Gli scintillatori plastici sono materiali costituiti da molecole organiche (dopanti primari) ed all¿occorrenza da dopanti secondari (waveshifter) disciolti in una matrice polimerica come polistirene (PS) o poliviniltoluene (PVT). Questi oggetti sono utilizzati per la rilevazione di radiazioni ionizzanti (radiazioni elettromagnetiche o particelle subatomiche ad elevata energia) e trovano impiego in numerosi campi di applicazione a causa della loro capacità di ottenere ottime risoluzioni di tempo di rilevazione, del basso costo dei processi di sintesi e della possibilità di essere lavorati dal punto di vista meccanico per ottenere diverse geometrie a seconda delle necessità. L¿obbiettivo di questo progetto di ricerca è la sintesi di nuove molecole organiche che possano essere utilizzate come dopanti primari negli scintillatori plastici, con lo scopo di ottenere rilevatori ad elevate prestazioni. La sintesi dei nuovi materiali verrà sviluppata presso il Laboratory of Electrochemistry and Organic Synthesis (LEOS) (Dip.to SBAI, Sapienza Università di Roma) e valutati dalla Sezione di Fisica (Dip.to SBAI, Sapienza Università di Roma) in collaborazione con il Centro Studi e Ricerche E. Fermi di Roma.
La rilevazione, quantificazione ed identificazione delle radiazioni ionizzanti è di fondamentale importanza in numerosi campi di applicazione che includono il monitoraggio ambientale, la diagnostica per immagini, l¿energia nucleare, la ricerca scientifica nel settore astronomico e spaziale e molti altri ancora. A tal proposito gli scintillatori plastici presentano numerosi vantaggi: sono economici (2.000 $ per un rilevatore organico in poliviniltoluene 3,8 cm x 36 cm x 173 cm, 6.000 $ per uno scintillatore inorganico di NaI(Tl) di dimensioni 5 cm x 10 cm x 41 cm [1]), sono stabili nel tempo, possono essere facilmente sintetizzati in grandi quantità e volumi e lavorati meccanicamente per ottenere diverse geometrie. Tuttavia, a causa di alcuni difetti che essi presentano, come ad esempio la bassa risoluzione e resa luminosa se comparati ai rilevatori inorganici, sono continuamente oggetto di studio dal punto di vista dello sviluppo chimico. Grazie alla varietà di strutture che si può ottenere dalla sintesi organica di nuovi dopanti primari è possibile ottimizzare parametri fondamentali per lo sviluppo di nuovi scintillatori plastici. Modifiche strutturali mirate permettono di incrementare la solubilità delle nuove molecole nei monomeri precursori delle matrici plastiche per ottenere scintillatori plastici ad alte concentrazioni e prestazioni. Inoltre, mediante l¿utilizzo di gruppi funzionali organici, sia donatori che accettori, è possibile modulare il band gap ottico ed elettrochimico ed ottimizzare l¿accoppiamento energetico dei nuovi dopanti primari con le matrici plastiche, poliviniltoluene e polistirene. Ciò rappresenterebbe un importante progresso nello sviluppo di nuovi scintillatori plastici ad elevate prestazioni di resa luminosa e risoluzione di tempo.
[1] Bertrand, G. H., Hamel, M., & Sguerra, F. ¿Current status on plastic scintillators modifications¿, Chemistry¿A European Journal, 2014, 20(48), 15660-15685.