En général, la thermoluminescence est une forme de luminescence. Il est présenté par certains matériaux cristallins, tels que le fluorure de calcium, le fluorure de lithium , le sulfate de calcium, le borate de lithium, le borate de calcium, le bromure de potassium et le feldspath. L’énergie précédemment absorbée par le rayonnement électromagnétique ou d’autres rayonnements ionisants dans ces matériaux est réémise sous forme de lumière lors du chauffage du matériau. Le matériau doit également être transparent à ses propres émissions lumineuses.
Les électrons de certains solides peuvent exister dans deux états énergétiques, appelés bande de valence et bande de conduction . L’intervalle d’énergie ou la bande interdite est une plage d’énergie entre la bande de valence et la bande de conduction où les états électroniques sont interdits. La bande de valence et la bande de conduction sont les bandes les plus proches du niveau de Fermi et déterminent ainsi la conductivité électrique du solide. Dans les isolateurs électriques et les semi-conducteurs, la bande de conduction est la plage la plus basse d’états électroniques vacants. Sur un graphique de la structure de la bande électronique d’un matériau, la bande de valence est située en dessous du niveau de Fermi, tandis que la bande de conduction est située au-dessus. Dans les matériaux thermoluminescents, les électrons peuvent atteindre la bande de conduction lorsqu’ils sont excités, par exemple par des rayonnements ionisants(c’est-à-dire qu’ils doivent obtenir une énergie supérieure à l’ écart E ). Mais dans ce cas, des défauts existent dans le matériau ou des impuretés sont ajoutées pour piéger les électrons dans la bande interdite et les y maintenir. Ces électrons piégés représentent l’énergie stockée pendant la durée de détention des électrons. Cette énergie est abandonnée si l’électron revient dans la bande de valence. Lorsque de tels cristaux sont ensuite chauffés, les électrons piégés reçoivent suffisamment d’énergie pour s’échapper du piège et tomber à l’état fondamental . Une partie de l’énergie est émise sous forme de photons lumineux et une partie de l’énergie est libérée sous forme de chaleur. Le réchauffement étant une exigence pour ce type de luminescence, la technique est appelée thermoluminescence .
Matériaux – Thermoluminescence
Les deux types de matériaux thermoluminescents les plus couramment utilisés pour la dosimétrie sont le fluorure de calcium et le fluorure de lithium , avec une ou plusieurs impuretés (par exemple le manganèse ou le magnésium) pour produire des états de piège pour les électrons énergétiques. L’impureté provoque des pièges dans le réseau cristallin où, après irradiation, des électrons sont retenus. Lorsque le cristal est réchauffé, les électrons piégés sont libérés et de la lumière est émise. La quantité de lumière est liée à la dose de rayonnement reçue par le cristal.
Le TLD de fluorure de calcium est utilisé pour enregistrer l’exposition gamma, tandis que le TLD de fluorure de lithium est utilisé pour l’exposition gamma et neutronique (indirectement, en utilisant la réaction nucléaire Li-6 (n, alpha)). Les petits cristaux de LiF (fluorure de lithium) sont les dosimètres TLD les plus courants car ils ont les mêmes propriétés d’absorption que les tissus mous. Le lithium a deux isotopes stables, le lithium-6 (7,4%) et le lithium-7 (92,6%). Le Li-6 est l’isotope sensible aux neutrons. Afin d’enregistrer les neutrons, les dosimètres à cristaux LiF peuvent être enrichis en lithium-6 pour améliorer la réaction nucléaire au lithium-6 (n, alpha).
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