Термолюминесценция (ТЛ)является самым первым видом люминесценции неорганических веществ, обнаруженной в «лабораторных» условиях. Первым указанием на нее следует считать описание свечения алмаза при его нагревании, сделанное в 1280 году алхимиком А. Магнусом. По своей физической природе термолюминесценция относится к обширному классу метастабильной и рекомбинационной люминесценции. Она обусловлена наличием в кристалле разного рода дефектов, образующих и центры свечения, и достаточно глубокие ловушки электронов и дырок (рис.1).
Рис.1. Упрощенная схема энергетических уровней, участвующих в термолюминесценции.
При воздействии на такой кристалл ионизирующего излучения эти ловушки захватывают n0 свободных электронов и дырок и удерживают их в течение длительного времени, порою исчисляющегося годами и столетиями. Конкретная величина времени определяется глубиной ловушки ET, т.е. энергетическим расстоянием от ее заполненного уровня до зоны проводимости, в случае ловушки электронов, и до валентной зоны для ловушек дырок. Если в качестве ловушки выступает метастабильный уровень центра люминесценции, то ее глубина определяется энергетическим расстоянием от этого уровня до излучательного уровня. При нагреве кристалла с заполненными ловушками они частично разгружаются за счет переходов локализованных на них электронов и дырок в зону проводимости и валентную зону соответственно. В результате последующих рекомбинационных процессов происходит возбуждение излучательных уровней центров люминесценции, сопровождаемое люминесценцией на одной или нескольких полосах.
При условии постоянства
скорости нагрева кристалла 
в пренебрежении
повторным захватом освобожденных электронов и дырок (их мономолекулярная
кинетика) интенсивность термолюминесценции записывается как:
,
(1)
где a - квантовый выход рекомбинационной люминесценции. p0 – частотный фактор, пропорциональный
частоте соударений, способных выбросить электроны и дырки из ловушек. Его
величина колеблется от 108 до 1012 с-1 и имеет
определенное значение для каждого типа ловушки. Он определяет вероятность
освобождения электрона или дырки из ловушки как 
.
Выражение для
интенсивности имеет более сложный вид, если вероятность повторного захвата
освобожденных зарядов не равна нулю. Эта вероятность определяется фактором
повторного захвата 
, где b - коэффициент повторного захвата, а e - коэффициент рекомбинации. Значение
R=0 соответствует мономолекулярному
процессу, а R=1 –
бимолекулярному.
Основным количественным параметром термолюминесценции являются кривые термовысвечивания, отражающие зависимость интенсивности или световой суммы люминесценции от температуры нагрева кристалла (рис.2). С увеличением R происходит увеличение Tmax, при которой достигается максимум интенсивности и температурной ширины пика термовысвечивания.
Рис.2. Кривые термовысвечивания для p0 =1010 c-1, VT =21 К/с и ET/k=9400 К при разных R.
Эти кривые используют для определения структуры, энергетического положения и природы ловушек. Т.е. они позволяют получать значительную, порой недоступную другим методам информацию о реальной микроструктуре вещества. В том случае, когда природа и энергетическое положение ловушек известно, с помощью термолюминесценции можно определять возраст горных пород, фон природной радиоактивности, термическую и радиационную историю минералов. Термолюминесценция нашла применение в термолюминесцентных датчиках жесткого ионизирующего излучения.
Аналогом термолюминесценции является фотостимулированная люминесценция. Для ее возбуждения используется не тепло – нагрев кристаллов, а облучение светом с энергией фотонов, соответствующей глубине ловушки. В связи с наличием лазеров с перестраиваемой длиной волны этот вид люминесценции реализуется проще и позволяет более точно определять энергетическую структуру ловушек. Фотостимулированная люминесценция используется и для других целей, например, для ретроспективного анализа радиационной обстановке в отдельных областях Земли.
Фотолюминесценция (ФЛ)– это второй обнаруженный в «лабораторных» условиях вид люминесценции твердых тел. Ее открытие следует отнести к 1602 году, когда итальянец Винченцо Кашиорола обнаружил и описал свойство отожженного барита высвечивать красным цветом после его облучения солнечным светом. Начало интенсивному научному изучению фотолюминесценции дали работы Д. Стокса 1852 года. Столь длительное и основательное изучение ФЛ привело к тому, что в современном люминесцентном анализе она, несомненно, занимает лидирующее место. Именно благодаря ФЛ были открыты твердотельные лазеры на диэлектрических кристаллах и стеклах. Широкому применению ФЛ способствуют ряд ее уникальных качеств.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.