Scintillators are materials that convert a single photon of high-energy ionizing radiation, like X-rays, γ-rays, neutrons, α and β particles, into UV-visible photons. Scintillation detectors, which usually consist of a scintillator and photodetector, have played an important role in radiation detection applications, such as in industrial and medical imaging, homeland security and high energy physics experiments. In order to be used as a scintillator, a material must contain luminescent centers which are either extrinsic, when doped with active ions such as the trivalent rare-earth ions, or intrinsic, when the emission originates from molecular centers or lattice defects. Typically, scintillators are inorganic single-crystals due to their high density and excellent emission efficiency. However, the synthesis of these materials, in limited sizes and shapes is extremely costly and time-consuming, hindering industrial production in large market scale. Alternatively, lower-cost materials which offer larger possibilities of shaping, such as glasses, have been investigated this application. Glass is an extremely versatile material that in general provides cost-effective, large-scale production, being easily processed into complex geometries, including special optical fibers. This doctorate project was focused on the development of glasses in the compositional system NaPO₃-Ga₂O₃-Na₂WO₄ and their detailed characterization from the thermal, structural, spectroscopic and optical viewpoints, in view of their promising application as scintillators. The glasses were obtained with excellent optical quality, very good chemical and thermal stability, and they were characterized by Differential Scanning Calorimetry (DSC), volumetric density measurements, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Fourier Transform Infrared (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-vis absorption, photoluminescence (emission and excitation) and radioluminescence. The robustness of the materials associated to its optimum spectroscopic, optical and radioluminescent response indicate that they are promising materials for scintillating devices, worth of further investigation and developments.

Cintiladores são materiais que convertem um único fóton de radiação ionizante de alta energia, como raios-X, raios γ nêutrons, partículas α e β, em fótons UV-visíveis. Os detectores de cintilação, que geralmente consistem em um cintilador e um fotodetector, têm desempenhado um papel importante em aplicações de detecção de radiação, como em imagens industriais e médicas, segurança interna e experimentos de física de alta energia. Para ser usado como cintilador, um material deve conter centros luminescentes que são extrínsecos, quando dopados com íons ativos, como os íons trivalentes de terras raras, ou intrínsecos, quando a emissão se origina de centros moleculares ou defeitos de rede. Normalmente, os cintiladores são monocristais inorgânicos devido à sua alta densidade e excelente eficiência de emissão. No entanto, a síntese desses materiais, em tamanhos e formatos limitados, é extremamente custosa e demorada, dificultando a produção industrial em larga escala de mercado. Alternativamente, materiais de baixo custo que oferecem maiores possibilidades de moldagem, como vidros, têm sido investigados nesta aplicação. O vidro é um material extremamente versátil que, em geral, proporciona uma produção econômica e em larga escala, sendo facilmente processado em geometrias complexas, incluindo fibras ópticas especiais. Este projeto de doutorado teve como foco o desenvolvimento de vidros no sistema composicional NaPO₃-Ga₂O₃-Na₂WO₄ e sua caracterização detalhada do ponto de vista térmico, estrutural, espectroscópico e óptico, tendo em vista sua promissora aplicação como cintiladores. Os vidros foram obtidos com excelente qualidade óptica, muito boa estabilidade química e térmica, e foram caracterizados por Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC), medidas de densidade volumétrica, difração de raios X, espectroscopia Raman, Ressonância Magnética Nuclear (RMN), Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS), absorção UV-Vis, fotoluminescência (emissão e excitação) e radioluminescência. A robustez dos materiais associada à sua ótima resposta espectroscópica, óptica e radioluminescente indicam que são materiais promissores para dispositivos cintilantes, merecendo mais investigações e desenvolvimentos.