2. Основные понятия и характеристики.

Термолюминесценция- свечение предварительно возбуждённых кристаллов, в том числе минералов, при нагревании. Она относится к обширному классу явлений рекомбинационной люминесценции. Рекомбинационная люминесценция наблюдается, если при возбуждении ионизируются центры, в процессе чего образуются две разноимённо заряженные и независимые друг от друга компоненты. В кристалле - это неравновесные носители заряда (свободные электроны или дырки), приводящие к появлению электропроводности. [III].

Термолюминесценция обусловлена небольшим количеством примесных элементов и различного рода структурными дефектами, образующими рекомбинационные центры и достаточно глубокие ловушки, захватывающие при возбуждении кристаллов свободные электроны и дырки. В связи с этим метод измерения кривых термолюминесценции представляет собой особенно эффективный способ исследования электронно-дырочных ловушек, т. е. позволяет получить значительную информацию о реальной микроструктуре минералов. Термолюминесценция гораздо более чувствительна к составу и структуре вещества, чем стационарная люминесценция (без особых экспериментальных трудностей этот метод позволяет обнаруживать и уверенно регистрировать световые потоки порядка 106 квант/с с 1 см³ светящейся поверхности).

2.1. Методика термолюминесцентного анализа.

Измерение и изучение термолюминесценции минералов и горных по­род обычно производят при помощи так называемых кривых темпера­турного высвечивания (рис. 1 [I]), которые отражают зависи­мость интенсивности свечения от температуры. Они получаются путем отложения по оси ординат интенсивности свечения образца, а по оси абсцисс — температуры его нагрева. Температура максимума определяет энергетическую глубину ловушки, а интенсивность ТВ - концентрацию запол­ненных дефектов. Интенсивность свечения измеряется при помощи фотоэлек­трических устройств. Для этой цели в качестве приемника света обычно используют фотоэлектронные умножители, подключенные к самопишу­щему потенциометру. Температура нагрева определяется термопарой и одновременно с интенсивностью свечения образца регистрируется само­писцем.

В литературе неоднократно описывались те или иные конструкции установок для измерения термолюминесценции образцов. Большинство установок состоит из шести основных частей.

1) Нагревательный блок, в который помещены электроспираль и термопара. В него же помещается и исследуемое вещество в виде порошка или тонкой пластинки определенной площади. Диаметр частиц порошка берут обычно в пределах от 0,1 до 0.5 мм.

2) Фотоэлектронный умножитель—приемник света, помешенный в светонепроницаемый кожух.

3) Комплект высоковольтных сухих батарей пли высоковольтный стабилизированный выпрямитель, необходимые для питания приёмника света.

4) Самопишущий прибор, служащий для одновременной регистрации термолюминесценции и температуры нагрева образца.

5) Усилитель, служащий для усиления фототока.

6) Устройство для обеспечения равномерного нагрева образца. В некоторых конструкциях имеется еще охладительное устройство, предохраняющее фотоэлектронный умножитель от теплового потока.

Нагревание проб производят до температуры не выше 400°, так как большинство природных минералов обнаруживают термолюминесценцию в интервале от 150 до 250°. Время нагрева образцов обычно не превышает 10 минут.

Кривые термолюминесценции кристаллических веществ могут иметь один или несколько максимумов, соответствующих разным температурам. Максимумы указывают на существование в кристалле уровней локализации различной глубины.

Кривая термовысвечивания может служить хорошей константой не только для минералов, но и для полими­неральных горных пород, например, для гранитов. Анализ кривых позволяет решать самые разнообразные вопросы, связанные с изучением кристаллических веществ.

Рис. 1. Кривые термовысвечивания породообразующего кварца

1- субвулканические кислые породы Магниторского синклинория; 2 - субвул­канические кислые породы Кафанского антиклинория; 3 - синорогенные гранит-порфиры Урала;. 4 - граниты Урала.