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CARATTERIZZAZIONI

Termoluminescenza

Il fenomeno della termoluminescenza
Apparato strumentale
Applicazioni
Bibliografia sull'argomento
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Il fenomeno della termoluminescenza.

Quando una radiazione incide su un materiale, parte della sua energia può essere assorbita e riemessa sotto forma di luce di lunghezza d'onda maggiore. Tale lunghezza d'onda è caratteristica del materiale luminescente e non della radiazione incidente.

Secondo il tipo di radiazione utilizzata per stimolare l'emissione, il processo di luminescenza assume nomi diversi; si parla di fotoluminescenza (stimolata da fotoni ottici o luce ultravioletta), radioluminescenza (se si impiegano particelle beta, raggi X o gamma), catodoluminescenza (fascio di elettroni). La luminescenza può anche essere generata da energia chimica (chemiluminescenza), meccanica (triboluminescenza), elettrica (elettroluminescenza), biochimica (bioluminescenza) e persino da onde sonore (sonoluminescenza).

Si parla di termoluminescenza quando il materiale emette luce mentre viene riscaldato. La termoluminescenza non va confusa con la luce emessa spontaneamente da un corpo portato all'incandescenza: è, infatti, un processo d'emissione stimolata che si verifica dopo che il corpo ha assorbito energia mediante esposizione a radiazione. L'energia assorbita in seguito all'esposizione a radiazione consente agli elettroni di muoversi attraverso il cristallo, alcuni di essi vengono intrappolati dai difetti reticolari. Il successivo riscaldamento del cristallo rende possibile il rilascio con emissione di luce degli elettroni intrappolati.

Assumendo una velocità di riscaldamento lineare e ipotizzando che la probabilità di un secondo intrappolamento sia trascurabile rispetto a quella di una ricombinazione (cinetica del primo ordine) risulta che l'intensità della termoluminescenza è legata all'energia d'attivazione del livello di trappola da una relazione nota; misurando l'andamento dell'intensità in funzione della temperatura è pertanto possibile risalire alla profondità dei centri di trappola.

 

Applicazioni.

Le applicazioni della termoluminescenza sono innumerevoli: dosimetria, datazione, studio dei difetti nei solidi etc. Nei nostri laboratori viene attualmente applicata in due campi specifici:

Dosimetria

A una certa temperatura di riscaldamento, molti materiali mostrano un'intensità di termoluminescenza proporzionale alla quantità di radiazione assorbita. Da questa osservazione, alla fine degli anni quaranta è nata l'idea di sfruttare il fenomeno della termoluminescenza nel campo della dosimetria, sia per stimare la dose assorbita dal corpo umano sia per valutare l'impatto ambientale delle radiazioni ionizzanti. Il materiale con le migliori caratteristiche per questo scopo è il fluoruro di litio (LiF) drogato con magnesio e titanio.

Difetti nei solidi

I processi di termoluminescenza esercitano un ruolo cruciale nell'individuazione di difetti estrinseci (impurità) ed intrinseci (vacanze e interstiziali) nei solidi. Tali difetti danno origine a livelli di trappola localizzati nella banda proibita di energia, di cui la termoluminescenza risente moltissimo. Ad esempio, lo studio dei difetti elettricamente attivi nel diamante CVD per mezzo della termoluminescenza è di particolare interesse in prospettiva di possibili applicazioni elettroniche del materiale.

 

 

Bibliografia.

M.J. Aitken, "Thermoluminescence Dating", Academic Press (1985)

S.W.S. Keever, "Thermoluminescence of solids", Cambridge University Press (1985).

 

 

Link utili.

Datazione archeologica: Dipartimento di Scienze dei Materiali - Università di Milano - Bicocca