Термолюминесцентное датирование ( ТЛ ) — это определение, посредством измерения накопленной дозы радиации , времени, прошедшего с момента нагревания материала, содержащего кристаллические минералы ( лава , керамика ), или воздействия солнечного света ( осадки ). Поскольку кристаллический материал нагревается во время измерений, начинается процесс термолюминесценции . Термолюминесценция испускает слабый световой сигнал, который пропорционален дозе радиации, поглощенной материалом. Это тип люминесцентного датирования .
Метод широко применяется и относительно дешев, около 300–700 долларов США за объект; в идеале тестируется несколько образцов. Отложения на сегодняшний день обходятся дороже. [1] Необходимо разрушение относительно значительного количества материала образца, что может быть ограничением в случае произведений искусства. Нагрев должен довести объект до температуры выше 500 °C, что покрывает большинство керамики, хотя фарфор с очень высокой температурой обжига создает другие трудности. Он часто хорошо работает с камнями, которые нагревались на огне. Глиняная сердцевина бронзовых скульптур, изготовленных методом литья по выплавляемым моделям, также может быть проверена. [2]
Различные материалы значительно различаются по своей пригодности для этой техники в зависимости от нескольких факторов. Последующее облучение, например, если делается рентген, может повлиять на точность, как и «годовая доза» радиации, которую захороненный объект получил от окружающей почвы. В идеале это оценивается измерениями, проводимыми в точном месте находки в течение длительного периода. Для 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 точная дата не может быть оценена. [2]
Природные кристаллические материалы содержат дефекты: примесные ионы , дислокации напряжения и другие явления, которые нарушают регулярность электрического поля , удерживающего атомы в кристаллической решетке вместе. Эти дефекты приводят к локальным горбам и провалам в электрическом потенциале кристаллического материала . Там, где есть провал (так называемая « электронная ловушка»), свободный электрон может быть притянут и захвачен.
Поток ионизирующего излучения — как от космического излучения , так и от естественной радиоактивности — возбуждает электроны из атомов в кристаллической решетке в зону проводимости , где они могут свободно перемещаться. Большинство возбужденных электронов вскоре рекомбинируют с ионами решетки, но некоторые будут захвачены, сохраняя часть энергии излучения в форме захваченного электрического заряда ( рисунок 1 ).
В зависимости от глубины ловушек (энергии, необходимой для освобождения из них электрона) время хранения захваченных электронов будет разным, поскольку некоторые ловушки достаточно глубоки, чтобы хранить заряд в течение сотен тысяч лет.
Другим важным методом тестирования образцов из исторических или археологических памятников является процесс, известный как термолюминесцентное тестирование, которое основано на принципе, что все объекты поглощают излучение из окружающей среды. Этот процесс освобождает электроны внутри элементов или минералов, которые остаются захваченными внутри объекта. Термолюминесцентное тестирование включает нагревание образца до тех пор, пока он не испустит тип света, который затем измеряется, чтобы определить, когда объект в последний раз нагревался.
При термолюминесцентном датировании эти долговременные ловушки используются для определения возраста материалов: когда облученный кристаллический материал снова нагревается или подвергается воздействию сильного света, захваченные электроны получают достаточно энергии для выхода. В процессе рекомбинации с ионом решетки они теряют энергию и испускают фотоны ( кванты света ), которые можно обнаружить в лаборатории .
Количество произведенного света пропорционально количеству захваченных электронов, которые были освобождены, что в свою очередь пропорционально накопленной дозе радиации. Чтобы связать сигнал (термолюминесценцию — свет, произведенный при нагревании материала) с дозой радиации, которая его вызвала, необходимо откалибровать материал с известными дозами радиации, поскольку плотность ловушек сильно варьируется.
Термолюминесцентное датирование предполагает «нулевое» событие в истории материала, либо нагревание (в случае керамики или лавы), либо воздействие солнечного света (в случае осадков), которое удаляет ранее существовавшие захваченные электроны. Поэтому в этот момент сигнал термолюминесценции равен нулю.
С течением времени поле ионизирующего излучения вокруг материала заставляет захваченные электроны накапливаться ( рисунок 2 ). В лаборатории можно измерить накопленную дозу радиации, но этого недостаточно для определения времени с момента обнуления.
Сначала необходимо определить мощность дозы радиации — накопленную за год дозу. Обычно это делается путем измерения альфа-радиоактивности ( содержание урана и тория ) и содержания калия (K-40 является бета- и гамма- излучателем) в материале образца.
Часто измеряется поле гамма-излучения в месте расположения материала образца, или оно может быть рассчитано на основе альфа-радиоактивности и содержания калия в среде образца, а затем добавляется доза космических лучей . После определения всех компонентов поля излучения накопленная доза из измерений термолюминесценции делится на дозу, накапливаемую каждый год, чтобы получить количество лет с момента обнуления.
Термолюминесцентное датирование используется для материалов, для которых радиоуглеродное датирование недоступно, например, для отложений . Его использование в настоящее время распространено при аутентификации старых керамических изделий, для которых оно дает приблизительную дату последнего обжига. Пример этого можно увидеть в Rink and Bartoll, 2005.
Метод термолюминесцентного датирования был модифицирован для использования в качестве пассивного инструмента анализа миграции песка Кейзарсом и др. в 2008 году ( рисунок 3 ), что продемонстрировало прямые последствия, возникающие в результате неправильного пополнения истощенных пляжей мелким песком, а также предоставило пассивный метод контроля за пополнением песка и наблюдения за речным или другим поступлением песка вдоль береговых линий ( рисунок 4 ).
Оптически стимулированное люминесцентное датирование — 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, испускаемый образцом, регистрируется для измерения.
Oxford Authentication: Главная - Тестирование TL Аутентификация «Oxford Authentication® Ltd проверяет подлинность керамических древностей с помощью научного метода термолюминесценции (TL). Тестирование TL — это метод датирования археологических предметов, который позволяет отличить подлинные древности от поддельных». Ознакомьтесь с некоторыми из их тематических исследований здесь: https://www.oxfordauthentication.com/case-studies/