Em velhas TVs de raios catódicos, uma imagem é gerada quando um feixe de elétrons excita uma tela de fósforo, fazendo com que o fósforo irradie luz. Agora em um novo estudo, pesquisadores descobriram que um feixe de pósitrons (anti-elétrons carregados positivamente) incidente em uma tela de fósforo produz significativamente mais luminescência do que um feixe de elétrons.

Quando os pesquisadores começaram suas pesquisas, eles esperavam que os aplicativos fossem principalmente utilitários:principalmente, para entender as diferenças entre o uso de pósitrons e elétrons ao realizar experimentos com telas de fósforo como diagnósticos de pósitrons. Contudo, as diferenças eram muito mais interessantes do que esperavam, que pode estender as aplicações potenciais a áreas como projetar novos sistemas de diagnóstico, bem como aprender mais sobre as propriedades dos materiais luminescentes.

Os cientistas, E. V. Stenson, U. Hergenhahn, M. R. Stoneking, e T. Sunn Pedersen, no Instituto Max Planck de Física do Plasma, entre outros institutos, publicaram um artigo sobre a comparação da luminescência de pósitrons e elétrons em uma edição recente da Cartas de revisão física .

Em seus experimentos, os pesquisadores compararam a luminescência excitada por um feixe de pósitrons com a excitada por um feixe de elétrons para dois fósforos diferentes (ZnS:Ag e ZnO:Zn). Para ambos os fósforos, os resultados gerais foram semelhantes. Conforme a energia do feixe aumentou de zero, a quantidade de luminescência induzida por pósitrons aumentou rapidamente, enquanto a quantidade de luminescência induzida por elétrons aumentou muito mais gradualmente. Acima de um certo nível de energia do feixe, ambos os tipos de luminescência cresceram de forma linear aproximadamente à mesma taxa. Então, em níveis de energia de feixe muito altos, a diferença entre a luminescência induzida por pósitrons e elétrons tornou-se insignificante.

Em vez de, a diferença mais notável ocorreu nos níveis de energia do feixe mais baixos. Por exemplo, a fim de produzir a mesma quantidade de luminescência que é produzida por um feixe de elétrons com vários milhares de elétron-volts de energia, um feixe de pósitron requeria apenas algumas dezenas de elétron volts (eV) para ZnS:Ag, e para ZnO:Zn, até menos de 10 eV. Como explicam os pesquisadores, a grande diferença surge da aniquilação de pósitrons, que produz um maior número de estados excitados nos materiais de fósforo.

Como pósitrons podem ser usados ​​como uma ferramenta para aprender sobre fósforos, e os fósforos podem ser usados ​​como uma ferramenta para aprender sobre pósitrons, os pesquisadores esperam que os resultados sejam interessantes para ambas as áreas.

"Para pesquisadores que observam a incidência de pósitrons em materiais, são os pósitrons que são o objeto de interesse, "Stenson disse Phys.org . "Nesse caso, uma tela de fósforo é vista apenas como uma ferramenta para aprender sobre os pósitrons - por exemplo, algo tão simples quantos deles você tem disponíveis como ingredientes para fazer plasmas de antiatomos ou matéria-antimatéria.

"Para outros pesquisadores, É o contrário, onde positrons são uma ferramenta para aprender sobre algum material. Pode-se fazer isso, por exemplo, observando quanto tempo leva para os pósitrons se aniquilarem com um determinado sólido, líquido ou gás, em quais ângulos os pósitrons se espalham por um material, ou o espectro de energia dos elétrons que são emitidos de um material no qual um feixe de pósitrons se aniquila. "

Por causa da notável diferença entre elétrons e pósitrons, os resultados também oferecem uma nova ferramenta para a compreensão das propriedades dos materiais luminescentes em geral.

"Os materiais luminescentes têm uma longa história, tendo sido usado por décadas em coisas como tubos de raios catódicos, e eles ainda estão sendo desenvolvidos para uma variedade de novos aplicativos, "Stenson disse." Os materiais luminescentes têm aplicações que vão desde bens de consumo (displays, materiais pós-luminescência) para detectores especializados (sensores de gás, cintiladores) em nanopartículas usadas no tratamento do câncer. "

Stenson explicou que, apesar de esses materiais terem uma longa história, ainda há questões em aberto sobre aspectos importantes da física dos materiais luminescentes. Essas questões incluem a estrutura dos centros de luminescência, as vias de excitação e relaxamento para catodoluminescência, e a origem da 'tensão morta' - isto é, por que elétrons com menos de um keV ou dois de energia não produzem luminescência detectável em muitos fósforos.

"Espero que novos estudos de luminescência induzida por pósitrons (por exemplo, comparar o espectro de luz produzido por pósitrons de baixa energia vs. pósitrons de alta energia vs. elétrons de alta energia) será um meio valioso de investigar essas questões em aberto, especialmente quando combinado com outras abordagens que já estão em uso para estudar materiais luminescentes, "Stenson disse.

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