Estudio del efecto de la formación de beta-TCP por descomposición térmica de la HA sintética en la respuesta termoluminiscente para posible uso en dosimetría

Abstract

This work involves synthesis, characterization and luminescent properties obtention of some phases of calcium phosphates powders (HA, -TCP). The synthesis was carried out by chemical precipitation process. In the case of HA precipitation, a temperature of 80 °C was used, at pH 10 and with a 1.67 Ca/P ratio. On the other hand, with the purpose of evaluate the thermoluminescence of HA during thermal decomposition, and for calcium phosphates synthetized at different conditions. Precipitation was done at less temperature than before (35°C) with 1.5 Ca/P molar ratio and pH variation in a range from 7 to 10. Finally, the powders were calcined until 1300°C in different stages, then, powders were analyzed by thermoluminescence technique. By means of that, the sample synthetized at pH 7 with 1.5 Ca/P ratio and calcined at 1100°C was chosen as the best sample response. X ray results shows than at least 90% of sample composition correspond to β-TCP. By the cathodoluminescence determination of electronic traps or defects associated to TL response in β-TCP sample was done. The characterized defects are some kind as: (i) hydroxyl groups (OH-), that usually appear during the manufacture of the materials synthesized by wet chemical via, since they are exposed to hydrolysis processes which play a crucial role for the Ca-Phospathes fabrication; the OH- groups are incorporated into the structure. (ii) non-bridging oxygen hole centers (NBOHC) caused for a hold stress in metal-oxygen bridges (M-O), (iii) O* substituting Ca2+ and (iv) peroxy groups (O2-) produced by an excess of oxygen in material due to loss of zeolitic water molecules. The doses dependence in β-TCP, showed that it is a viable material to be used as retrospective material dosimetry, based on its linear behavior when is irradiated in the doses range of 1 to 8 Gy.

En este trabajo se presenta la síntesis, caracterización estructural y luminiscentes de polvos de fosfato de calcio. La síntesis se llevó a cabo por el proceso de precipitación química. Para la obtención de fosfatos de calcio con la fase de hidroxiapatita cristalina se utilizó una temperatura de síntesis de 80°C, a un pH de 10 y una relación de Ca/P de 1.67 (método 1). Por otra parte, se realizó una modificación utilizando una temperatura menor (35°C) con una relación de Ca/P de 1.5, y una variación de pH desde 7 hasta 10 (método 2). Finalmente, los polvos fueron calcinados y analizados para determinar la intensidad integrada de la respuesta termoluminiscente. La muestra con una mayor respuesta TL fue la sintetizada a pH7 con una relación molar Ca/P de 1.5 y calcinada a 1100°C. Los resultados difracción de rayos-X indican que al menos el 90% del material corresponde a la fase β-TCP. Los defectos electrónicos asociados a la respuesta TL, están asociados a: (i) grupos hidroxilo (OH-), (ii) los centros huecos de oxígenos no ligados (NBOHC) causados por tensiones en los enlaces oxígeno-metal (M-O), (iii) Ca2+ sustituidos por O* y (iv) grupos peróxido (O2-) producidos por un exceso de oxígenos en el material debido a la pérdida de moléculas y que son el resultado de la compensación de carga en la red por el remplazo de 2OH-→O2- liberando una molécula de agua para permitir el ordenamiento de los iones O2-. El proceso de calcinación promueve la creación de iones CO32- que interactúan en la red, permitiendo una sustitución de PO43- y los iones OH- provocando la generación de vacancias de Ca+2 (VCa) y OH- (VOH), respectivamente. La dependencia de la dosis del material β-TCP indica la viabilidad del material para su uso en dosimetría retrospectiva, cumpliendo con el requisito de linealidad en el rango de dosis de 1 a 8 Gy.