolución computacionales de las curvas de brillo con ajustes a modelos de cinéticas de primer o de segundo orden. La deconvolución de los curvas de brillo considerando una cinética de orden general, muestra que están compuestas por la superposición de al menos seis picos individuales con cinéticas de orden intermedio, entre 1.2 y 1.8. Los resultados obtenidos a partir de las deconvoluciones, ajustando a cinéticas de primer y segundo orden y ajustando a una cinética de orden general son compatibles, ya que las posiciones de los picos de la deconvolución utilizando cinética de orden uno o dos coinciden con la posición de los picos más intensos que se obtienen utilizando una cinética de orden general.