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热释光是一种自然现象，是某些固体物质因长时间受到射线的辐照，在辐射电离作用下，固体物质产生电子-空穴对，一些电子被晶体的缺陷所俘获，在室温下，这种俘获状态是稳定的。
如果将晶体加热，被俘获的电子则从陷阱中逃逸出来与空穴复合，同时以光子的形式释放出它们所贮存的能量，这就是热释光，即TL(Thermoluminescence)
这种光很微弱，只有用高灵敏度的测光量仪器才能测出来，并且在冷却以后再加热时，这种光是不能重新再现的。
自然界的所有沉积物，都含有铀、钍、钾等长寿命放射性元素，它们衰变放出α、β、γ射线。射线使固体物质电离，或使电子被激发到高能态。多数电子会很快恢复到基态，但有一部分电子在晶格内的运动中，会陷入到较高能态的原有晶体的缺陷里，成为被俘获的电子。只有通过加热，才能使陷阱中的电子增加动能而被激发出来，与空穴复合，并以光量子的形式放出能量。
加热放出的总光子数，与陷阱中释放出的电子数成正比。而总电子数与发光体（具有热释光特性的物质）所吸收的辐射能量成正比。因此，年代越久，物质所接受的放射性越强，贮存的能量也越高，热释光量也越大。即热释光量与所接受的放射性总剂量成正比。
铀、钍、钾的半衰期长达109年（10亿年），在较短的时距内（第四纪），可以认为其放射性强度是个常数。
因此，热释光的光强大小与年代成正比。也就是说，在同样的辐射剂量下，样品年龄越老，热发光就越强。
已知样品的自然热释光量（I）与样品所受的总辐射剂量（D）成正比，即：I=k ·D
其中，k是样品对辐照的灵敏度，k=人工辐照引起的热释光量/人工辐照剂量，D=Rt，R是年辐照剂量，t是受辐照的时间。由上可以得出t=D/R=I/Rk (I为自然热释光量)
样品积累热释光以后，遇到光—热事件（如火山活动；粘土被烧制成瓷器；岩石受风化—侵蚀作用，受太阳光中紫外线照射，再沉积下来），就会使原来积存的热释光基本消除，即热释光“时钟”调零。再沉积以后，受周围放射性元素辐照，又重新积累热释光。这样就可以根据热释光来测量陶器、火山活动等的年代，这就是热释光测年法。
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