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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36406| Título: | Avaliação do aumento da luminescência dos detectores CaF2 através da deposição de nanopartículas metálicas |
| Título(s) alternativo(s): | Evaluation of increased luminescence in CaF2 detectors through deposition of metal nanoparticles |
| Autor(es): | Aguiar, Guilherme de Mello |
| Orientador(es): | Viana Junior, Emilson Ribeiro |
| Palavras-chave: | Luminescência opticamente estimulada Dosímetros Nanopartículas metálicas Fluoreto de Cálcio Radiação ionizante Optically stimulated luminescence Dosimeters Metallic nanoparticles Calcium fluoride Ionizing radiation |
| Data do documento: | 20-Dez-2024 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | AGUIAR, Guilherme de Mello. Avaliação do aumento da luminescência dos detectores CaF2 através da deposição de nanopartículas metálicas. 2025. Dissertação (Mestrado em Física e Astronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024. |
| Resumo: | A presença de nanopartículas (Nps) depositadas na superfície de dosímetros oticamente estimulados (OSL) e radioluminescentes (RL) pode afetar sua eficiência luminescente. Um aumento na intensidade de OSL nesses detectores pode ser obtido depositando nanopartículas metálicas (M-Nps) sobre esses detectores devido ao efeito da Ressonância Plasmon de Superfície Localizada (LSPR). A LSPR é caracterizada por um campo eletromagnético ao redor das Nps que é altamente dependente da geometria, tamanho e material das Nps. A taxa de excitação da luminescência gerada por raios X é aumentada pelo campo local próximo à superfície das Nps sob condições de ressonância plasmônica de superfície, resultando em um aumento da luminescência. Neste trabalho foi estabelecido como objetivo avaliar a OSL e a RL em detectores constituídos com CaF2 decorados com nanopartículas metálicas. Para estas finalidades filmes de OSL foram produzidos à base de fluoreto de cálcio natural brasileiro (CaF2) com M-Nps (Ag, Au, Bi, Cu e Pb) depositados na superfície dos filmes, utilizando a técnica de spin-coating com diferentes velocidades (3000 RPM, 4000 RPM, 5000 RPM e 6000 RPM). A eficiência de OSL foi obtida comparando a resposta de OSL de amostras com e sem Nps previamente expostas à mesma dose. As leituras e as irradiações foram realizadas no leitor automático Risø TL/OSL equipado com uma fonte beta 90Sr/90Y (11 mGy/s). Adicionalmente, foi avaliada a influência do volume depositado de solução com Nps (400 ¿L, 600 ¿L e 800 ¿L) na resposta de OSL. Considerando a velocidade de rotação na posição, os melhores resultados foram obtidos para 4000 RPM. Quanto ao volume depositado, considerando as incertezas associadas, não houve variações significativas no sinal. Todos os detectores com adição de M-Nps, em comparação aos detectores sem Nps, tiveram aumento na eficiência do OSL (1% a 15%). Os detectores com CuNP e PbNP tiveram os maiores aumentos relacionados entre 10% e 15%. Com base nos resultados obtidos neste estudo, concluímos que o aumento na eficiência do OSL se deve tanto pela amplificação da estimulação óptica quanto pela amplificação do sinal do OSL emitido pelo CaF2, sendo um efeito de superfície devido à ressonância plasmônica de superfície. O aumento da intensidade do sinal RL nas amostras com nanopartículas metálicas (Nps-M) ocorre devido ao efeito LSPR, que intensifica o campo eletromagnético na superfície das Nps, amplificando a luminescência. Além disso, os detectores de CaF¢ com Nps-M apresentaram um aumento superior a 25% no sinal RL, evidenciando uma maior eficiência em comparação com os detectores sem Nps-M. |
| Abstract: | The presence of nanoparticles (Nps) deposited on the surface of Optically Stimulated Luminescence (OSL) dosimeters may affect their luminescent efficiency. An increase in OSL intensity in these detectors can be achieved by depositing metallic nanoparticles (M-Nps) on their surface due to the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) effect. LSPR is characterized by an electromagnetic field around the Nps that is highly dependent on the geometry, size, and material of the Nps. The excitation rate of the luminescence generated by X-rays is enhanced by the local field near the surface of the Nps under surface plasmon resonance conditions, resulting in an increase in luminescence. The objective of this work was to evaluate the OSL and RL in detectors made with Calcium Fluoride (CaF¢) decorated with metallic nanoparticles. For these purposes, OSL films were produced based on Brazilian natural calcium fluoride (CaF¢) with M-Nps (Ag, Au, Bi, Cu, and Pb) deposited on the surface of the films using the spin-coating technique at various speeds (3000 RPM, 4000 RPM, 5000 RPM, and 6000 RPM). The OSL efficiency was obtained by comparing the OSL response of samples with and without Nps, previously exposed to the same dose. The readings and irradiations were performed on the automatic Risø TL/OSL reader equipped with a beta 90Sr/90Y source (11 mGy/s). Additionally, the influence of the deposited volume of NP solution (400 ¿L, 600 ¿L, and 800 ¿L) on the OSL response was evaluated. Considering the rotation speed in position, the best results were obtained at 4000 RPM. Regarding the deposited volume, taking into account the associated uncertainties, no significant variations in the signal were observed. All detectors with added M-Nps, compared to those without Nps, showed an increase in OSL efficiency (1% to 15%). The detectors with CuNP and PbNP showed the largest increases, ranging between 10% and 15%. Based on the results obtained in this study, we conclude that the increase in OSL efficiency is due to both the amplification of optical stimulation and the enhancement of the OSL signal emitted by CaF¢, which is a surface effect induced by surface plasmon resonance. The increase in RL signal intensity in samples with metallic nanoparticles (Nps-M) is due to the LSPR effect, which enhances the electromagnetic field on the surface of the Nps, amplifying luminescence. Additionally, CaF¢ detectors with Nps-M showed an increase of over 25% in the RL signal, demonstrating greater efficiency compared to detectors without Nps-M. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36406 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Física e Astronomia |
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