Термолюминесцентное датирование

Рисунок 1 : Три стадии термолюминесценции, описанные Эйткеном (1985, 1998) и примененные к зерну кварца (Кейзарс, 2008b).

Рисунок 2 : Процесс перезарядки и разрядки термолюминесцентного сигнала применительно к пляжному песку. (изменено из Эйткена, 1998 г.; Кейзарса, 2008a)

Рисунок 3 : Сигнатура термолюминесценции, потерянная во время миграции зерен песка двух размеров (Кейзарс, 2008).

Рисунок 4 : Иллюстрированный метод пассивного мониторинга поступления песка (Кейзарс, 2003).

Термолюминесцентное датирование ( ТЛ ) — определение посредством измерения накопленной дозы радиации времени, прошедшего с момента материала, содержащего кристаллические минералы нагрева ( лава , керамика ), или воздействия солнечных лучей ( осадки ). Поскольку кристаллический материал во время измерений нагревается, начинается процесс термолюминесценции . Термолюминесценция излучает слабый световой сигнал, пропорциональный дозе радиации, поглощенной материалом. Это разновидность люминесцентного датирования .

Этот метод имеет широкое применение и относительно дешев — около 300–700 долларов США за объект; в идеале тестируется несколько образцов. На сегодняшний день осадки стоят дороже. Необходимо уничтожить относительно значительное количество образцов материала, что может быть ограничением в случае произведений искусства. Нагрев объекта, должно быть, достигал температуры выше 500 °C, что покрывает большую часть керамики, хотя очень сильный обжиг фарфора создает и другие трудности. Часто он хорошо работает с камнями, нагретыми огнем. Глиняное ядро ​​бронзовых скульптур, изготовленных методом литья по выплавляемым моделям, также может быть проверено.

Различные материалы значительно различаются по своей пригодности для этой техники в зависимости от нескольких факторов. Последующее облучение, например, при проведении рентгеновского исследования, может повлиять на точность, равно как и «годовая доза» радиации, полученная захороненным объектом из окружающей почвы. В идеале это оценивается путем измерений, выполненных в точном месте находки в течение длительного периода. В случае произведений искусства может быть достаточно подтвердить, является ли произведение в целом древним или современным (то есть подлинным или поддельным), и это может быть возможно, даже если точную дату невозможно определить.

Функциональность

Природные кристаллические материалы содержат несовершенства: ионы примесей , дислокации напряжений и другие явления, нарушающие регулярность электрического поля , удерживающего вместе атомы в кристаллической решетке. кристаллического материала Эти несовершенства приводят к локальным горбам и провалам электрического потенциала . Там, где есть провал (так называемая « электронная ловушка»), свободный электрон может быть притянут и захвачен.

Поток ионизирующего излучения — как космического излучения , так и естественной радиоактивности — возбуждает электроны из атомов кристаллической решетки в зону проводимости , где они могут свободно перемещаться. Большинство возбужденных электронов вскоре рекомбинируют с ионами решетки, но некоторые из них будут захвачены, сохраняя часть энергии излучения в виде захваченного электрического заряда ( рис. 1 ).

В зависимости от глубины ловушек (энергии, необходимой для освобождения из них электрона) время хранения захваченных электронов будет варьироваться, поскольку некоторые ловушки достаточно глубоки, чтобы сохранять заряд в течение сотен тысяч лет.

В практическом использовании

Еще одним важным методом тестирования образцов из исторических или археологических памятников является процесс, известный как термолюминесцентное тестирование, в котором используется принцип, согласно которому всепредметы поглощают радиацию из окружающей среды. Этот процесс освобождает электроны из элементов или минералов, которые остаются внутри предмета. Термолюминесцентное тестирование включает в себянагревание образца до тех пор, пока он не испустит определенный тип света, который затем измеряется, чтобы определить, когда предмет нагревался в последний раз.

При термолюминесцентном датировании эти долговременные ловушки используются для определения возраста материалов: когда облученный кристаллический материал снова нагревается или подвергается воздействию сильного света, захваченным электронам дается достаточно энергии для выхода. В процессе рекомбинации с ионом решетки они теряют энергию и испускают фотоны ( кванты света ), обнаруживаемые в лаборатории .

Количество производимого света пропорционально количеству освобожденных захваченных электронов, что, в свою очередь, пропорционально накопленной дозе радиации. Чтобы связать сигнал (термолюминесценцию — свет, образующийся при нагревании материала) с вызвавшей его дозой радиации, необходимо калибровать материал с известными дозами радиации, поскольку плотность ловушек сильно варьируется.

Датирование по термолюминесценции предполагает «обнуление» события в истории материала: либо нагревание (в случае керамики или лавы), либо воздействие солнечного света (в случае отложений), которое удаляет ранее существовавшие захваченные электроны. Следовательно, в этот момент сигнал термолюминесценции равен нулю.

С течением времени поле ионизирующего излучения вокруг материала приводит к накоплению захваченных электронов ( рис. 2 ). В лаборатории можно измерить накопленную дозу радиации, но этого самого по себе недостаточно для определения времени, прошедшего с момента обнуления.

год . Сначала необходимо определить мощность дозы радиации – дозу, накопленную за Обычно это делается путем измерения альфа-радиоактивности ( содержание урана и тория ) и содержания калия (К-40 является бета- и гамма- излучателем) материала пробы.

Часто измеряется поле гамма-излучения в месте расположения образца материала или его можно рассчитать на основе альфа-радиоактивности и содержания калия в окружающей среде образца, а также космических лучей добавить дозу . После определения всех компонентов поля излучения , накопленная доза, полученная в результате измерений термолюминесценции, делится на дозу, накапливающуюся каждый год, чтобы получить количество лет, прошедших с момента обнуления.

Связь с радиоуглеродным датированием

Датирование по термолюминесценции используется для материалов, радиоуглеродное датирование которых невозможно, например, для отложений . Его использование сейчас широко распространено при аутентификации старых керамических изделий, для которых указывается приблизительная дата последнего обжига. Пример этого можно увидеть в Rink and Bartoll, 2005 .

Метод термолюминесцентного датирования был модифицирован для использования в качестве инструмента анализа пассивной миграции песка Кейзарс . и др. , 2008 ( Рисунок 3 ), демонстрируя прямые последствия неправильного пополнения голодающих пляжей мелким песком, а также предоставляя пассивный метод контроля за пополнением песка и наблюдения за речным или другим притоком песка вдоль береговой линии ( Рисунок 4 ).

Типичная кривая TL кварца, измеренная с помощью УФ-фильтра во время обычного TL-датирования.

Связь с другими методами люминесцентного датирования

Датирование по оптически стимулированной люминесценции — это родственный метод измерения, который заменяет нагревание воздействием интенсивного света. Образец материала освещается очень ярким источником зеленого или синего света (для кварца ) или инфракрасного света (для калиевого полевого шпата ). Ультрафиолетовый свет , излучаемый образцом, обнаруживается для измерения.

См. также

• Геохронология
• Люминесцентное датирование
• Датирование регидроксилирования
• Термолюминесцентный дозиметр

Примечания

Оксфордская аутентификация: Главная - TL Testing Authentication «Oxford Authentication® Ltd» проверяет подлинность керамических древностей, используя научный метод термолюминесценции (TL). TL-тестирование — это метод датировки археологических предметов, позволяющий отличить подлинные предметы старины от поддельных». См. некоторые из их тематических исследований здесь: https://www.oxfordauthentication.com/case-studies/.

Ссылки и библиография

• GlobalNet.co.uk , Четвертичные исследования TL - Руководство по измерению даты термолюминесценции
• Эйткен, М.Дж., Термолюминесцентное датирование , Academic Press, Лондон (1985) – Стандартный текст для введения в эту область. Довольно полная и довольно техническая, но хорошо написанная и хорошо организованная. Есть второе издание.
• Эйткен, М.Дж., Введение в оптическое датирование , Oxford University Press (1998). Хорошее введение в эту область.
• Кейзарс, КЗ, 2003. NRTL как метод анализа переноса песка вдоль побережья полуострова Сент-Джозеф, Флорида. GAC/MAC 2003. Презентация: Университет Брока, Сент-Катаринс, Онтарио, Канада.
• JCRonline.org , Кейзарс З., Форрест Б., Ринк В.Дж. 2008. Естественная остаточная термолюминесценция как метод анализа переноса песка вдоль побережья полуострова Св. Джозефа, Флорида. Журнал прибрежных исследований, 24: 500–507.
• Кейзарс, З. 2008b. Тенденции NRTL наблюдаются в песках полуострова Сент-Джозеф, Флорида. Королевский университет . Презентация: Королевский университет, Кингстон, Онтарио, Канада.
• Лирицис И., 2011. Датирование поверхности по люминесценции: обзор. Геохронометрия, 38(3): 292–302.
• Мортлок, AJ; Прайс Д. и Гардинер Г. Открытие и предварительное термолюминесцентное датирование двух пещерных убежищ аборигенов в хребтах Селвин, Квинсленд [онлайн]. Австралийская археология, № 9, ноябрь 1979 г.: 82–86. Наличие: < [1] > ISSN   0312-2417 . [цитировано от 4 февраля 15].
• Antiquity.ac.uk , Ринк, В.Дж., Бартолл, Дж. 2005. Датирование геометрических линий Наска в перуанской пустыне. Античность, 79: 390–401.
• Сулласи Х.С., Андраде М.Б., Айта ВЭФ, Фраде М., Састри М.Д. и Ватанабэ С. (2004). Облучение для датирования окаменелостей бразильских рыб методами термолюминесценции и ЭПР. Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами, 213, 756–760. doi:10.1016/S0168-583X(03)01698-7

Внешние ссылки

• Краткое введение в технику TL . Ссылка больше не действительна (октябрь 2022 г.)