Cristais de fluoreto de lítio foram usados ​​recentemente para registrar os rastros de partículas nucleares. Físicos do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências da Cracóvia acabaram de demonstrar que esses cristais também são ideais para detectar rastros de íons de alta energia de elementos até mesmo tão pesados ​​quanto o ferro.

Quando uma partícula nuclear entra em um cristal, ele interage com os átomos ou moléculas em sua rede cristalina. Em certos cristais e sob as condições apropriadas, o defeito resultante pode ser uma fonte de luz fraca - luminescência. No Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia, pesquisas foram conduzidas em materiais que mostram este tipo de propriedades por muitos anos. Um deles é o fluoreto de lítio LiF. Seus cristais foram usados ​​recentemente para detectar partículas de baixa energia, como partículas alfa (núcleos de hélio). Em sua última publicação no Journal of Luminescence , os físicos baseados em Cracóvia mostram que o campo de aplicação do fluoreto de lítio também se estende à detecção de partículas com energias significativas e até inclui íons de elementos pesados ​​como o ferro 56 Fe, completamente despojado de elétrons.

"Os detectores de trilhas de fluoreto de lítio são simplesmente cristais. Ao contrário dos dispositivos de detecção que monitoram trilhas de partículas em tempo quase real, eles são detectores passivos. Em outras palavras, eles funcionam como filme fotográfico. Uma vez que os cristais são expostos à radiação, precisamos usar um microscópio de fluorescência para descobrir quais trilhas gravamos, "diz o Prof. Pawel Bilski (IFJ PAN).

Os detectores fluorescentes de traços nucleares são conhecidos há cerca de uma década. Até aqui, eles foram feitos apenas de Al dopado apropriadamente ₂ O ₃ cristais de óxido de alumínio em que, sob a influência da radiação, centros de cores permanentes são criados. Esses centros, quando excitado pela luz de um comprimento de onda apropriado, emitem fótons (com energias mais baixas) que permitem ver o rastro de uma partícula ao microscópio. No caso do fluoreto de lítio, a excitação é realizada com luz azul e a emissão de fótons ocorre na faixa vermelha.

"Os detectores com óxido de alumínio dopado exigem um microscópio confocal caro com feixe de laser e varredura. Rastros em cristais de fluoreto de lítio podem ser vistos com um método muito mais barato, microscópio fluorescente padrão, "diz o Prof. Bilski e enfatiza:" Os rastros gravados nos cristais reproduzem com muita precisão o percurso de uma partícula. Outros detectores, como a conhecida câmara Wilson, geralmente alarga a pista. No caso de cristais de LiF, a resolução é restrita apenas pelo limite de difração. "

Embora a impossibilidade de observar rastros de partículas em tempo quase real seja difícil de chamar de vantagem, nem sempre tem que ser uma desvantagem. Por exemplo, em dosimetria pessoal, detectores são necessários para determinar a dose de radiação à qual o usuário foi exposto. Esses dispositivos devem ser pequenos e fáceis de usar. As placas de fluoreto de lítio cristalino, de tamanho milimétrico, atendem perfeitamente a esse requisito. Esta é uma das razões pelas quais esses cristais, cultivado pelo método Czochralski no IFJ PAN, agora pode ser encontrado no módulo europeu Columbus da Estação Espacial Internacional, entre muitos outros tipos de detectores passivos. Substituído a cada seis meses dentro do experimento DOSIS 3-D, os detectores permitem determinar a distribuição espacial da dose de radiação dentro da estação e sua variabilidade ao longo do tempo.

Durante a última pesquisa, placas cristalinas de fluoreto de lítio foram expostas a íons de alta energia. A irradiação foi realizada no acelerador HIMAC na cidade japonesa de Chiba. Durante o bombardeio com vários feixes de íons, as energias das partículas variaram de 150 megaeletronvolts por nucleon no caso dos íons de hélio 4He a 500 MeV / nucleon no caso dos íons de ferro 56Fe. Os detectores também foram irradiados com íons de carbono 12C, Feixes de néon 20 Ne e 28 Si de silício.

"Nas placas de cristal colocadas perpendicularmente ao feixe de íons, observamos fontes de luz praticamente pontuais de um tamanho na borda da resolução óptica de um microscópio. Estes foram os lugares onde o íon de alta energia perfurou o cristal, "diz o Prof. Bilski." Como parte dos testes, algumas das placas também foram colocadas paralelas à viga. A probabilidade de registrar uma trilha era menor, mas quando aconteceu, um longo fragmento da trilha da partícula foi 'impresso' no cristal. "

Os testes realizados confirmam que os detectores de trilhas de fluoreto de lítio são ideais para registrar a passagem de íons pesados ​​com altas energias. Além disso, parece que essas não são as únicas possibilidades dos cristais de LiF. Todos os outros átomos em seu interior são de lítio, que interage muito bem com nêutrons. Detectores de fluoreto de lítio, especialmente aqueles enriquecidos com o isótopo de lítio 6Li, provavelmente permitirá um registro muito eficaz de nêutrons de baixa energia, e há muito para indicar que também aqueles de uma energia superior. Se estudos futuros confirmarem essa suposição, será possível construir dosímetros pessoais de nêutrons. O pequeno tamanho dos cristais de LiF também permitiria aplicações técnicas interessantes que são tecnologicamente inacessíveis hoje. Os detectores de rastreamento LiF podem ser usados, por exemplo, para estudar partículas secundárias formadas em torno do feixe de prótons primário produzido por aceleradores usados ​​na medicina para combater o câncer.