[發(fā)明專(zhuān)利]基于測(cè)量非金屬晶體礦物電荷分布的環(huán)境溫度變化測(cè)定裝置和測(cè)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210299477.5
• 申請(qǐng)日: 2012-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102914383A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔革聯(lián);周繼彬;劉順生;孫衛(wèi)東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01K11/20
• 分類(lèi)號(hào): G01K11/20
• 代理公司: 廣州科粵專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 劉明星

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種溫度測(cè)定裝置和測(cè)定方法，具體涉及一種用于估測(cè)樣品受熱歷史和溫度變化情況的基于測(cè)量非金屬晶體礦物電荷分布的環(huán)境溫度變化測(cè)定裝置和測(cè)定方法。

背景技術(shù)：

已有的溫度測(cè)量裝置，比如熱溫度計(jì)、熱電偶等等，記錄的是某種熱敏材料任何一段連續(xù)時(shí)間的溫度變化情況，不具有可以相對(duì)永久記憶溫度變化歷史的功能。

從固體物理中引用的能級(jí)概念，是指固體中微觀結(jié)構(gòu)上的電子能級(jí)，這些電子能級(jí)決定了該固體的電學(xué)特性。其中價(jià)帶是指在絕對(duì)零度下能被電子占滿的最高能帶，而導(dǎo)帶是指在絕對(duì)零度下沒(méi)有電子占有的最低能帶。導(dǎo)帶中的帶電電荷可以自由運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)帶與價(jià)帶中的能級(jí)差稱為禁帶。理想的絕緣體或者半導(dǎo)體禁帶中不存在能態(tài)，但是，自然界中存在的絕緣體或者半導(dǎo)體固體中，由于缺陷和雜質(zhì)成分的存在，其禁帶內(nèi)存在可以充填電荷的電子陷阱以及空穴陷阱。通常情況下，導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的陷阱中充填電荷表征的電子-空穴狀態(tài)，緊密關(guān)聯(lián)于該固體所暴露的環(huán)境溫度，并且特定陷阱中捕獲的電荷隨環(huán)境溫度變化而逃逸的規(guī)律，服從阿倫尼斯（Arrhenius）方程。

而以石英、長(zhǎng)石、方解石等為代表的非金屬晶體礦物就屬于上述存在缺陷和雜質(zhì)成份的絕緣體或半導(dǎo)體。這些礦物具有一個(gè)共性，即晶體內(nèi)由于缺陷和雜質(zhì)的存在，導(dǎo)致環(huán)境輻射效應(yīng)引發(fā)的晶體內(nèi)電子-空穴對(duì)分布狀態(tài)受控于環(huán)境溫度的變化，其晶體內(nèi)電子-空穴分布狀態(tài)可以很好地記憶經(jīng)歷的溫度暴露歷史，特別是最高溫度暴露歷史，直到隨后的、可能出現(xiàn)的更高溫度或者更長(zhǎng)溫度暴露時(shí)間將該電子-空穴態(tài)破壞為止。

按照絕緣物體的能帶理論，電離輻射和非金屬絕緣體的相互作用將導(dǎo)致一定的電荷分布狀態(tài)（包括電子-空穴對(duì)），熱激活作用導(dǎo)致絕緣體內(nèi)的電子-空穴對(duì)復(fù)合發(fā)光，即熱釋光，其原理如圖1所示，多年來(lái)熱釋光方法應(yīng)用于考古和地質(zhì)測(cè)年的實(shí)際中。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種能以非現(xiàn)場(chǎng)方式測(cè)量樣品受熱歷史和溫度變化歷史情況的基于測(cè)量非金屬晶體礦物電荷分布的環(huán)境溫度變化測(cè)定裝置和測(cè)定方法。

本發(fā)明的基于測(cè)量非金屬晶體礦物電荷分布的環(huán)境溫度變化測(cè)定裝置，其特征在于，包括樣品腔、熱激活單元、光電轉(zhuǎn)換探測(cè)單元和分析單元；

所述的樣品腔用于裝載樣品；所述的熱激活單元用于通過(guò)加熱熱激活樣品腔中的樣品使其釋放熱釋光；所述的光電轉(zhuǎn)換探測(cè)單元用于將樣品釋放的熱釋光光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；所述的分析單元用于讀取光電轉(zhuǎn)換探測(cè)單元的電信號(hào)，分析樣品的熱釋光發(fā)光特征，再與經(jīng)X射線、紫外光或者同位素放射源輻照的、已知受熱歷史的同種樣品的熱釋光發(fā)光特征進(jìn)行對(duì)比，從而估計(jì)樣品的受熱溫度變化歷史。

優(yōu)選，所述的基于測(cè)量非金屬晶體礦物電荷分布的環(huán)境溫度變化測(cè)定裝置，包括樣品腔，在樣品腔中設(shè)有樣品托架，在樣品托架上設(shè)有樣品槽，樣品槽的上方的樣品腔上壁上設(shè)有鍍銠橢球反射面，在鍍銠橢球反射面里面設(shè)有聚光透鏡，聚光透鏡的上方設(shè)有照明單元，在其上設(shè)有光纖，光纖的另外一端連有光電轉(zhuǎn)換探測(cè)單元，在樣品槽的周側(cè)設(shè)有加熱單元，用以加熱樣品槽中的樣品，光電轉(zhuǎn)換探測(cè)單元再與計(jì)算機(jī)控制分析處理單元相連，計(jì)算機(jī)控制分析處理單元還與加熱單元相連，計(jì)算機(jī)控制分析處理單元包括控制單元和分析單元，控制單元用以控制加熱單元，例如加熱的快慢和最終的溫度等。

所述的加熱單元是通過(guò)傳導(dǎo)加熱裝置或者激光輻射加熱裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的加熱熱激活，通過(guò)熱激活導(dǎo)致非金屬晶體礦物內(nèi)的電子-空穴對(duì)復(fù)合發(fā)光，即熱釋光。所述的加熱單元優(yōu)選為傳導(dǎo)加熱單元，設(shè)于樣品槽的下方，以便在樣品腔中裝有樣品時(shí)，加熱樣品，使其釋放熱釋光。

進(jìn)一步優(yōu)選，在所述的樣品托架上還設(shè)有輻照槽，輻照槽上方的樣品腔上壁上設(shè)有輻照單元，所述的計(jì)算機(jī)控制分析處理單元還與輻照單元相連，以控制輻照單元。

所述的光電轉(zhuǎn)化探測(cè)單元優(yōu)選為光電倍增管、電荷耦合裝置（CCD）或增強(qiáng)型電荷耦合裝置（ICCD）。

所述的分析單元主要是讀取光電轉(zhuǎn)化探測(cè)單元的電信號(hào)，分析樣品的熱釋光發(fā)光特征，包括但不限于發(fā)光峰值、發(fā)光光譜、劑量響應(yīng)靈敏度、激發(fā)光響應(yīng)、熱淬滅等等的數(shù)量特征，再與經(jīng)X射線、紫外光或者同位素放射源輻照的、已知受熱歷史的同種樣品的熱釋光發(fā)光特征進(jìn)行對(duì)比，從而估計(jì)樣品的受熱歷史、溫度變化歷史和經(jīng)歷的最高溫度等參數(shù)。

本發(fā)明的基于測(cè)量非金屬晶體礦物電荷分布的環(huán)境溫度變化測(cè)定方法，其特征在于，包括以下步驟：