Cientifica, ISSN 2594-2921, vol. 29, no. 1, January-June 2025.
DOI: 10.46842/ipn.cien.v29n1a10
Preparation pressure effects on proposed thermoluminiscent gamma radiation detectors fabricated from single wall carbon nanotubes (SWCNT)
Análisis de los efectos de la presión de fabricación de pastillas de nanotubos de carbono de pared simple como posible detector termoluminiscente de radiación gamma
Recibido 16-04-2025, aceptado 25-06-2025.
Abstract
Single wall carbon nanotube (SWCNT) pellets have been manufactured at pressures of 1, 2.5 and 5 Tons, and later exposed to gamma photons from a Co60 source to study their thermoluminiscent (TL) properties. SWCNT were synthesized by the electric arc discharge technique and pellets were characterized with Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The effective atomic number (Zeff) of these pellets has a value of 15.08 like the one of human bones. The pellets were exposed to a gamma irradiation dose ranging from 1.0 to 100 [ kGy]. The kinetic parameters, activation energy E, frequency factor s, kinetic order b, are obtained from a structure of glow curve using deconvolution and heuristic equations (Chen, Lushchik, Balarin, etc.) give us information of the mechanisms responsible of the TL signal in SWCNT-pellets, which is due to recombination of electron–hole pairs. The main glow peak is observed at 452, 465 and 477 K, in samples A, B and C, respectively. As preparation pressure pellets increases, activation energy decreases for all traps in the samples, indicating the creation of defects in the SWCNT structure. Three stages are displayed in the TL dose-response for all samples, and linearity was maintained up to 2.5 kGy. Thermoluminescence, X-RD, scanning electron microscopy and Raman scattering, analyses show that pellet A is a promising high radiation detector.
Resumen
Pastillas de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) se fabricaron a las presiones de 1, 2.5 y 5 toneladas, posteriormente se irradiaron con fotones gamma de una fuente de Co60 con el objetivo de estudiar sus propiedades termoluminiscentes (TL). Los nanotubos de pared simple se sintetizaron mediante la técnica de descarga de arco eléctrico y se caracterizaron con espectroscopia Raman, difracción de rayos X (D R-X) y microscopía electrónica de barrido (SEM). El número atómico efectivo (Zeff) de los nanotubos tiene un valor de 15.08 similar al de los huesos humanos. Las pastillas se expusieron a una dosis de irradiación gamma que variaba de 1.0 a 100[kGy]. Los parámetros cinéticos, energía de activación E, factor de frecuencia s, orden cinético b, se obtienen a partir de la estructura de la curva de brillo usando deconvolución y ecuaciones heurísticas (Chen, Lushchik, Balarin, etc.) que brindan información de los mecanismos responsables de la señal TL en las pastillas de SWCNT la recombinación de pares electrón-hueco. El pico de brillo principal está localizado a 452, 465 y 477 K, en las muestras A, B y C, respectivamente. Conforme aumenta la presión de fabricación, la energía de activación disminuye para todas las trampas en las muestras, lo que indica la creación de defectos en la estructura de los nanotubos de carbón de pared simple. Se muestran tres etapas en la respuesta TL-dosis para todas las muestras, y la linealidad se mantuvo hasta 2.5 kGy. Los análisis con termoluminiscencia, difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y dispersión Raman muestran que la pastilla A es un detector de radiación gamma, prometedor en el intervalo de dosis analizado.
Index terms: single wall carbon nanotube pellets, thermoluminescence, scanning electron microscopy, pellet preparation pressure, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, radiation gamma detector.
Palabras clave: nanotubos de pared simple, termoluminiscencia, microscopía electrónica de barrido, presión de preparación de pastillas, difracción de rayos X, espectroscopia Raman, detector de radiación gamma.
ISO 690 reference:
Ortiz Morales, Alejandro;
Ortiz López, Jaime;
Leal Acevedo, Benjamín;
Aldape Pérez, Mario;
Gómez Aguilar, Ramón,
2025,
Preparation pressure effects on proposed thermoluminiscent gamma
radiation detectors fabricated from single wall carbon nanotubes (SWCNT),
Científica, vol. 29, no. 1,
ISSN 2594-2921, e290110,
DOI: 10.46842/ipn.cien.v29n1a10
