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May 05, 2023

Otimizando a proteção contra radiação gama com cobalto

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8936 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Nanocompósitos de titânia dopados com cobalto foram fabricados para serem utilizados para fins de proteção contra radiação. A composição química dos compósitos foi medida usando o espectrômetro de energia dispersiva de raios-X. Além disso, a estrutura dos compósitos foi avaliada usando o difratômetro de raios X, e a morfologia dos compósitos fabricados foi apresentada usando o microscópio eletrônico de varredura. Além disso, as propriedades de blindagem de raios γ foram estimadas usando a simulação de Monte Carlo entre 0,059 e 2,506 MeV. O coeficiente de atenuação linear dos compósitos fabricados diminuiu por fatores de 93% para todas as amostras, elevando a energia γ incidente entre 0,059 e 2,506 MeV. Além disso, a substituição parcial do Ti4+ por Co3+ aumentou ligeiramente o coeficiente de atenuação linear de 0,607 para 0,630 cm−1 quando o Co3+ aumentou de 0 para 3,7% em peso. A melhoria no coeficiente de atenuação linear causa uma melhoria em outras propriedades de proteção contra radiação.

As radiações ionizantes de alta energia, como os raios X, são usadas em aplicações como a terapia de radiação para eliminar células cancerígenas e para geração de imagens do corpo. Essa forma de radiação eletromagnética também é utilizada na área de produção de energia, agricultura e muitas outras, com novos usos para essa tecnologia criados a cada ano1,2,3. Como a radiação ionizante tem uma energia tão alta, esses fótons também podem induzir efeitos colaterais negativos no corpo humano, como envenenamento agudo por radiação, câncer e morte. Uma técnica comum para reduzir esses efeitos é usar um escudo de radiação que absorve os fótons recebidos e reduz a quantidade de radiação a um nível seguro4,5,6. Os nanomateriais superam os escudos de radiação convencionais devido ao seu pequeno tamanho de partícula, o que resulta em uma dispersão mais uniforme dos óxidos de metais pesados ​​(HMOs) de enchimento que são introduzidos no escudo. Maior dispersão significa que a radiação recebida tem maior probabilidade de ser absorvida ou desviada pelos átomos dentro do material, levando a uma maior atenuação. As nanopartículas estão se tornando amplamente utilizadas na construção de materiais de construção de cimento, como pasta de cimento, argamassas e concretos, que melhoram as propriedades dos materiais quando introduzidos com nano HMOs7,8,9,10,11,12.

As nanoestruturas de óxido de titânio são frequentemente usadas como agente antimicrobiano para a indústria de embalagens de alimentos ou como fotocatalisadores para a degradação de compostos orgânicos porque essas nanoestruturas são simples de processar, têm baixo custo e sua capacidade de induzir essas reações pode ser facilmente ajustada sem sacrificar a estabilidade térmica ou química do material. O Nano-TiO2 é quimicamente estável, o que permite que seja usado em materiais cimentícios como carga para melhorar as características químicas do material. O Ti também tem uma seção transversal total de reação de nêutrons maior do que Ca e Si na maioria das regiões de energia, que são usadas para fazer cimento convencional. Essa característica faz com que a pasta de cimento contendo nano-TiO2 tenha uma melhor capacidade de blindagem de nêutrons do que a pasta de cimento simples13,14,15,16,17.

Além disso, o próprio TiO2 tem baixo custo, pode ser encontrado em abundância, não é tóxico e é quimicamente inerte. Tem sido amplamente utilizado na indústria de revestimentos, na purificação de águas residuais e em dispositivos de armazenamento de energia. TiO2 como um típico semicondutor do tipo n tem uma concentração de portadores de apenas 1017-1018 cm-3 e tem um alto índice de refração em comprimentos de onda visíveis. O TiO2 puro tem três polimorfos diferentes, cada um com sua energia de bandgap. Mais especificamente, são rutilo (para 3,0 eV), anatase (para 3,2 eV) e brookita (para ~ 3,2 eV). O bandgap do TiO2 pode ser ajustado dopando-o com vários íons ou defeitos, o que ativa o composto de TiO2 no espectro de luz visível; O TiO2 puro é ativo na região do ultravioleta. Ao introduzir óxidos de metais de transição e compostos de metais nobres no TiO2, são criados fotocatalisadores de TiO2 de luz visível, que podem ser usados ​​para remover poluentes da água. Os óxidos de cobalto são um desses dopantes que vêm chamando a atenção pela sua velocidade divina na redução fotocatalítica do dióxido de carbono (CO2) em luz visível e ultravilot e células solares sensibilizadas por corantes para produção de energia18,19.