Численное моделирование воздействия радиоактивного излучения на кварц с дефектами кристаллической структуры и анализ термолюминесцентного сигнала

Abstract

Developing thermoluminescent (TL) dating methods for quartz-containing deposits has required a series of numerical experiments within the framework of the band model to study the rate of electron accumulation in quartz crystal structure defects under radioactive radiation. The crystal model contained two different types of electron traps and one emission center. A system of differential equations was solved numerically, relating the rates of change in the electron concentration in defects of the crystal structure and the electron concentration in the conduction band and holes in the valence band. The results have shown that the intense radiation exposure alters the dynamic equilibrium concentration of electrons in the traps, which significantly modifies the TL signal. In accordance with this, the sensitivity marker material to the radioactive dose, required for absolute dating and received by its intense radiation exposure, cannot be determined correctly. In addition, the numerical experiments have confirmed the possibility of dating the samples by the position of the TL signal’s maximum on the time axis, as well as the possibility of obtaining the dating by the TL signal’s amplitude.

Для разработки методов термолюминесцентного (ТЛ) датирования по кварцсодержащим породам, в рамках зонной модели была проведена серия численных экспериментов по изучению темпов накопления электронов в дефектах кристаллической структуры кварца под воздействием радиоактивного излучения. В кристалле моделировались ловушки электронов двух разных типов и один центр свечения. Численно решалась система дифференциальных уравнений, связывающая скорости изменения концентраций электронов в дефектах кристаллической структуры и концентрации электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Показано, что интенсивное радиоактивное облучение изменяет динамическое равновесие концентрации электронов в ловушках, что существенным образом изменяет форму стимулируемого ТЛ-сигнала, фиксируемого при нагреве образцов песчинок кварца. В соответствие с этим необходимая для абсолютного датирования чувствительность материала-маркера к дозе радиоактивного облучения образцов, получаемая посредством его интенсивного радиоактивного облучения, не может быть определена правильно. Численные эксперименты также подтвердили возможность датирования образцов по положению максимума ТЛ-сигнала на временной оси и получения датировок по амплитуде ТЛ-сигнала.