Dissertação de Mestrado

O quartzo, SiO, é o mineral mais abundante na crosta terrestre. Pelas suas propriedades físicas, o quartzo natural tem inúmeras aplicações em diversos campos, desde pesquisas em datação e dosimetria, até áreas comerciais como gemologia. Neste trabalho foi pesquisada a origem da cor fumê que o quartzo adquire quando ele é irradiado com doses de radiação ionizante extremamente altas. Para isso várias técnicas experimentais foram empregadas a fim de detectar sinais de quartzo exposto a doses crescentes e submetido a tratamentos térmicos. Através da ressonância paramagnética eletrônica foram detectados no quartzo irradiado cinco centros paramagnéticos: [AlO], [TiO/Li]A, [GeO/Na]A, [GeO/Li]C e E'. A absorção óptica revelou um espectro complexo com superposição de bandas. Com a técnica de termoluminescência foram detectados picos em temperaturas ao redor de 130, 180, 260 e 320°C, com emissão máxima em 470nm no caso dos dois primeiros picos e em 450nm no caso dos dois últimos picos. Através de correlações entre os resultados obtidos com essas técnicas foi possível concluir que a cor fumê do quartzo está fortemente relacionada com o centro [AlO]. Além disso, foi verificada uma ótima correlação entre o decaimento térmico dos centros [AlO] e [TiO/Li]A, sugerindo que em temperaturas em torno de 200°C o Li se separa do Ti e volta a recombinar com o centro de alumínio, o que causa a destruição da cor fumê em nossa amostra irradiada. Esse processo não se correlaciona com nenhum mecanismo de termoluminescência. Os dois picos termoluminescentes de temperatura mais baixa não estão relacionados com nenhum dos centros paramagnéticos encontrados. O pico termoluminescente a 260°C apresenta uma boa correlação com o centro paramagnético [GeO/Na]A e o pico a 320°C com os centros paramagnéticos [GeO/Na]C e E'. Esses resultados sugerem fortemente que o processo de emissão termoluminescente em 450nm está relacionado com o germânio.

Quartz, SiO, is the most abundant mineral in the crust of the Earth. Natural quartz, due to its physical properties, has several applications in many fields, from research in dating and in radiation dosimetry to commercial areas as gemology. In this work, the origin of smoky colour acquired by quartz exposed to extremely high doses of ionizing radiation is studied. Several experimental techniques were employed in order to detect signals from irradiated quartz submitted to increasing doses and to thermal treatments. Through electron paramagnetic resonance technique five paramagnetic centers were detected in irradiated quartz: [AlO], [TiO/Li]A, [GeO/Na]A, [GeO/Li]C and E'. The optical absorption revealed a complex spectrum with superposition of bands. With the technique of thermoluminescence, four peaks at around 130, 180, 260 and 320°C with maximum emission at 470nm in the case of the two first peaks and at 450nm in the case of the two last peaks were detected. Through correlations among the obtained results with these techniques, it was possible to conclude that the smoky colour of quartz is strongly related to the center [AlO]. Besides, it was verified an excellent correlation between the thermal decay of [AlO] and [TiO/Li]A, suggesting that at temperature around 200°C the Li leaves the Ti and recombine with the aluminium centre destroying the smoky colour of irradiated quartz. This process does not correlate to any of the thermoluminescence peaks. The two thermoluminescence peaks at lower temperatures are not related to any paramagnetic centre. Thermoluminescent peak at around 260°C presents good correlation with the paramagnetic centre [GeO/Na]A and the peak at 320°C with the paramagnetic centres [GeO/Na]C and E'. These results strongly suggest that thermoluminescent emission at 450nm is related with germanium.