熱釋光

熱釋光(英語：Thermoluminescence, TL)效應，有時也被譯作熱致光、熱發光，是一種冷發光現象：一些晶體（例如礦物質）在被加熱時，原來吸收並儲存在晶格缺陷中的電磁輻射或其他電離輻射會以光子的形式釋放出來。該現象不可與黑體輻射（也可稱為熱發光）混淆。

基本介紹

• 中文名：熱釋光
• 外文名：thermoluminescence
• 特徵：加熱發光體使其發光釋放能量
• 套用：輻射劑量測量、古陶瓷年代檢測等

理論詮釋

物理機制是發光體被激發時產生了離化，被離化出的電子將進入導帶，這時它或者與離化中心複合產生髮光 ，或者被材料中的陷阱俘獲。所謂陷阱是缺陷或雜質在晶體中形成的局部反常結構。它在禁帶中形成了局域性能級，可以容納和儲存電子。這些電子只有通過熱、光、電場的作用才能返回到導帶，到導帶後它們或者和離化中心複合產生髮光，或者再次被陷阱俘獲。由熱釋放出的電子同離化中心複合所產生的發光，就叫作熱釋光。熱釋光是形成長餘輝發光的重要原因，有的材料的長餘輝可以延續到十多個小時。

熱釋電子的機率正比於e^－ε/kT，ε是陷阱深度，k是玻耳茲曼常數，T是絕對溫度。熱釋光與陷阱深度有關。如線性升溫即恆速升溫時，熱釋光可直觀地顯示材料中的陷阱的種類及深度和每個陷阱的密度等。

物理

高能輻射會使晶體材料內產生電子激發態。 在一些材料，這些電子透過晶格的局部缺陷或不完整，被捕獲而長期保存下來。量子力學上，這些量子態是與時間無關的定態，但他們並不穩定。 加熱材料將使捕陷態位（trap states）能夠與聲子相互作用，即晶格振動，在迅速衰減至較低能態的過程中發射光子。

發展

20世紀50 年代，美國Wisconsin大學的Daniels將材料的熱釋光特性用於輻射劑量的測量。 最初使用的氟化鋰熱釋光材料具有很高的靈敏度，但是其熱釋光性能不穩定。 後來，研究人員相繼開發了更優異性能的材料 ，現今氟化鋰系列材料仍在熱釋光劑量學上套用最廣泛。

隨著科研和生活的需要，對熱釋光劑量學材料的要求（如較寬的線性劑量回響範圍、高靈敏度、重複使用性好等）逐漸提高，研究人員又開發了CaSO₄、CaF₂、Li₂B₄O₇、MgSiO₄等新型熱釋光材料。

技術套用

利用熱釋光研究材料中的陷阱，是研究材料物理的一種簡單而重要的方法。在考古研究中可用於古代文物的年齡測定，因為文物在埋藏過程中，受到周圍環境介質中天然放射性元素鈾、釷和鉀的照射。埋藏時間越長，則在文物中產生的電子和空穴越多，因此熱釋光越強。利用熱釋光技術還可製成輻射劑量計。

熱釋光斷代

熱釋光斷代是指利用絕緣結晶固體的熱釋光現象來進行斷代的技術。適用於陶器及其他火燒粘土樣品。測定年代的範圍可達數十萬年。

陶器年代測定

陶器是用粘土燒制的，一般粘土中都含有微量鈾、釷和鉀等放射性物質。它們每時每刻都受到各類輻射的作用，當陶器燒制時，高溫把結晶固體中原先貯存的能量都已釋放完了，自此以後，重新積累能量隨時間而增加。放射性愈強，年代愈久，熱釋光量就愈多，即熱釋光量與所受的放射性總劑量成正比。只要測出陶器中鈾、釷和鉀的含量 ，周圍土壤中的輻射強度和宇宙射線強度，定出自然輻射年劑量，即可計算出陶器燒制的年代。