天然萤石热释光发射光谱分析：探寻新型辐射剂量材料的稀土元素特征

本文推荐：该研究通过热释光发射光谱（TES）技术系统分析了全球不同地质来源的天然萤石样本，揭示了Dy3+、Er3+和Ce3+等稀土离子在辐射剂量材料中的主导作用，并发现Dy3+/Mn4+共掺杂萤石具有最高光发射效率，为开发高灵敏度热释光（TL）材料提供了新方向。

　　

亮点

本研究利用热释光发射光谱（TES）技术，在全球多源地天然萤石中筛选出14个代表性样本，首次系统报道了其紫外-近红外区域的发光特征与稀土掺杂的关联性。

引言

热释光（TL）和光激发发光（OSL）是电离辐射剂量测定的核心技术。氟化钙（CaF₂）因其高灵敏度和特殊发光特性，被广泛应用于个人/环境辐射监测、放射治疗等领域。例如CaF₂:Tm的TL峰具有独特动力学行为，而本研究发现Dy³⁺/Mn⁴⁺共掺杂体系展现出更优性能。

天然样本筛选

研究团队从南美、非洲、亚洲和欧洲市场采购了14份未认证地理来源的萤石样本。尽管缺乏产地证明，但通过X射线衍射（XRD）确认所有样本均为纯相CaF₂晶体（ICSD编号060559），其尖锐衍射峰为后续光谱比对奠定基础（图3-a）。

结论

TL光谱分析表明，萤石的发光特性主要源于晶格中稀土元素（如Dy³⁺、Er³⁺和Ce³⁺）的能级跃迁。部分样本中还检测到Eu²⁺、Sm³⁺和Pr³⁺的特征发射峰，而紫外区未知发光中心的发现为后续研究提供了新线索。特别值得注意的是，Dy³⁺/Mn⁴⁺共掺杂萤石表现出迄今已知最高的辐射致发光效率。