Главная | Обратная связь

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.

 

2.2. “Электронно-дырочный центр”

Принципиальная возможность образования в одном и том же кристалле нескольких типов центра захвата вытекает из рассмотрения кристаллохимической структуры природных минералов. Эти центры представляют собой точечные дефекты-нарушения периодичности кристалла в пределах одной или нескольких элементарных ячеек:

1. примесь в узле ячейки;

2. примесь в узле решетки по соседству с точечными объектами основания;

3. примесь в междуузлии;

4. электроны и дырки, локализованные на вакансиях и их агрегатах;

5. примесь у линейных и двухмерных элементов решётки;

6. электроны и дырки по соседству с точечными дефектами и аномальные состояния электронной системы кристалла.

В общем случае точечные дефекты могут быть собственными (нарушения кристаллической решетки, в состав которой не входят ионы инородных примесей) и примесными.

1. Среди собственных дефектов наиболее известны вакансия в катионной или анионной подрешётке, катион или анион, расположенные в междуузлии, пара вакансий, расположенных в соседних узлах решётки.

2. Если кристалл содержит инородные примесные ионы, то, помимо
собственных дефектов, появляются новые: примесный ион, расположенный в узле катионной или анионной подрешетки; примесный ион в междуузлии, сложные дефекты, представляющие собой либо
расположенные рядом ионы либо комбинации ионов с
собственными точечными дефектами. Таким образом структура реального кристалла может быть описана как матрица, набранная из множества структурных элементов, занимающих те или иные фиксированные положения в кристаллической решетке. Дефекты вызывают локальное нарушение зарядовой электронейтральности и являются предцентрами, т.е. структурными положениями, на которых способны локализоваться свободные электроны и дырки. Таким образом, дефекты кристаллической решётки, имеющие избыточный положительный (захват дырки) или отрицательный (захват электрона) заряд, представляют собой электронно-дырочные центры.

В процессах образования электронно-дырочных центров роль примесных ионов чрезвычайно велика. Так как реальный кристалл всегда содержит примеси, все собственные дефекты в той или иной мере способны стабилизироваться или разрушаться данными примесями. При этом наличие примесного иона всегда вызывает возникновение центров при облучении кристалла, устойчивость которого будет зависеть от относительной зарядности примесного и замещаемого иона. Кроме того, если примеси выступают в роли электронно-дырочных центров, то разнообразие последних в значительной степени зависит от способности примесных ионов к валентным превращениям под действием радиации или тепла.