Cintilação (física) - Scintillation (physics)
A cintilação é um flash de luz produzido em um material transparente pela passagem de uma partícula (um elétron , uma partícula alfa , um íon ou um fóton de alta energia ). Veja cintilador e contador de cintilação para aplicações práticas.
visão global
O processo de cintilação é o da luminescência em que a luz de um espectro característico é emitida após a absorção da radiação . A radiação emitida é geralmente menos energética do que a absorvida. A cintilação é uma propriedade molecular inerente às moléculas orgânicas conjugadas e aromáticas e surge de suas estruturas eletrônicas. A cintilação também ocorre em muitos materiais inorgânicos, incluindo sais, gases e líquidos.
Cintilação de cristais inorgânicos
Para fótons como os raios gama, cristais de NaI ativados por tálio (NaI (Tl)) são freqüentemente usados. Para uma resposta mais rápida (mas apenas 5% da saída) , podem ser usados cristais CsF .
Cintilação de cintiladores orgânicos
Em moléculas orgânicas, a cintilação é um produto dos orbitais π . Os materiais orgânicos formam cristais moleculares onde as moléculas são fracamente ligadas pelas forças de Van der Waals . O estado fundamental de 12 C é 1s 2 2s 2 2p 2 . Na teoria das ligações de valência, quando o carbono forma compostos, um dos elétrons 2s é excitado no estado 2p, resultando em uma configuração de 1s 2 2s 1 2p 3 . Para descrever as diferentes valências do carbono, os quatro orbitais de elétrons de valência, um 2s e três 2p, são considerados mistos ou hibridizados em várias configurações alternativas. Por exemplo, em uma configuração tetraédrica, os orbitais s e p 3 se combinam para produzir quatro orbitais híbridos. Em outra configuração, conhecida como configuração trigonal, um dos orbitais p (digamos p z ) permanece inalterado e três orbitais híbridos são produzidos pela mistura dos orbitais s, p x e p y . Os orbitais simétricos em relação aos eixos de ligação e ao plano da molécula (sp 2 ) são conhecidos como elétrons-σ e as ligações são chamadas de ligações σ. O orbital p z é chamado de orbital π. Uma ligação π ocorre quando dois orbitais π interagem. Isso ocorre quando seus planos nodais são coplanares.
Em certas moléculas orgânicas, os orbitais π interagem para produzir um plano nodal comum. Estes formam elétrons π deslocalizados que podem ser excitados por radiação. A desexcitação dos elétrons π deslocalizados resulta em luminescência.
Os estados excitados dos sistemas de elétrons π podem ser explicados pelo modelo de elétrons livres de perímetro (Platt 1949). Este modelo é usado para descrever hidrocarbonetos policíclicos que consistem em sistemas condensados de anéis benzenoides nos quais nenhum átomo C pertence a mais de dois anéis e cada átomo C está na periferia.
O anel pode ser aproximado como um círculo com circunferência l. A função de onda do orbital de elétrons deve satisfazer a condição de um rotador plano:
As soluções correspondentes para a equação de onda de Schrödinger são:
onde q é o número quântico do anel orbital; o número de nós da função de onda. Como o elétron pode girar para cima e para baixo e pode girar em torno do círculo em ambas as direções, todos os níveis de energia, exceto o mais baixo, são duplamente degenerados.
A figura acima mostra os níveis de energia π-eletrônicos de uma molécula orgânica. A absorção de radiação é seguida por vibração molecular para o estado S 1 . Isto é seguido por uma desexcitação para o estado S 0 denominado fluorescência. A população de estados de trigêmeos também é possível por outros meios. Os estados triplos decaem com um tempo de decaimento muito mais longo do que os estados singletes, o que resulta no que é chamado de componente lento do processo de decaimento (o processo de fluorescência é chamado de componente rápido). Dependendo da perda de energia particular de uma determinada partícula (dE / dx), os estados "rápido" e "lento" são ocupados em proporções diferentes. As intensidades relativas na saída de luz desses estados, portanto, diferem para diferentes dE / dx. Esta propriedade dos cintiladores permite a discriminação da forma do pulso: é possível identificar qual partícula foi detectada observando a forma do pulso. Claro, a diferença na forma é visível no lado posterior do pulso, uma vez que é devido à decadência dos estados excitados.