MATERIAŁY TERMOLUMINESCENCYJNE
(THERMOLUMINESCENT MATERIALS)

Materiały termoluminescencyjne należą go grupy materiałów inteligentnych emitujących światło.

Wiele materiałów nieprzewodzących prądu wykazuje własności termoluminescencji, tzn. zdolność wyemitowania zmagazynowanej energii wewnętrznej w postaci światła widzialnego, pod wpływem ogrzania. Termoluminescencja jest zjawiskiem powszechnie występującym w przyrodzie i polega na emisji światła ciała stałego przy dostarczaniu energii cieplnej.

Materiały termoluminescencyjne

Kiedy materiał ten jest wystawiony na działanie promieniowania jonizującego, część elektronów uwolniona dzięki temu promieniowaniu ma dostateczną energię, aby przejść przez kryształy - mówimy wtedy że elektrony weszły w pasmo przewodzenia. Defekty strukturalne w sieci krystalicznej (wakanty, zanieczyszczenia, itd.) tworzą miejscowe niedobory ładunków - są to swego rodzaju "pułapki" dla poruszających się elektronów. Większość elektronów wpada do mniej lub bardziej głębokich pułapek i pozostaje tam, aż do momentu ogrzania. Podwyższona temperatura sprawia że uwięzione elektrony są "wyrzucane"  - obserwujemy to jako świecenie materiału.

Temperatura do której należy ogrzać materiał, aby można było zauważyć jego termoluminescencję to zazwyczaj około 200 stopni Celsjusza, zaś górna granica temperatury wynosi 500 stopni Celsjusza. Termoluminescencja zachodzi na kilku etapach: elektrony uwięzione w płytkach pułapkach potrzebują niższej temperatury aby się wydostać, niż te które znajdują się w głębokich pułapkach. Stąd podwyższanie temperatury powoduje uaktywnianie kolejnych etapów uwalniana elektronów (stąd charakterystyczne skoki na wykresach temperatura-intensywność termoluminescencji).

W zależności od temperatury, zmienia się intensywność wydzielanego światła - efektem jest przybieranie różnych barw.

O jakości danej substancji termoluminescencyjnej decyduje kilka czynników:

- możliwość wielokrotnego użycia
- stabilność
- liniowość charakterystyk
- niezależność od dawki napromieniowania

Własności termoluminescencyjne niektórych materiałów zostały zaobserwowane przez pionierów badań radioaktywności - Marie Curie zaobserwowała i odnotowała termoluminescencję fluorku wapnia.

Zastosowanie:

Substancje termoluminescencyjne okazały się bardzo przydatne w dozymetrii (pomiar ilościowy) promieniowania jonizującego, a także do określania wieku przedmiotów (wykorzystywane jest to w archeologii).

Materiałem takim jest np. fluorek litu z domieszką magnezu i tytanu (LiF,Mg,Ti); sposób jego wytwarzania i zastosowania zostały opracowane w Instytucie Fizyki Jądrowej w Krakowie.

Materiałami najczęściej wykorzystywanymi, dzięki im własnościom termoluminescencyjnym są: 6LiF, 7LiF, Li2B4O7:Mn, CaSO4:Dy, CaF2:Mn, CaF2:Dy, CaF2:Tm.

Zjawisko termoluminescencji zostało po raz pierwszy opisane przez Sir Roberta Boyle'a w XVII wieku, który w brytyjskich królewskich zeszytach naukowych opisał świecenie diamentu podgrzewanego w ręce. W 1904 roku Maria Skłodowska-Curie w swojej rozprawie doktorskiej napisała, że naturalny fluorek wapnia (CaF2) świeci przy podgrzewaniu i natężenie światła jest tym większe im dłużej leżało obok źródła radowego.

W latach 50. zeszłego stulecia amerykanie zastosowali po raz pierwszy materiały termoluminescencyjne do pomiaru dawek wokół miejsc, w których przeprowadzano testowe wybuchy jądrowe. Pionierem badań nad termoluminescencją w Polsce był doc dr hab. Tadeusz Niewiadomski z IFJ PAN. W 1965 roku zastosował opracowane przez siebie materiały termoluminescencyjne w rutynowych pomiarach dawek w IFJ PAN. Od tego czasu zastosowanie zjawiska termoluminescencji stało się powszechne w dozymetrii indywidualnej i środowiskowej promieniowania jonizującego, badaniu rozkładu dawek w radioterapii, w archeologii, dozymetrii retrospektywnej i innych.