热释光简单介绍

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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：
1. 必须是绝缘体或半导体，金属不存在热释 光
2. 在受辐照时必须吸收能量 3. 加热时可激发光辐射
注意：热pp释t课件光是一次发光，一旦材料已产 4
简单模型
一个陷阱中心一个复合中心
热释光发光过程
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源自文库
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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升高 得到 一级动力学下热释光曲线的表达式：
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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：
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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 Eacg::热电：激子禁发和带电空能子穴的的释产放生
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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。
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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
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。
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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。
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。
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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），к是波尔兹曼常数， T为绝对温度。
b:电子和空穴的俘获 d:电子和空穴的复合
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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），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
热释光简单介绍
李国栋
2013.10.
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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
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基本概念
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。
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。
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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。
敏化：吸收辐射剂量后，材料灵敏度增加的现象。
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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：
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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。
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Thank you！
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
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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
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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
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。
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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。