Termoluminiscencia de ultradiluciones de cloruro de litio y cloruro de sodio

1. Introducción

   La luminiscencia estimulada térmicamente, que se denomina muy a menudo termoluminiscencia, es un fenómeno bien conocido entre los procesos de estimulación térmica ( la estimulación térmica genera una mayor emisión de electrones, medido por el análisis térmico y por la calorimetría de exploración, etc). Su aspecto teórico y sus aplicaciones se han desarrollado mucho, entre otros por MacKeever (1), Chen (2) y Visocekas (3), demostrando ser una herramienta muy interesante para estudiar la estructura de los sólidos, principalmente de la formación de los cristales. El material de estudio se activa a baja temperatura, generalmente por energía radiante (rayos UV, rayos X, rayos gamma, haces de electrones, neutrones, y otras partículas) que crea pares de electrones que quedan atrapados en diferentes niveles de energía. Entonces, a medida que se calienta el material irradiado, se produce la disipación de la energía acumulada, de modo que los electrones que estaban atrapados se mueven y se recombinan. Se produce un brillo característico de alta frecuencia, que depende de la profundidad de la trampa inicial. Generalmente se observa este fenómeno en los cristales ordenados, aunque también puede ser observado en materiales con menos orden, por ejemplo en el vidrio (2). En este mecanismo, las imperfecciones de la estructura juega un papel muy importante, pues son los lugares donde se observa la luminiscencia. Por lo tanto, la termoluminiscencia es un buen método para estudiar las imperfecciones y para entender como aparecen en el cristal. Esto es lo que hemos encontrado en nuestras investigaciones desde el comienzo, cuando los líquidos eran convertidos en sólidos estables mediante enfriamiento. Trabajando fundamentalmente con agua, principalmente óxido de deuterio, hemos demostrado que la luminiscencia en los cristales exagonales del hielo presentaba dos picos importantes.

– Un pico en la zona 1, cerca de 120 K y un pico cerca de 2, de 166 K (fig.1) con un espectro bien definido (fig.2), el D2O (deuterio) da una señal más alta que la de H2O. Por lo tanto el óxido de deuterio y el agua

En ambos casos, las muestras no irradiadas no dieron señales de ningún tipo. Por lo tanto el deuterio y el agua mostraron por igual que la intensidad relativa de la emisión de luz era una termoluminiscencia que dependía de la dosis de irradiación y que, al menos en el pico 2, mostraba un máximo entre y 10 kGy (fig.3)

En cuanto a la hipótesis sobre la naturaleza de la emisión en sí, Teixeira ha sugerido (6) que el pico 2 podría estar en relación con la estructura del enlace de hidrógeno en el hielo que, a su vez, podría proceder de la estructura original del líquido, mientras que el pico 1 parece estar estrechamente relacionado con la molécula. En realidad, en una sustancia muy diferente como la formamida, que también presenta enlaces fuertes de hidrógeno, en los experimentos se muestra también un brillo similar al observado en el pico 2 (fig.4), lo que refuerza nuestro punto de vista sobre la participación de los enlaces de hidrógeno en este mecanismo.

Para desarrollar esta idea con más profundidad, se ha seleccionado el efecto de la termoluminiscencia en el cloruro de litio irradiado con óxido de deuterio, ya que esta sustancia en particular es conocida por romper los enlaces de hidrógeno. El resultado, de hecho, es espectacular y, a la relativamente baja concentración de 0:1 M el Pico 2 desaparece casi totalmente(Fig. 5), mientras que emisión que produce en el pico 1 queda prácticamente sin cambios.

En este momento, sería interesante poder impugnar la teoría según la cual hay estructuras preexistentes en el líquido original, desarrolladas en torno a los productos químicos añadidos y que podrían mantenerse después de un gran cantidad de diluciones sucesivas cuando se hace bajo una fuerte agitación mecánica.
Para ello preparáramos, por cortesía de los laboratorios BOIRON, disoluciones ultradiluidas de cloruro de litio y cloruro de sodio mediante diluciones sucesivas en centésimas, todo ello realizado mediante una agitación mecánica vigorosa (inicialmente 1 g. en 100 cm3, a continuación un cm3 de esta dilución en 99 cm3 de óxido de deuterio… y así sucesivamente), hasta llegar, teóricamente, en la dilución 15 a una concentración de 10^-30 g por cm3. Una muestra de referencia de óxido de deuterio se preparó también de acuerdo con esta técnica, manteniendo una vigorosa agitación.

Procedimos, por tanto, a la activación de estos materiales por irradiación según el protocolo experimental.

2. La experiencia

Después de la irradiación las muestran ya se han activado y se trasladan a un contenedor de nitrógeno líquido y mantenidas allí durante una semana, para igualar cualquier pequeña diferencia que pudiera existir entre ellas.

Por último, todas las muestras se colocan en el equipo de termoluminiscencia y sus resplandores respectivos son grabados con un fotomultiplicador y una cámara CCD conectada a un espectógrafo a medida que se produce el calentamiento (3ºC por minuto) entre 77 y 213 K, como ya se hizo en otras pruebas experimentales anteriormente publicadas.

3. Resultados

Para sorpresa nuestra, los resultados experimentales presentan, sin ningún tipo de ambigüedad, que para una dosis de rayos X de 0:4 kGy la termoluminiscencia de las tres muestras fue sustancialmente diferente (fig.6). En la reproducción posterior de estos experimentos se obtenidos idénticos resultados.

Si comparamos las curvas obtenidas en las tres muestras de la luz emitida, y tomando como referencia el pico 1, obtenemos para el pico 2 distintas curvas, que se pueden observar en la figura 7, mostrándose con toda claridad que la adición inicial de un soluto (ClNa u ClLi) en óxido de deuterio, deja una huella permanente, incluso aunque se realicen multitud de diluciones con fuerte agitación, donde todo rastro de soluto ha desaparecido.

http://www.vhan.nl/documents/Rey.thermoluminescence.pdf