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1、热释光简单介绍,李国栋,主要内容,热释光（TL）的基本概念热释光发光简单模型热释光剂量计（TLD）材料的一般特征,热释光的定义 热释光是绝缘体或半导体加热时从中发出的光(TL)注意：热释光是物质预先吸收了辐射能量之后受热激发所发出的光，不能与物质加热到白炽化时自发发射的光混淆。物质能吸收并储存辐射能量是其在辐射剂量方面应用的基础。,基本概念,热释光材料及基本要素 热释光材料 当受到辐射之后加热时能发出热释光的物质材料的基本要素：必须是绝缘体或半导体，金属不存在热释光在受辐照时必须吸收能量加热时可激发光辐射 注意：热释光是一次发光，一旦材料已产生热释光，为了再发光，就必须再次辐照该材料，而不能简
2、单的冷却样品后再加热的想法使其再次发出热释光,简单模型一个陷阱中心一个复合中心,热释光发光过程 热释光发光是基于固体的能带理论，理想的晶体材料（绝缘体或半导体）中电子处于价带，当晶体中存在缺陷时，在禁带中会产生定域能级，此时电子可以处在定域能级上。如下图所示：,Ef：费米能级T：势电子陷阱 俘获电子 H中心R：势空穴陷阱 俘获空穴 F中心Eg：禁带能,a:电子和空穴的产生 b:电子和空穴的俘获c:热激发电子的释放 d:电子和空穴的复合,当辐射吸收能量大于Eg时，引起价带电子的电离(a过程），在导带上产生自由电子，价带上产生自由空穴。这些自由载流子可相互结合(d过程）或者被定域能级俘获（b过程）
3、，但在它们各自的非定域能带内保持自由直接复合：导带中的电子与价带中的空穴直接复 合间接复合：导带中的自由电子与在R处被俘获的 空穴复合。,对于半导体或绝缘体，间接复合的概率大于直接复合，尤其对宽禁带的半导体和绝缘体。自由电子被俘获在能级T（b过程）上，被俘获的电子吸收能量E后释放回到导带，则发生复合。单位时间电子从陷阱中释出的概率为p 式中 s 为频率因子，在此模型中是与时间无关的一常量，E是激活能（陷阱深度），是波尔兹曼常数，T为绝对温度。,简单模型下动力学的“级”一级动力学：Wilkins 和Randall假设在加热过程中再俘获概率可忽略，有，（7）式可简化如下：在实验中一般温度随时间线性
4、升高 得到 一级动力学下热释光曲线的表达式：,二级动力学：Garlick和 Gibson考虑再俘获的可能，并假设陷阱远没有饱和，有，又（7）式可简化如下：同样采取线性加热，可得到二级动力学发光曲线表达式,二级动力学发光曲线特征：发光曲线显得更对称，高温侧宽度略大约低温侧，随n的增加，温峰向低温移动。如下图,通用级动力学：在实际的发光过程中一级、二级动力学都不可能存在，May和Partridge给出了如下经验表达式 式中b是动力学的级，不等于1和2，S=式中。当b=1,2时，通用级回到一级、二级动力学表达式。,热释光剂量计（TLD）材料的一般特征,灵敏度 TLD材料的灵敏度是由单位质量、单位吸收
5、剂量发出的热释光强度来确定。由此可看出灵敏度依赖于热释光测量过程，例如加热速率、光探测体系。灵敏度还与样品的制备过程、物理形态（单晶、粉末、薄膜等）和退火过程相关。此外，灵敏度还依赖于电离辐射的种类和能量。敏化：吸收辐射剂量后，材料灵敏度增加的现象。,剂量响应曲线 剂量响应：TL强度随吸收剂量的变化。在理想情况下，TL随吸收剂量D的变化曲线在很大范围内呈线性变化。但很多实际使用的剂量材料都出现非线性，典型的情况是随着剂量的增加，先是线性响应，再是超线性响应，最后在接近饱和时是亚线性响应。如下图：此外，还应注意剂量率对TL的影响。,能量响应热释光材料的热释光强度随辐射能量的变化关系。材料中发射的
6、热释光强度与吸收的能量成正比，故评估材料的吸收系数随辐射能量的变化很重要。在计量学上，要求探测器在很宽的能量范围内都呈现出恒定的响应。对个人剂量学，由于要评估身体细胞的吸收剂量，所以要求有所谓的组织等效剂量计。,退火行为退火:将材料缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以一定速度冷却的过程。我们知道,退火可以改变材料的缺陷分布,从而改变材料的性能。在实际应用中要求TLD材料尽可能的多次使用，而辐射之后经历的退火能有效的重新建立缺陷平衡，进而使之能再次使用。不同的退火温度对陷阱的排空不一样，进而产生不同的发光峰和灵敏度，此外，冷却速率的不同可以影响缺陷的存在形式（如聚合体和离子体）和存在状态（如
7、沉积态和游离态），这些都会影响TL的发光中心和发光曲线形状。,探测范围TLD材料的探测范围是指材料可探测到的最小辐射剂量和最大辐射计量。材料的最小辐射计量在实际的一些低剂量应用中很重要，如在环境监测中探测环境背景剂量，在医学领域也需要很低计量范围内很敏感的计量材料。最大辐射计量由于剂量响应度曲线超线性接近于饱和，所以很难测量具体值，我们一般取剂量响应度曲线线性区的结束点为最大探测范围。当然，不管是最大辐射剂量还是最小辐射剂量，都与我们在实验中使用的检测仪器、分析手段等相关。,衰退热释光材料辐照后热释光衰减的现象。一般，放置时间越长，放置温度越高，衰退越严重，并且低温热释光峰比高温热释光峰衰退更为严重。造成衰退的原因可能有以下几点：一：在室温下浅陷阱中俘获的载流子可能在热、光等作用下从陷阱中逃出。这就要材料在处理、使用、保存尽可能的避光。二：由于量子隧道效应造成的与温度无关的衰退。,物理形态一般TLD材料的物理形态是粉末和固体片。固体片通常由单晶，多晶，磷光体粘合物压合等组成，而它们的几何形状、尺寸，如薄膜，圆片，正方体以及厚度都会影响材料的发光。对粉末，颗粒的大小、直径也会影响材料的发光。以上这些都需要在实验过程中引起注意。,Thank you！,
