热释光测定年代

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1、第?卷第?期!年 月文物保护与考 古科学# %牛津大学考古与艺术史研究实验室 ?周 智新译上海博物馆上海? ? ?术语4 ?人工热释光。样品在实验室中因受电离辐射的照射而感生的潜在热释光5 ? ?等效剂 量。待定年代的事件发 生之后样品所接受的剂量,它是 从所测到的人 工热释光和天然 热释光估算 出来 的。严格地说这 个 术语假设了潜在热释光的感 生是 与 剂量 成线性关系的,而在古 剂量尸中已考虑了非线性如果存在的话?。可替代的术语有增生 剂量 ,.?、累积剂量 ,.?、考古 剂量,.?和总剂量 .?。 ?衰退。潜在热释光在贮存期 间的丢 失,不正常衰退 是指这 样一种丢 失,它超过了根据有

2、关的电子陷阱深度及频率因子的测量所预期的热衰退。?地质热释光1:343 : 48:34;:;:?在考古应 用中,它属于样品在待定年代的事件发 生之前所感 生的潜在热释光。 ? 发光曲线。在测热释光时,样品被加热后 光的强度 随温度 变化的图。 ?9值。同一样品相同剂量 和刀或丁剂量所 感 生的热释光之比。这个相对效率也可替换地表示 为值或值二9 3 ?天 然热释光。样品被采 进实验室之前所感 生的热释光。天然的可替换说法 类似于 剂量 数目中所列的那些,也就是增生热释光或考古热释光 等。 ? 光测定年代。用光激 发光(#0 ?替代热激 发光。可替换的名 字有光子激发 发光 #0 ?和光子发光0

3、 ?。 !? 古剂量4:33 :?。见等效剂量条 ?坪检验48: ;8:8?。用 0强度比随发光曲线温度 变化图比较 两条发光曲线。 ?假热释光。非辐射感 生的发光。 ? ?置零。在待定年代的事件发生之前所感生的潜在热释光的全部或部分去除。 ?分区。矿 物粒 子中的不均匀性,即有高活性区,低 活性区和 高热释光灵敏区、低热释光 灵敏区。一些矿物例 如石英 和长石 ?受到 电离辐射如、刀粒子或下、射线 ?的照射 后再对它加热会发射出光 0 ?。这 个 0的强度正 比于电离辐射的剂 量,这 些剂 量是在以前感 生的潜在 0全部被去除的事件发生之后接收的。对 于被焙烧过的泥土中的矿物这个事件就是古人

4、类用火烧例如烧陶器?,而电离辐 射则 是 由泥土 本身 和周 围的土壤中的放射性杂质钾、钠和第?期周智新译热释光 测定年代牡?提供 的,年龄2基本上得自2一 1 . ? 4 ? 式中,1是 天然 0,是单位人 工辐射剂量 所感生的 0,.是在古代每年接受的剂量 年剂量 ?,1和两者都是约 在以上发射的 0火烧过的石 头也 可 被定年代,在旧石器时 代考古学中烧过的火石 特别重要。受光的照射也 能使潜在 0消 失。因此 定 出未烧过的沉积物的年代 也是可能的,只要它在沉淀过程中受 到阳光适 当地 照射,这种应用被用于 第四纪地质学研究,一种替代的技术,光定年代,看来从! 年起会变得更重要。?物理

5、机制? 5 基本模型在任何矿物中产生 0的机制的细节还了解得不太清楚,只有对生长于实验室的杂质被严格控制了的晶体其细节才能被阐明。但是 0定年代的主要特点 可以用一个简单的模型讨论。在这种模型中由电离辐射产生的 自由电子被贮存在陷阱中,在 那儿直 到样品被加热为止如为了测 量 ?它们一直保持亚稳状态。电子的释放是晶格振动增大 所造成的,所释放的电子有些去 向发光中心并 与这样的中心结合而发射光子。在大多 数天然离 子晶体以及由晶格 缺 陷所 形成的共价固体中存在 陷 阱,但 是某 些 其他类型的绝缘体像玻璃也 显示0,它的发 光中心 是伴随着的杂质 原 子产 生的。这 些 发 光中心确定了0的

6、颜色。电子陷阱主要位于 缺少 负电荷的地 方或多余一个正电荷的地方。 0过程 也能由带电荷的空穴造成,但是在讨论中只谈及电子比较方便。? 5?稳定性电子保持在陷阱中的时间的长短取决于 电子 由所考虑的那种陷阱获得 自由所需的能量 7的样品第?期周智新译二热释光测定年代碟子上。这些粒 子是各种矿物的混合物,或者有或者没有放射性。它们接受了粒子对年剂量的所有贡献,剂量的测 量单位是戈瑞1?即=9,由于所 产生的电离密度高,“粒 子感 生0不及刀粒子或射线那么有效,故有效的“贡献.厂9 .,其中.是真正的剂 量,对每个样品都要测,典型值在5一5,代 人公式 ?中去的年剂 量因此为.一.。.5.。?式

7、 中,下标指示辐射的种类,指宇宙线。对含有 钾 一,牡和 “铀的典型浓度的陶器和泥土,.的数 量级是#1 年,不同种类 辐射的贡献分别是 , ,? 和 ,其中.。和.口是 用样品内部的放射性 测量的,.是 从离样品 5以内的土壤 中的放射性测 量的,对于象方解石和烧过的火石那样的样品,内部的放射性常常是较低的,因此,.5 在剂量中是占优势的贡献。需要警惕样品和土壤在埋藏时期的湿度,因为水的存在减弱 了所接受到的辐射注量率,在陶器 中含水量 通常为一? ,土壤中为 一 ,平均含水量的不确定性使年龄误差难以降到小于士。替换细粒 法的一个方法是 用 大小为! 一 即的石英夹杂物。受粒子照射过的粒子的

8、外层用浓氢氟酸蚀去,从 而 可 以消去 公式 ?中的.,。也 可 以用长石。对 于 大小超过拜钾长石内部的 刀贡献增大。对于错石粒 子,由于它的铀牡含量 高,内剂量占优势,但是很难用 于定年代,因 为它们的放射性 和 0灵敏度都不均 匀。这两个 量的反相关使所得 0年龄低到错的程度,除非用自动再生 法。就是天然 0被测过 以后把粒子贮存起来,几个月以后 测出其重新 从他们的内部放射性累积起来的 0。用 于放射性分析的方法有中子 活化,化学分析钾? 厚源和刀计数,丁能谱分析,用高灵敏 0磷光体作吞、剂量 测量 如天然萤石 以及人工铺激活的硫酸钙?、测下剂量 用一小管磷光体理在遗址 上约一年,也

9、用丁谱仪作就地或实验室分析,由于铀 牡?衰变系的不平衡,使用有些技术,可能推导出不准确的剂量值。最普通的不平衡原因是氧一? ?气体 的逃逸,它发 生于铀一? ?链的中途,也可能是 链中某 些放射性元素的优先溶解,这种变化也 许在古代已经发生了。样品种类和年龄范 围5烤过的泥 土和烧过的石头可 用 0定年代的最早的陶器约为一万年以前的陶器,甚至还 可更早一些,但早多 少取决于所考虑的矿物,对石英,三一五万年以前饱 和就开始了。泥土中的放射性高,饱和 开始得更早,其他矿物的限值了解还不清楚,但碱长石的限值似乎是五十万年左右由于它的特殊的稳定性。在年龄范围的上端近端?限制 是 0讯号弱所造成的。这个

10、 限制不适用于前剂量技术,前剂量技术可 测定 几十年以前烧制的陶器的年代。一个重要的条件是标本至少 被埋在5的深度 并 采集埋葬标本周 围的泥土样品,如有可 能最好就地作放射性测量。每件标 本 至少 是 厚 宽,希望每个遗址采个标本,年龄的误差通常是士一士。如果对干扰因素缺 乏估计,则难以得到好的准确度。将烤过泥土的同样年龄界限应 用于 烤过的石 头,由于放射性和 0灵敏度的不均匀也许有其他的因难。烧过的隧石或浅隧 石 ?因没有上述干扰所以是良好的测定年代材料。用它已文物保护与考古科学第?卷定出了几十万年的年龄,主 要局 限性是 古 遗址中充分大的隧石 较 少。该 方法的样品颗粒 大小的要求及

11、误 差的限值与陶器相同。 5?膺品检验热释光定年代对检验假的艺 术陶是一个非常有用的方 法。在这 方 面的应 用典型的误差限是士? ,它 是可能接受的。由 于.5 的不确定性和允许取的样品量较小产 生了很宽的误差限。样品量约 为%(粉未得 自一个不显眼的地 方钻一个 宽及深的小孔,对于瓷器取一个 的芯 并切成5的薄片进 行 测量,检验假的青铜的头像等 也是可能的,只要它有一个在浇铸过程中焙烧过的泥芯。 5非烧过的材料石荀的方解石 因在晶体形成时它的潜在 0几乎为零而也可被测定年代。年龄的范 围粗略地为五千一五十万年,后一限 制是 信号不稳定所造成的。对年龄大的样品会有重结晶的干扰。贝壳、骨头和

12、牙齿是不适用的,因为加热会分解。未烧 过的沉积物到 几十万年?可 以被测 定年代,只要它在沉淀时受到 阳光的足够照射以去除所有潜在0,除了少量的残余。这不是利用加热 而是利用光把电子赶出陷阱,第一位的材料是黄土,一种风 吹沉积物,在世界的各个部分有很多这种沉积物,例如中国和 欧州的西北部,水沉积物也 能被测定年代。光 测定年代对于这种方 法,讯号是 由于 电子被光直 接从陷阱中赶 出而得到的,所以只取光敏 的陷阱作为样品,也 就是 那些可能被日光晒退而且很容易置零的陷阱。这在测定未烧过的沉积物年龄上特别有利,如果用 0,晒退困难 而且不能晒退的陷阱也被取作样品,这 些陷阱不仅需要几个小时的日光

13、 才能 去 除大 部 分 0信号一与 光驱赶的仅几分钟相比一而且最终到达的残余水平不是很可观的。这 个技术!? 年 由.5 =5 /; 84: 最 早 提出。他用 氢离子激光的4 ;线绿 ?作为 光源。后 来 其他波长 和 其他光 源 也 被用了,例 如发 光 二极管。样品口的光 强典型地是在一3,需要严格地甄别散射激 发 光,通常需将几块只 通过兰或紫光的滤色片放在测 光的光电倍增管之前,可从各种 矿物得到合适的讯号,包 括石英、长石和错石。和以前说的一样,一般地过 程是用瞬时发 光,另一种替代是用磷光,它在一个短脉动光激光 之后可持续 几 秒钟,好处 是不需要 用滤 色片挡住散射的激发光。这对光转移热释光 0 ?也是 对的,第一步 是将电子从深陷阱中赶出,其中有一些重 新被浅陷阱俘获 例 如对石 英 。峰相应的那种陷阱?然 后再测来自浅陷阱的 0,它代表的是 与年龄相关的深陷阱的电子群。译自 :43: 3: 4:4:; : ;: :;343 ,! 2: 339! 一?一收到