Zpět: Radiouhlíková metoda určování stáří O úroveň výše: Ionizujici zareni pri vyzkumu Pokračovat: Příklady aplikace

Termoluminiscenční datování

Radiačně indukovaná termoluminiscence: Působením ionizujícího záření mohou být v některých pevných látkách zachyceny elektrony v metastabilní poloze v záchytných centrech ležících v zakázaném pásu mezi valenčním a vodivostním pásem, způsobených nečistotami a nepravidelnostmi v krystalové mřížce. Uvolní se opět teprve při dodání energie zvnějšku, např. ohřevem látky. Při následných přechodech mezi jednotlivými energetickými hladinami mohou tyto elektrony přecházet přes tzv. luminiscenční centra - emituje se elektromagnetické záření, často ve viditelné oblasti. Závislost takto vyzářené světelné energie na teplotě látky v průběhu ohřevu se nazývá vyhřívací křivka. Počet zachycených elektronů je úměrný dávce, světelný tok je úměrný počtu zachycených elektronů, proto výška maxim na vyhřívací křivce nebo plocha pod ní jsou úměrné dávce. Stanovení dávky: změřením světelného výstupu při ohřevu (ve fotonásobiči přeměna světelného signálu na elektrický s následným zesílením a registrací).

Poznámka: Fotonásobič - elektronická součástka, složená ze systému elektrod v evakuované trubici. Na první elektrodě, tzv. fotokatodě, dojde při dopadu fotonů k emisi elektronů fotoefektem, potenciální rozdíl pak tyto elektrony urychluje k dalším elektrodám, tzv. dynodám, na kterých dochází k postupnému násobení jejich počtu, takže se na výstupu z fotonásobiče dostane dobře zpracovatelný a měřitelný elektrický signál.

  

Obrázek 3: Pásový energetický diagram pevné látky s vyznačenými přechody odpovídajícími za termoluminiscenci.

Využití termoluminiscence pro datování: U materiálů, které na počátku svého osudu prošly tepelným zpracováním při vysokých teplotách (vypalovaná keramika, cihly), byly v tom okamžiku uvolněny všechny elektrony zachycené v metastabilních polohách v záchytných centrech. Prázdná centra jsou nadále obsazována elektrony v důsledku dávky od přírodních radionuklidů v samotném materiálu i jeho okolí (především radionuklidy přírodních přeměnových řad a ⁴⁰K), případně též z kosmického záření. Odtud: dávka, kterou materiál obdržel a my ji můžeme změřit pomocí termoluminiscenční odezvy, je úměrná stáří T předmětu od jeho vypálení. Příslušný vztah pro stáří:

T = $${\frac{R_{nat}}{S\cdot D}}$$ ,

R_nat - termoluminiscenční odezva daného vzorku materiálu (tzv. přírodní termoluminiscence, vyvolaná přírodním zářením za dobu, kterou chceme stanovit),
S - termoluminiscenční citlivost daného materiálu (tj. odezva na jednotkovou dávku), dávkový příkon působící na vzorek po dobu jeho ``života'' (dávka za jednotku času, zpravidla za jeden rok). Nejobvyklejší minerál v keramice a cihlách vykazující termoluminiscenci: křemen.

  

Obrázek 4: Termoluminiscenční vyhřívací křivka křemene.

Měřitelné stáří: závisí na termoluminiscenční citlivosti materiálu a obsahu přírodních radionuklidů - běžně 100 - 10 000 let. Dolní mez je dána citlivostí měřící aparatury (minimální dávkou, kterou lze ještě stanovit), horní nasycováním křivky odezvy (tj. postupným zaplňováním existujících záchytných center). Obě tyto meze se s klesající citlivostí termoluminiscenčního materiálu nebo klesajícím obsahem radionuklidů a tedy menší dávkou za jednotku času posouvají dále do minulosti. Chyba stanovení stáří: v optimálním případě kolem 3%.

Hlavní problémy:

a)

chyba stanovení dávkového příkonu ve zkoumaném materiálu (keramickém střepu, cihlové zdi).

b)

spontánní vyprazdňování záchytných center při pokojové teplotě (tzv. fading) vyžaduje používat pro datování centra vyprazdňovaná až při vysokých teplotách cca nad 350  ^oC, v nichž jsou zachycené elektrony dostatečně stabilní. Při takových teplotách již nastávají problémy s teplotním svícením materiálu, které tvoří postupně s teplotou rostoucí pozadí pro měřený efekt.

c)

Náročná příprava a zpracování vzorků pro termoluminiscenční měření.

d)

Nestejná citlivost materiálu vykazujícího termoluminiscenci na různé druhy záření, zejména odlišná citlivost na záření a od citlivosti na záření $\beta$,$\gamma$ a kosmické, vyžadující složitou a časově náročnou kalibraci odezvy uměle aplikovanými dávkami ionizujícího záření.

Občas se pro určování stáří zejména archeologických nálezů užívají i další metody založené na radionuklidech a ionizujícím záření, zejména elektronová spinová rezonance, draslík - argonová metoda a některé postupy založené na radionuklidech, které jsou součástí přírodních přeměnových řad.

Zpět: Radiouhlíková metoda určování stáří O úroveň výše: Ionizujici zareni pri vyzkumu Pokračovat: Příklady aplikace