Cristalli di fluoruro di litio sono stati recentemente utilizzati per registrare le tracce delle particelle nucleari. I fisici dell'Istituto di fisica nucleare dell'Accademia polacca delle scienze di Cracovia hanno appena dimostrato che questi cristalli sono ideali anche per rilevare tracce di ioni ad alta energia di elementi anche pesanti come il ferro.

Quando una particella nucleare entra in un cristallo, interagisce con gli atomi o le molecole nella sua rete cristallina. In alcuni cristalli e nelle condizioni appropriate, il difetto risultante può essere una fonte di luce debole - luminescenza. Presso l'Istituto di Fisica Nucleare dell'Accademia Polacca delle Scienze (IFJ PAN) di Cracovia sono state condotte ricerche su materiali che mostrano questo tipo di proprietà da molti anni. Uno di questi è il fluoruro di litio LiF. I suoi cristalli sono stati recentemente utilizzati per rilevare particelle a bassa energia come le particelle alfa (nuclei di elio). Nella loro ultima pubblicazione in Diario della luminescenza , i fisici di Cracovia mostrano che il campo di applicazione del fluoruro di litio si estende anche al rilevamento di particelle con energie significative e include persino ioni di elementi pesanti come il ferro 56Fe, completamente spogliato di elettroni.

"I rilevatori di tracce al fluoruro di litio sono semplicemente cristalli. A differenza dei dispositivi di rilevamento che monitorano tracce di particelle quasi in tempo reale, sono rilevatori passivi. In altre parole, funzionano come una pellicola fotografica. Una volta che i cristalli sono esposti alle radiazioni, dobbiamo usare un microscopio a fluorescenza per scoprire quali tracce abbiamo registrato, " afferma il Prof. Pawel Bilski (IFJ PAN).

I rivelatori di tracce nucleari fluorescenti sono noti da circa un decennio. Finora, sono stati realizzati solo da Al . opportunamente drogato ₂ oh ₃ cristalli di ossido di alluminio in cui, sotto l'influenza delle radiazioni, vengono creati centri di colore permanenti. Tali centri, quando eccitato dalla luce di una lunghezza d'onda appropriata, emettono fotoni (con energie inferiori) che permettono di vedere la traccia di una particella al microscopio. Nel caso del fluoruro di litio, l'eccitazione avviene con luce blu e l'emissione di fotoni avviene nel campo del rosso.

"I rivelatori con ossido di alluminio drogato richiedono un costoso microscopio confocale con raggio laser e scansione. Le tracce nei cristalli di fluoruro di litio possono essere viste con un metodo molto più economico, microscopio fluorescente standard, " dice il Prof. Bilski e sottolinea:"Tracce registrate nei cristalli riproducono molto accuratamente il percorso di una particella. Altri rilevatori, come la famosa camera Wilson, di solito allargare la carreggiata. Nel caso dei cristalli LiF, la risoluzione è limitata solo dal limite di diffrazione."

Mentre l'impossibilità di osservare tracce di particelle quasi in tempo reale è difficile da definire un vantaggio, non deve essere sempre uno svantaggio. Per esempio, nella dosimetria personale, sono necessari rilevatori per determinare la dose di radiazioni a cui l'utente è stato esposto. Questi dispositivi devono essere piccoli e facili da usare. Le lastre al fluoruro di litio cristallino di dimensioni millimetriche soddisfano perfettamente questo requisito. Questo è uno dei motivi per cui questi cristalli, coltivato con il metodo Czochralski nell'IFJ PAN, si trova ora nel modulo europeo Columbus della Stazione Spaziale Internazionale, tra molti altri tipi di rilevatori passivi. Sostituito ogni sei mesi nell'ambito dell'esperimento DOSIS 3-D, i rivelatori consentono di determinare la distribuzione spaziale della dose di radiazione all'interno della stazione e la sua variabilità nel tempo.

Durante le ultime ricerche, piastre di fluoruro di litio cristallino sono state esposte a ioni ad alta energia. L'irradiazione è stata effettuata nell'acceleratore HIMAC nella città giapponese di Chiba. Durante il bombardamento con vari fasci ionici, le energie delle particelle variavano da 150 megaelettronvolt per nucleone nel caso di ioni di elio 4He a 500 MeV/nucleone nel caso di ioni di ferro 56Fe. I rivelatori sono stati anche irradiati con ioni carbonio 12C, Fasci al neon 20Ne e silicio 28Si.

"Nelle lastre di cristallo poste perpendicolarmente al fascio ionico, abbiamo osservato praticamente sorgenti luminose puntiformi di dimensioni al limite della risoluzione ottica di un microscopio. Questi erano i luoghi in cui lo ione ad alta energia perforava il cristallo, " dice il Prof. Bilski. "Come parte dei test, alcune delle piastre sono state anche poste parallelamente alla trave. La probabilità di registrare una traccia era quindi inferiore, ma quando è successo, un lungo frammento della traccia della particella è stato "impresso" nel cristallo."

I test effettuati confermano che i rilevatori di tracce al fluoruro di litio sono ideali per registrare il passaggio di ioni pesanti con energie elevate. Inoltre, sembra che queste non siano le uniche possibilità dei cristalli LiF. Ogni altro atomo al loro interno è litio, che interagisce molto bene con i neutroni. Rivelatori di fluoruro di litio, soprattutto quelli arricchiti con l'isotopo di litio 6Li, probabilmente consentirà una registrazione molto efficace dei neutroni a bassa energia, e c'è molto da indicare che anche quelli di un'energia superiore. Se studi futuri confermano questa ipotesi, sarà possibile costruire dosimetri personali di neutroni. Le piccole dimensioni dei cristalli LiF permetterebbero anche interessanti applicazioni tecniche oggi tecnologicamente inaccessibili. Potrebbero essere utilizzati rilevatori di tracce LiF, Per esempio, studiare le particelle secondarie formate attorno al fascio di protoni primario prodotto dagli acceleratori utilizzati in medicina per combattere il cancro.