Los cristales de fluoruro de litio se han utilizado recientemente para registrar las huellas de las partículas nucleares. Los físicos del Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias en Cracovia acaban de demostrar que estos cristales también son ideales para detectar rastros de iones de alta energía de elementos incluso tan pesados ​​como el hierro.

Cuando una partícula nuclear entra en un cristal, interactúa con los átomos o moléculas de su red cristalina. En ciertos cristales y en las condiciones adecuadas, el defecto resultante puede ser una fuente de luz débil:luminiscencia. En el Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia (IFJ PAN) en Cracovia, se han realizado investigaciones sobre materiales que muestran este tipo de propiedades durante muchos años. Uno de ellos es el fluoruro de litio LiF. Sus cristales se han utilizado recientemente para detectar partículas de baja energía como las partículas alfa (núcleos de helio). En su última publicación en el Diario de luminiscencia , los físicos de Cracovia muestran que el campo de aplicación del fluoruro de litio también se extiende a la detección de partículas con energías significativas e incluso incluye iones de elementos tan pesados ​​como el hierro 56Fe, completamente despojado de electrones.

"Los detectores de pistas de fluoruro de litio son simplemente cristales. A diferencia de los dispositivos de detección que monitorizan pistas de partículas casi en tiempo real, son detectores pasivos. En otras palabras, funcionan como una película fotográfica. Una vez que los cristales se exponen a la radiación, necesitamos usar un microscopio de fluorescencia para averiguar qué pistas hemos grabado, "dice el Prof. Pawel Bilski (IFJ PAN).

Los detectores de pistas nucleares fluorescentes se conocen desde hace aproximadamente una década. Hasta aquí, han sido hechos solo de Al apropiadamente dopado ₂ O ₃ cristales de óxido de aluminio en los que, bajo la influencia de la radiación, Se crean centros de color permanentes. Tales centros, cuando se excita con luz de una longitud de onda adecuada, emiten fotones (con energías más bajas) que permiten ver el rastro de una partícula bajo un microscopio. En el caso del fluoruro de litio, la excitación se realiza con luz azul y la emisión de fotones se produce en el rango rojo.

"Los detectores con óxido de aluminio dopado requieren un microscopio confocal costoso con un rayo láser y un escaneo. Las huellas en los cristales de fluoruro de litio se pueden ver con un método mucho más económico, microscopio fluorescente estándar, "dice el profesor Bilski y enfatiza:" Las pistas grabadas en cristales reproducen con mucha precisión el camino de una partícula. Otros detectores, como la conocida cámara Wilson, Suele ensanchar la pista. En el caso de los cristales de LiF, la resolución está restringida únicamente por el límite de difracción ".

Si bien la imposibilidad de observar rastros de partículas casi en tiempo real es difícil de llamar una ventaja, no siempre tiene por qué ser una desventaja. Por ejemplo, en dosimetría personal, Se necesitan detectores para determinar la dosis de radiación a la que ha estado expuesto el usuario. Estos dispositivos deben ser pequeños y fáciles de usar. Las placas de fluoruro de litio cristalino de tamaño milimétrico cumplen este requisito a la perfección. Esta es una de las razones por las que estos cristales, cultivado por el método Czochralski en el IFJ PAN, ahora se puede encontrar en el módulo europeo Columbus de la Estación Espacial Internacional, entre muchos otros tipos de detectores pasivos. Reemplazado cada seis meses dentro del experimento DOSIS 3-D, los detectores permiten determinar la distribución espacial de la dosis de radiación dentro de la estación y su variabilidad en el tiempo.

Durante las últimas investigaciones, Se expusieron placas de fluoruro de litio cristalino a iones de alta energía. La irradiación se realizó en el acelerador HIMAC en la ciudad japonesa de Chiba. Durante el bombardeo con varios haces de iones, las energías de las partículas oscilaron entre 150 megaelectronvoltios por nucleón en el caso de los iones de helio 4He y 500 MeV / nucleón en el caso de los iones de hierro 56Fe. Los detectores también fueron irradiados con iones de carbono 12C, Vigas de neón 20Ne y silicio 28Si.

"En las placas de cristal colocadas perpendicularmente al haz de iones, observamos prácticamente fuentes puntuales de luz de un tamaño en el borde de la resolución óptica de un microscopio. Estos fueron los lugares donde el ion de alta energía atravesó el cristal, "dice el profesor Bilski." Como parte de las pruebas, algunas de las placas también se colocaron paralelas a la viga. La probabilidad de registrar una pista era entonces menor, pero cuando sucedió, un largo fragmento de la pista de la partícula se 'imprimió' en el cristal ".

Las pruebas realizadas confirman que los detectores de huellas de fluoruro de litio son ideales para registrar el paso de iones pesados ​​con altas energías. Además, parece que estas no son las únicas posibilidades de los cristales de LiF. Todos los demás átomos de su interior son litio, que interactúa muy bien con los neutrones. Detectores de fluoruro de litio, especialmente aquellos enriquecidos con el isótopo de litio 6Li, probablemente permitirá un registro muy eficaz de neutrones de baja energía, y hay mucho que indicar que también los de una energía superior. Si los estudios futuros confirman esta suposición, será posible construir dosímetros de neutrones personales. El pequeño tamaño de los cristales de LiF también permitiría aplicaciones técnicas interesantes que son tecnológicamente inaccesibles en la actualidad. Se pueden utilizar detectores de pistas LiF, por ejemplo, estudiar las partículas secundarias que se forman alrededor del haz de protones primario producido por los aceleradores utilizados en medicina para combatir el cáncer.