Changes of luminescence properties dependent on OH-impurities in natural quartz

天然石英の放射線誘起現象である熱ルミネセンス特性は，生成起源の異なる石英試料間はもとより，石英単結晶内においても著しく異なっている．青色熱ルミネセンス（BTL）に強弱部位を示す水晶Zカット薄片を1100℃ で100時間熱処理を施した結果，薄片全体が赤色熱ルミネセンス（RTL）へと変化するとともに，TL感度は極端に増加し，光励起ルミネセンス（OSL）感度にも熱処理に伴う増加傾向が見られた．これらルミネセンス特性変化の原因解明のため，顕微赤外（IR）吸収スペクトルの測定（個々のピークを明りょうにするため液体窒素温度下にて測定）と，示差走査熱量測定（DSC）によるα-β転移温度の変化を測定した．弱いBTL（薄いカラーセンター着色）部位が強いBTL（濃いカラーセンター着色）部位と比較して，OH基由来の強いIR吸収を示すとともに，より低いα-β転移温度を示していた．熱処理後には，含有水を含めOH基由来のIR吸収ピーク減少が見られ，更にはα-β転移温度の一層の低下（薄いカラーセンター部位は571.6℃ から570.3℃ へ）が観測された．石英の熱処理に伴い，水の蒸発揮散を伴う脱水縮合が起き，放射線照射に伴うBTLやカラーセンターの原因であるAlホールセンターを消す原子状水素（H0）の生成が全体的に減少したため，ルミネセンス強度増加がもたらされたと解釈できた．この際，水の揮散により結晶格子にゆがみが生じ，Al不純物関連の点欠陥の結合距離や結合角が変化したため，Alホールセンターの準位が変化し，その結果，BTLからRTLへと変化したと考えた．