Термостимулированная люминесценция твердых тел: Учебное пособие

В.А.Пустоваров

ТЕРМОстимулированная ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ твердых тел

Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ»

В.А.Пустоваров

ТЕРМОстимулированная ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ твердых тел

Учебное пособие

Научный редактор – проф. д-р физ.-мат. наук Б.В.Шульгин

Екатеринбург

2003

УДК 535.377

ББК 22.345

П 89

Рецензенты: Институт промышленной экологии УрО РАН, лаборатория математического  моделирования, зав. лаб. д-р физ.- мат. наук проф. А.Н.Вараксин;

д-р  физ.- мат. наук проф. В.И.Соломонов  (Институт  электро-физики  УрО РАН)                 

Автор:  В.А.Пустоваров

П89  Термостимулированная люминесценция твердых тел: Учебное пособие / В.А.Пустоваров. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. 41 с.

ISBN   5-321-00300-9                                                        

В учебном пособии излагаются физические основы, основные закономерности и механизм формирования термостимулированной люминесценции твердых тел. Термостимулированная люминесценция лежит в основе работы индивидуальных твердотельных детекторов ионизирующих излучений, находящих в настоящее время широкое применение  в дозиметрической практике.

Учебное пособие предназначено для студентов физико-технического факультета, изучающих курсы «Физика твердого тела», «Детекторы излучений», «Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений», а также аспирантов, специализирующихся в области физики конденсированных сред.

Библиогр.: 8 назв. Табл. 1. Рис.11.

УДК 535.377

ББК 22.345

Подготовлено кафедрой экспериментальной физики ГОУ ВПО УГТУ-УПИ

ISBN  5-321-00300-9                           © ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ», 2003

© В.А.Пустоваров, 2003

Список сокращений

ТСЛ - термостимулированная люминесценция

ТЛД - термолюминесцентный детектор

ТЛ - термолюминесценция

ФЛ - фотолюминесценция

РЛ - рентгенолюминесценция

КТВ - кривая термовысвечивания

ЭВ - электронные возбуждения

СВЛ - спектр возбуждения люминесценции

ТСЭЭ – термостимулированная экзоэлектронная эмиссия

УФ - излучение - ультрафиолетовое излучение

ПЭВМ – персональная электронно-вычислительная машина

Оглавление

1.  Основные определения ..……………………………………………………. 4

1.1. Механизм термолюминесценции ...…………………………………… 4

     1.2.  Кинетика термолюминесценции……………………………………….7

2.  Кривая термовысвечивания ………… …………………………  …………10

3.  Влияние  продолжительности облучения, мощности дозы

     и энергии излучения на чувствительность ТЛД  ……………….……….. 19

4.  Затухание термолюминесценции

     (потеря    дозиметрической информации) …….…………………………..23

5.  Регистрация ультрафиолетового излучения……….. …………………… 28

6.  Термолюминесцентные дозиметры……….……………………………… 29

7.  Дозиметрическая  термолюминесцентная  система

     «Сапфир – 001» ……………………………………………………………  37

     Библиографический список    …………………………………………….. 40

     1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Под термостимулированной люминесценцией (термолюминесценцией) понимают процесс, при котором аккумулированная в кристалле энергия ионизирующего излучения преобразуется в энергию квантов света (фотонов) под действием теплового возбуждения, то есть нагрева кристалла [1-3].

1.1. Механизм термолюминесценции

Рассмотрим вначале чистый кристалл, обладающий дефектами, его зонная схема показана на рис.1. Валентная зона и  зона проводимости для диэлектрика  разделены энергетической щелью Eg, А - ловушки для электронов, В – ловушки для дырок, до облучения кристалла они не заполнены, то есть пустые. Под действием ионизирующего излучения создаются центры, обусловленные захватом электронов или дырок соответствующими ловушками (А и В, показаны на рис.1). Затем под действием внешнего тепла (нагрева кристалла) электрон, локализованный на ловушке А, может перейти в зону проводимости (переход 1). Такой зонный электрон в результате миграции по кристаллу может быть захвачен локализованной на центре  В дыркой, прорекомбинировать с ней (переход 2), выделяющаяся в результате рекомбинации энергия наблюдается в виде люминесценции. Это и есть термостимулированная люминесценция (ТСЛ).

 

     Рис.1. Зонная схема диэлектрического кристалла с дефектами,  иллюстрирующая механизм формирования ТСЛ

Переход 1 может быть инициирован также засветкой облученного кристалла фотонами из красной или  инфракрасной областей спектра, энергия которых достаточна для перевода электрона в зону проводимости. В этом случае происходит оптически стимулированная фотолюминесценция или фотостимулированная люминесценция (не путать с фотолюминесценцией!) Если глубина ловушек невелика, то освобождение электронов с уровней захвата и перевод их в зону проводимости могут происходить вследствие обычного теплового движения при комнатной температуре; для достаточно  же глубоких ловушек необходим дополнительный нагрев кристалла.

Отличительной чертой этих процессов является разрушение центров, образующихся в результате облучения кристаллов в процессе измерения термо- или фотостимулированной люминесценции независимо от способа возбуждения (нагрев, тепловое движение при фиксированной температуре, облучение инфракрасным светом). Таким образом, термолюминесценция  связана с разрушением центров, созданных в кристалле под действием ионизирующего излучения.