熱釋光探測器是利用熱致發光原理測量核輻射的裝置，基本依據是某些材料的晶體受輻射照射后具有能量累積儲存作用。當加熱到一定溫度時又以發光的形式釋放能量，而且與受照射劑量成正比關系。
熱釋光元件可以重復使用。但是，經核輻射照射后的熱釋光體只允許一次加熱測量，因為加熱后，儲存的信息就被破壞了，不能復查測量結果。在劑量監測中，萬一某次測量失誤，測量結果就被丟失。要再次使用時，熱釋光體要用高溫退火。對不同材料，退火溫度不*相同。
當磷光體（晶體）受到電離輻照時，射線與晶體相互作用，產生電離和激發，使晶體價帶中的電子獲得足夠的能量游離出來，上升到導帶，在價帶中剩下空穴。被電離激發的電子空穴在亞穩態能級分別被晶體中的缺陷所俘獲（激發），這些缺陷稱為“陷阱”（俘獲電子的缺陷）或“中心”（俘獲空穴的缺陷），統稱為“發光中心”。處于亞穩態能級上的電子和空穴在無外源激發的環境下，可以長時間滯留在缺陷中。隨著時間的積累，輻射劑量增加，被缺陷俘獲的受電離激發的電子和空穴數量增加，所以在線性劑量范圍內磷光體熱釋光的強度與所接受的輻射劑量成正比。
當加熱磷光體時，電子和空穴從發光中心中逸出，電子和空穴快速復合，或游弋經導帶后與禁帶中的空穴復合。在上述幾種復合過程中，都以可見光或紫外光的形式釋放能量，這種現象稱為熱釋光。
熱釋光具有以下幾個特征：
1、磷光體的熱釋發光曲線的形狀（峰數等）與其能級及晶格中的缺陷有關。不同的磷光體具有不同的陷阱能級。同一磷光體存在著一個或多個不同的陷阱能級。低溫峰對應能量較低的淺陷阱。高溫峰對應能量較高的深陷阱。
2、磷光體的熱釋光強度（發光峰的高度或發光峰的面積）與發光中心的電子、空穴數有關，而后者取決于所接受照射劑量的大小。在線性劑量范圍內磷光體的熱釋光強度與所接受的輻照劑量成正比。
3、磷光體熱發光曲線的形狀還與其他一些參數有關，如熱釋光探測器的光譜響應靈敏度、加溫速率以及磷光體和加熱介質之間的熱接觸等。
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