热释光

冷发光现象

热释光(英语：Thermoluminescence, TL)效应，有时也被译作热致光、热发光，是一种冷发光现象：一些晶体（例如矿物质）在被加热时，原来吸收并储存在晶格缺陷中的电磁辐射或其他电离辐射会以光子的形式释放出来。该现象不可与黑体辐射（也可称为热发光）混淆。

理论诠释

物理机制是发光体被激发时产生了离化，被离化出的电子将进入导带，这时它或者与离化中心复合产生发光，或者被材料中的陷阱俘获。所谓陷阱是缺陷或杂质在晶体中形成的局部反常结构。它在禁带中形成了局域性能级，可以容纳和储存电子。这些电子只有通过热、光、电场的作用才能返回到导带，到导带后它们或者和离化中心复合产生发光，或者再次被陷阱俘获。由热释放出的电子同离化中心复合所产生的发光，就叫作热释光。热释光是形成长余辉发光的重要原因，有的材料的长余辉可以延续到十多个小时。

热释电子的概率正比于e－ε/kT，ε是陷阱深度，k是玻耳兹曼常数，T是绝对温度。热释光与陷阱深度有关。如线性升温即恒速升温时，热释光可直观地显示材料中的陷阱的种类及深度和每个陷阱的密度等。

物理

高能辐射会使晶体材料内产生电子激发态。在一些材料，这些电子透过晶格的局部缺陷或不完整，被捕获而长期保存下来。量子力学上，这些量子态是与时间无关的定态，但他们并不稳定。加热材料将使捕陷态位（trap states）能够与声子相互作用，即晶格振动，在迅速衰减至较低能态的过程中发射光子。

发展

20世纪50 年代，美国Wisconsin大学的Daniels将材料的热释光特性用于辐射剂量的测量。最初使用的氟化锂热释光材料具有很高的灵敏度，但是其热释光性能不稳定。后来，研究人员相继开发了更优异性能的材料，现今氟化锂系列材料仍在热释光剂量学上应用最广泛。

随着科研和生活的需要，对热释光剂量学材料的要求（如较宽的线性剂量响应范围、高灵敏度、重复使用性好等）逐渐提高，研究人员又开发了CaSO4、CaF2、Li2B4O7、MgSiO4等新型热释光材料。

技术应用

利用热释光研究材料中的陷阱，是研究材料物理的一种简单而重要的方法。在考古研究中可用于古代文物的年龄测定，因为文物在埋藏过程中，受到周围环境介质中天然放射性元素铀、钍和钾的照射。埋藏时间越长，则在文物中产生的电子和空穴越多，因此热释光越强。利用热释光技术还可制成辐射剂量计。

热释光断代

热释光断代是指利用绝缘结晶固体的热释光现象来进行断代的技术。适用于陶器及其他火烧粘土样品。测定年代的范围可达数十万年。

陶器年代测定

陶器是用粘土烧制的，一般粘土中都含有微量铀、钍和钾等放射性物质。它们每时每刻都受到各类辐射的作用，当陶器烧制时，高温把结晶固体中原先贮存的能量都已释放完了，自此以后，重新积累能量随时间而增加。放射性愈强，年代愈久，热释光量就愈多，即热释光量与所受的放射性总剂量成正比。只要测出陶器中铀、钍和钾的含量，周围土壤中的辐射强度和宇宙射线强度，定出自然辐射年剂量，即可计算出陶器烧制的年代。

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