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熱釋光是一種自然現(xiàn)象，是某些固體物質(zhì)因長(zhǎng)時(shí)間受到射線的輻照，在輻射電離作用下，固體物質(zhì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，一些電子被晶體的缺陷所俘獲，在室溫下，這種俘獲狀態(tài)是穩(wěn)定的。
如果將晶體加熱，被俘獲的電子則從陷阱中逃逸出來(lái)與空穴復(fù)合，同時(shí)以光子的形式釋放出它們所貯存的能量，這就是熱釋光，即TL(Thermoluminescence)
這種光很微弱，只有用高靈敏度的測(cè)光量?jī)x器才能測(cè)出來(lái)，并且在冷卻以后再加熱時(shí)，這種光是不能重新再現(xiàn)的。
自然界的所有沉積物，都含有鈾、釷、鉀等長(zhǎng)壽命放射性元素，它們衰變放出α、β、γ射線。射線使固體物質(zhì)電離，或使電子被激發(fā)到高能態(tài)。多數(shù)電子會(huì)很快恢復(fù)到基態(tài)，但有一部分電子在晶格內(nèi)的運(yùn)動(dòng)中，會(huì)陷入到較高能態(tài)的原有晶體的缺陷里，成為被俘獲的電子。只有通過(guò)加熱，才能使陷阱中的電子增加動(dòng)能而被激發(fā)出來(lái)，與空穴復(fù)合，并以光量子的形式放出能量。
加熱放出的總光子數(shù)，與陷阱中釋放出的電子數(shù)成正比。而總電子數(shù)與發(fā)光體（具有熱釋光特性的物質(zhì)）所吸收的輻射能量成正比。因此，年代越久，物質(zhì)所接受的放射性越強(qiáng)，貯存的能量也越高，熱釋光量也越大。即熱釋光量與所接受的放射性總劑量成正比。
鈾、釷、鉀的半衰期長(zhǎng)達(dá)109年（10億年），在較短的時(shí)距內(nèi)（第四紀(jì)），可以認(rèn)為其放射性強(qiáng)度是個(gè)常數(shù)。
因此，熱釋光的光強(qiáng)大小與年代成正比。也就是說(shuō)，在同樣的輻射劑量下，樣品年齡越老，熱發(fā)光就越強(qiáng)。
已知樣品的自然熱釋光量（I）與樣品所受的總輻射劑量（D）成正比，即：I=k ·D
其中，k是樣品對(duì)輻照的靈敏度，k=人工輻照引起的熱釋光量/人工輻照劑量，D=Rt，R是年輻照劑量，t是受輻照的時(shí)間。由上可以得出t=D/R=I/Rk (I為自然熱釋光量)
樣品積累熱釋光以后，遇到光—熱事件（如火山活動(dòng)；粘土被燒制成瓷器；巖石受風(fēng)化—侵蝕作用，受太陽(yáng)光中紫外線照射，再沉積下來(lái)），就會(huì)使原來(lái)積存的熱釋光基本消除，即熱釋光“時(shí)鐘”調(diào)零。再沉積以后，受周?chē)派湫栽剌椪眨种匦路e累熱釋光。這樣就可以根據(jù)熱釋光來(lái)測(cè)量陶器、火山活動(dòng)等的年代，這就是熱釋光測(cè)年法。
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