脉冲电子束辐照氧化铝陶瓷中异常热释光衰退现象的机理研究及其在辐射剂量学中的应用

研究人员针对高剂量(15 kGy)脉冲电子束(130 keV)辐照的α-Al2O3纳米陶瓷中出现的异常热释光(TL)衰退现象（440 K峰1小时衰减达70%），通过峰值形状分析和等温衰减曲线对比，提出局域化电子跃迁模型，解释了陶瓷与Al2O3:C晶体在TL行为上的差异，为高剂量电子束辐射监测提供了新材料理论基础。

　　

在辐射剂量监测领域，热释光(Thermoluminescence, TL)材料犹如"辐射信息的存储器"，其性能直接关系到剂量测量的准确性。然而传统Al₂O₃:C晶体在高剂量电子束辐照下表现稳定却价格昂贵，而新型纳米陶瓷材料虽成本低廉却存在令人困惑的"记忆丢失"现象——样品在室温储存1小时内竟会丢失高达70%的辐射信息，这种异常衰退(Anomalous Fading)严重制约着其在脉冲电子束(130 keV)辐射监测中的应用。俄罗斯的研究人员通过系统研究，揭开了这一反常现象背后的量子机制。

为阐明氧化铝陶瓷异常TL衰退的物理本质，研究人员采用脉冲电子束辐照(130 keV，15 kGy)处理由α-Al₂O₃纳米粉末(60-120 nm)制备的陶瓷样品，通过对比商业Al₂O₃:C晶体(TLD-500)，运用热释光曲线分析、等温衰减实验和峰值形状解析等方法，重点研究了440 K温度区间的TL峰行为特征。

【TL Curves at Linear Heating】章节显示，尽管陶瓷与晶体样品在440 K处呈现形态相似的TL峰，但陶瓷样品表现出两个显著差异：一是TL强度比晶体低3个数量级；二是存在异常快速的衰退动力学。通过加热速率实验发现，陶瓷样品的TL光总和随升温速率增加而增大，这与经典热激发理论预测相反。

【Conclusion】部分提出的局域化跃迁模型完美解释了这些反常现象：陶瓷中纳米颗粒界面处存在特殊的缺陷结构，使得被陷阱捕获的电子可不经导带(Conduction Band)而直接跃迁至复合中心，这种量子隧穿效应导致室温下即可发生显著的电荷流失。该研究不仅为高剂量电子束(100-300 keV)辐射监测提供了新材料设计思路，更深化了对纳米材料中电荷传输量子行为的理解。

这项发表于《Radiation Physics and Chemistry》的研究具有双重意义：在应用层面，揭示了纳米陶瓷材料在高剂量辐射监测中的特殊优势与局限；在理论层面，提出的局域化跃迁机制为解释宽禁带材料中的反常电荷输运现象提供了新范式。研究获得俄罗斯联邦科学与高等教育部资助(FEUZ-2023-0014)，为辐射技术 sterilization和材料改性等工业应用提供了重要的剂量学参考。