Im Allgemeinen ist Thermolumineszenz eine Form der Lumineszenz. Es wird von bestimmten kristallinen Materialien gezeigt, wie Calciumfluorid, Lithiumfluorid , Calciumsulfat, Lithiumborat, Calciumborat, Kaliumbromid und Feldspat. In diesen Materialien zuvor absorbierte Energie aus elektromagnetischer Strahlung oder anderer ionisierender Strahlung wird beim Erhitzen des Materials als Licht wieder emittiert. Das Material muss auch für seine eigenen Lichtemissionen transparent sein.
Elektronen in einigen Festkörpern können in zwei Energiezuständen vorliegen, die als Valenzband und Leitungsband bezeichnet werden . Die Energielücke oder die Bandlücke ist ein Energiebereich zwischen Valenzband und Leitungsband, in dem Elektronenzustände verboten sind. Das Valenzband und das Leitungsband sind die dem Fermi-Niveau am nächsten liegenden Bänder und bestimmen somit die elektrische Leitfähigkeit des Festkörpers. In elektrischen Isolatoren und Halbleitern ist das Leitungsband der niedrigste Bereich von leeren elektronischen Zuständen. In einem Diagramm der elektronischen Bandstruktur eines Materials befindet sich das Valenzband unterhalb des Fermi-Niveaus, während sich das Leitungsband darüber befindet. In thermolumineszierenden Materialien können Elektronen das Leitungsband erreichen, wenn sie beispielsweise durch ionisierende Strahlung angeregt werden(dh sie müssen mehr Energie als die E- Lücke erhalten ). In diesem Fall existieren jedoch Defekte im Material oder es werden Verunreinigungen hinzugefügt, um Elektronen in der Bandlücke einzufangen und dort zu halten. Diese eingefangenen Elektronen repräsentieren gespeicherte Energie für die Zeit, in der die Elektronen gehalten werden. Diese Energie wird abgegeben, wenn das Elektron in das Valenzband zurückkehrt. Wenn solche Kristalle anschließend erhitzt werden, erhalten die eingefangenen Elektronen genügend Energie, um aus der Falle auszutreten und in den Grundzustand zu fallen . Ein Teil der Energie wird als Lichtphotonen abgegeben und ein Teil der Energie wird als Wärme abgegeben. Da für diese Art der Lumineszenz Erwärmung erforderlich ist, spricht man von Thermolumineszenz .
Materialien – Thermolumineszenz
Die beiden häufigsten Arten von Thermolumineszenzmaterialien, die für die Dosimetrie verwendet werden, sind Calciumfluorid und Lithiumfluorid mit einer oder mehreren Verunreinigungen (z. B. Mangan oder Magnesium), um Einfangzustände für energetische Elektronen zu erzeugen. Die Verunreinigung verursacht Fallen im Kristallgitter, in denen nach der Bestrahlung Elektronen gehalten werden. Wenn sich der Kristall erwärmt, werden die eingefangenen Elektronen freigesetzt und Licht emittiert. Die Lichtmenge hängt von der vom Kristall empfangenen Strahlungsdosis ab.
Calciumfluorid-TLD wird verwendet, um die Gamma-Exposition aufzuzeichnen, während Lithiumfluorid-TLD für die Gamma-Exposition und die Neutronen-Exposition (indirekt unter Verwendung der Li-6 (n, alpha)) – Kernreaktion verwendet wird. Kleine LiF-Kristalle (Lithiumfluorid) sind die am häufigsten verwendeten TLD-Dosimeter, da sie die gleichen Absorptionseigenschaften aufweisen wie Weichgewebe. Lithium hat zwei stabile Isotope, Lithium-6 (7,4%) und Lithium-7 (92,6%). Li-6 ist das gegenüber Neutronen empfindliche Isotop. Zur Aufnahme von Neutronen können LiF-Kristalldosimeter mit Lithium-6 angereichert werden, um die Lithium-6 (n, alpha) -Kernreaktion zu verstärken.
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