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熱ルミネセンスとは、鉱物などの特定の結晶性物質が、電磁波やその他の電離放射線から吸収したエネルギーを加熱によって光として再放出する際に生じる発光現象である。この現象は、黒体放射とは異なる。
高エネルギー放射線は結晶材料中に電子励起状態を生成します。一部の材料では、これらの状態は、結晶格子内の通常の分子間または原子間相互作用を阻害する格子内の局所的な欠陥または不完全性によって、長期間捕捉または拘束されます。量子力学的には、これらの状態は形式的な時間依存性を持たない定常状態ですが、真空のゆらぎが常にこれらの状態を「刺激」しているため、エネルギー的に安定ではありません。材料を加熱すると、捕捉された状態がフォノン（すなわち格子振動）と相互作用し、より低いエネルギー状態に急速に崩壊し、その過程で光子が放出されます。
発光量は、受けた放射線量に比例します。熱ルミネッセンス年代測定法では、土壌中の放射性元素や宇宙線から受ける電離線量が年代に比例するため、過去に加熱された埋設物の年代測定にこの原理が用いられます。この現象は、熱ルミネッセンス線量計に応用されています。熱ルミネッセンス線量計は、人が携帯したり、物体に置いたりする適切な材料のチップが受ける放射線量を測定する装置です。
熱ルミネッセンスは、陶器やその他の焼成された考古学的遺物の年代測定によく用いられる地質年代測定法です。熱によって物質の熱ルミネッセンス特性が消失またはリセットされるためです（図1）。その後、周囲の放射線によってこの物質が再充電されると、以下の式によって経験的に年代を推定することができます。
年齢＝（その後の累積環境放射線量）／（年間累積線量）
この手法は、受動的な砂の移動解析ツールとして使用できるように改良されました（図2）。[ 1 ]この研究は、砂が不足しているビーチに細かい砂を不適切に補充することによって生じる直接的な影響を示しています。ビーチの養浜は世界的な問題であり、観光客のためにビーチを美しく保つために毎年数百万ドルが費やされているため、大きな注目を集めています[ 2 ] 。例えば、ハワイのワイキキなどです。90～150μm （非常に細かい砂）の砂粒は、150～ 212μm（細砂、図3）。さらに、この技術は砂の補充を監視する受動的な方法であり、海岸線沿いの河川やその他の砂の流入を観察する受動的な方法であることが示された（図4）。[ 1 ]