天然亚历山大石首次线性调制光激发发光(LM-OSL)分析及其在剂量学中的应用潜力

本研究针对天然亚历山大石(BeAl2 O4 :Cr3+ )的发光特性展开探索，通过线性调制光激发发光(LM-OSL)技术首次解析其粉末与聚合物复合形态的发光曲线组分。研究发现其信号由超快/快、中/慢两对陷阱对构成，并证实100°C预热会消除超快组分。470 nm蓝光激发下的光致发光现象提示其在OSL剂量学中的应用需优化激发条件，为开发新型辐射剂量材料提供了理论依据。

　　

在辐射剂量监测领域，寻找新型高灵敏度材料始终是研究热点。传统石英和铝氧化物虽广泛应用，但其信号复杂性和环境稳定性存在局限。而天然亚历山大石——这种因含铬离子(BeAl₂
O₄
:Cr³⁺
)呈现变色效应的稀有宝石，近年因其独特的化学组成引起学者关注。巴西作为全球最大亚历山大石产地，其研究团队发现该矿物含有与OSL剂量材料相同的BeO和Al₂
O₃
组分，但关于其光激发发光特性的系统研究仍属空白。

为揭示亚历山大石的OSL特性，圣保罗研究基金会(FAPESP)支持的研究团队采用创新性的线性调制光激发发光(LM-OSL)技术，对巴西巴伊亚州产出的天然亚历山大石展开多维度分析。不同于传统连续波(CW-OSL)的单调衰减曲线，LM-OSL通过线性增强激发光强(φ=γt)，使不同陷阱能级的电子释放过程形成特征峰。研究人员将粉末样品与聚合物复合制成片剂，结合X射线荧光(XRF)元素分析和变温实验，系统研究了其发光组分与热稳定性。

关键技术包括：(1)采用HORIBA MESA-50 XRF分析仪测定元素组成；(2)LM-OSL系统在470 nm蓝光激发下记录发光曲线；(3)首次对亚历山大石进行四组分一级动力学解卷积；(4)通过100-500°C预热处理评估热稳定性。

材料与方法
研究选用巴伊亚州天然亚历山大石，研磨至<75μm粒径。XRF分析显示其主要含Al(72.3%)和Si(18.9%)，关键杂质Cr(0.28%)和Fe(1.05%)影响发光特性。样品经500°C热处理后，分别测试粉末和聚合物复合形态的OSL响应。

X射线荧光
元素分析证实Cr³⁺
的存在，其作为发光中心与Fe³⁺
共同影响陷阱分布。Al₂
O₃
的高含量(89.7wt%)为形成稳定晶格奠定基础。

结论
研究发现：(1)LM-OSL曲线可解构为超快(τ<1s)、快(τ≈10s)、中(τ≈100s)、慢(τ>1000s)四组分，实际构成两个动力学对；(2)100°C预热使超快组分完全淬灭，提示该陷阱能级较浅；(3)470 nm激发时出现光致发光干扰，表明蓝光光子能量过高可能激发非剂量相关电子跃迁。

讨论
该研究首次建立亚历山大石LM-OSL组分解析模型，揭示其作为剂量材料的优势与局限：两对陷阱组分为多温度区间剂量测定提供可能，但需避免蓝光激发干扰。后续研究应探索更佳激发波长，并评估Cr³⁺
浓度对信号的影响。成果发表于《Radiation Measurements》，为开发基于天然矿物的新型剂量计奠定理论基础，对巴西特色矿产资源的高值化利用具有双重意义。