Optically stimulated luminescence response to ionizing radiation of red bricks (SiO₂, Al₂O₃ and Fe₂O₃) used as building materials

G. Espinosaª, J.I. Golzarriª, P. Santiagoª, and J.S. Bogard^b

ª Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México, Apartado Postal 20–364, 01000, México, D.F. e–mail: espinosa@fisica.unam.mx.

^b Oak Ridge National Laboratory, P.O. Box 2008, Oak Ridge TN 37831–6426, U.S.A.

Recibido el 14 de mayo de 2007
Aceptado el 26 de octubre de 2007

Abstract

Quartz is the most common mineral in our environment. It is found in granite, hydrothermal veins and volcanic rocks, as well as in sedimentary deposits derived from such solid materials. These sediments are also made into building materials, such as bricks and pottery. Thus the potential use of a dose reconstruction technique based on quartz grains is enormous, whether as a dating tool in archaeology and quaternary geology, or in nuclear accident dosimetry. This work describes the Optically Stimulated Luminescence (OSL) response of red brick to ionizing radiation. The bricks, from the state of Puebla, México, represent another class of materials that can be used in retrospective dosimetry following nuclear or radiological incidents. The chemical composition of fifteen bricks (three samples from five different brick factories) was determined, using energy dispersive spectroscopy (EDS), be primarily SiO₂, Al₂O₃ and Fe₂O₃ and is believed to be representative for this common building material. Individual aliquots from these bricks were powdered in agate mortars and thermally annealed. Replicate samples of the aliquots were then irradiated with beta particles from a sealed source of ⁹⁰Sr/⁹⁰Y. The OSL response was measured with a Daybreak Model 2200 High–Capacity OSL Reader System. We present here for this material the characteristic OSL response to beta particles; the reproducibility of the OSL response; the linearity of the response in the dose range 0.47 Gy to 47 Gy; and the fading characteristics.

Keywords: OSL; red brick; building material; retrospective dosimetry.

Resumen

El cuarzo es el mineral más común en nuestro ambiente. Este se encuentra en el granito, estratos hidrotérmicos y rocas volcánicas, así como en depositos sedimentarios derivados de estos materiales sólidos. Los materiales de construcción como tabiques y cerámicas, también contienen estos sedimentos. Así, el uso potencial de la técnica de reconstrucción de dosis usando granos de cuarzo es enorme, ya sea como una herramienta de fecheo en arqueología y geología cuaternaria, o en la dosimetría de accidente nuclear. En este trabajo se describe la respuesta del tabique rojo a la radiacion ionizante, de la Luminiscencia Estimulada Opticamente (OSL). Los tabiques del estado de Puebla, representan otra clase de materiales que se pueden usar en la dosimetría retrospectiva, despues de accidentes nucleares o radiológicos. La composición química de 15 tabiques (3 muestras de 5 diferentes fabricas) fueron determinadas, usando Espectroscopía de Energía Dispersiva (EDS) siendo principalmente SiO₂, Al₂O₃ and Fe₂O₃, y se supone que son representativas de este material comunmente usado en construcción. Alícuotas individuales de estos tabiques fueron pulverizados en un mortero de agata y sometidos a un tratamiento térmico. Replicas de estas muestras fueron irradiadas con partículas beta de una fuente sellada de ⁹⁰Sr/⁹⁰Y. La respuesta OSL fue medida en un sistema de lectura OSL de alta capacidad, Daybreak® modelo 2200. Presentamos aquí la respuesta característica OSL de esta material a partículas beta, la reproducibilidad de la respuesta OSL, la linealidad de la respuesta en el intervalo de 0.47 Gy a 47 Gy, así como las características de apagamiento de la señal OSL.

Descriptores: OSL; tabique rojo; material de construcción; dosimetría retrospectiva.

PACS: 87.58.Sp; 81.05 Je; 83.80.Nb; 87.66.Jj

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Acknowledgments

The authors wish to thank to S.M. Bernal and R.L. Coleman from ORNL, for the preparation and calibration of the OSL system; and C.R. Magaña, A. Sánchez and A. García from IFUNAM, for their technical help. This work was partially supported by Oak Ridge National Laboratory, managed by UT–Battelle Corp. for the U.S. Department of Energy under contract number DE–AC05–00–OR2–2725, and to DGAPA–UNAM project 1N107707.

References

1. M.S. Akselrod and S.W.S. McKeever, Radiat. Prot. Dosim. 81 (1999) 167.        [ Links ]

2. L. Botter–Jensen, S.W.S. McKeever, and A.G. Wintle, Optically Stimulated Luminescence Dosimetry, Elsevier, Amsterdam (2003).        [ Links ]

3. D.J. Huntley, D.L. Godfrey–Smith, and M.L.W. Thewalt, Nature 313 (1985) 105.        [ Links ]

4. S.W.S. McKeever, Nucl. Instr. Methods in Physics Res. B, 184 (2001) 29.        [ Links ]

5. V. Pagonis and H. Carty, Radiat. Prot. Dosim. 109 (2004) 225.        [ Links ]

6. L. Brodski and G. Hutt, Radiat. Prot. Dosim. 59 (1995) 55.        [ Links ]

7. R.V. Griffith, Radiat. Prot. Dosim. 77 (1998) 3.        [ Links ]

8. http://www.mee-inc.com/eds.html        [ Links ]

9. S.M. Bernal, "Dose rate calibration of a commercial beta–particle irradiator used in archeological and geological dating", ORNL/TM–2004/193, Oak Ridge National Laboratory USA. (2004)        [ Links ]

10. S.M. Bernal and J.S. Bogard, "Protocols for thermoluminescence and optically stimulated luminescence research at DOSAR", ORNL/TM–2004/172, Oak Ridge National Laboratory, USA. (2004)        [ Links ]