En fósforos y centelleadores , el activador es el elemento añadido como dopante al cristal del material para crear el tipo deseado de no homogeneidades.
En luminiscencia , solo una pequeña fracción de átomos, llamados centros de emisión o centros de luminiscencia , emiten luz. En los fósforos inorgánicos, estas inhomogeneidades en la estructura cristalina se crean generalmente mediante la adición de una pequeña cantidad de dopantes , impurezas llamadas activadores . (En casos raros, las dislocaciones u otros defectos cristalinos pueden desempeñar el papel de la impureza). La longitud de onda emitida por el centro de emisión depende del átomo mismo, su configuración electrónica y la estructura cristalina circundante.
Los activadores prolongan el tiempo de emisión (resplandor). A su vez, se pueden usar otros materiales (como el níquel ) para apagar el resplandor y acortar la parte de desintegración de las características de emisión de fósforo.
La configuración electrónica del activador depende de su estado de oxidación y es crucial para la emisión de luz. La oxidación del activador es uno de los mecanismos comunes de degradación del fósforo. La distribución del activador en el cristal también es de gran importancia. La difusión de los iones puede provocar el agotamiento del cristal de los activadores con la consiguiente pérdida de eficiencia. Este es otro mecanismo de degradación del fósforo.
El proceso de centelleo en materiales inorgánicos se debe a la estructura de banda electrónica que se encuentra en los cristales . Una partícula entrante puede excitar un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción o la banda de excitones (ubicada justo debajo de la banda de conducción y separada de la banda de valencia por un espacio de energía ). Esto deja un agujero asociado detrás, en la banda de valencia. Las impurezas crean niveles electrónicos en el espacio prohibido . Los excitones son pares de agujeros de electrones débilmente unidos que deambulan a través de la red cristalina hasta que son capturados en su totalidad por los centros de impurezas. Este último luego se desexcita rápidamente emitiendo luz de centelleo (componente rápido). En el caso de los centelleadores inorgánicos , las impurezas del activador se eligen típicamente de modo que la luz emitida esté en el rango visible o cerca de los rayos UV donde los fotomultiplicadores son eficaces. Los huecos asociados con los electrones en la banda de conducción son independientes de esta última. Estos huecos y electrones son capturados sucesivamente por centros de impurezas que excitan ciertos estados metaestables no accesibles a los excitones. La desexcitación retardada de esos estados de impureza metaestable, ralentizada por la dependencia del mecanismo prohibido de baja probabilidad , da como resultado de nuevo una emisión de luz (componente lento).
El activador es el factor principal que determina la longitud de onda de emisión de fósforo. Sin embargo, la naturaleza del cristal anfitrión también puede influir hasta cierto punto en la longitud de onda.
Se pueden usar más activadores simultáneamente.
Ejemplos comunes de activadores son:
- Cobre , agregado en una concentración de 5 ppm al sulfuro de zinc activado por cobre , usado en materiales que brillan en la oscuridad y fósforos verdes CRT ; largo resplandor
- Plata , añadida al sulfuro de zinc para producir un fósforo / centelleador que se utiliza en diales de radio , espirariscopios y como fósforo azul común en los TRC de color, y al sulfuro de zinc- sulfuro de cadmio utilizado como fósforo en los TRC en blanco y negro (donde el La relación ZnS / (Zn, Cd) S determina el equilibrio azul / amarillo del blanco resultante); resplandor corto
- Europio (II), agregado al aluminato de estroncio , utilizado en materiales de alto rendimiento que brillan en la oscuridad, resplandor muy largo; con otros materiales hospedantes, se utiliza con frecuencia como emisor rojo en CRT de color y luces fluorescentes .
- Cerio , agregado al granate de itrio aluminio utilizado en diodos emisores de luz blanca , excitado por luz azul y emitiendo amarillo
- Talio , utilizado en cristales de centelleo de yoduro de sodio y yoduro de cesio para la detección de radiación gamma y para espectroscopia gamma
Un activador recientemente descubierto es el samario (II), agregado al fluoruro de calcio. Sm (II) es uno de los pocos materiales reportados que ofrece un centelleo eficiente en la región roja del espectro, particularmente cuando se enfría con hielo seco. [1]
Referencias
- ^ Dixie, Laura Catherine; Edgar, Andrew; Bartle, Colin Murray (2014). "Fluoruro de calcio dopado con samario: un centelleador rojo y fósforo de rayos X". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación de la física Sección A: Aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 753 : 131-137. doi : 10.1016 / j.nima.2014.03.038 .