测年技术

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Thermoluminescent Dating (TL)
定义: 利用绝缘结晶固体的热释光现象进行断代的技术. 测年对象:陶器、瓷器、火烧粘土标本。 测年范围及误差:
目前可测范围50-50万年以内的标本。 误差目前为11%,理想误差为5%.误差可小于100年,在 2000年以内的样品,比14C精确;在距今2000-8000年 范围内,14C法更为精确;当大于8000年、14C没有年轮 校正曲线时,热释光法可与14C法相互补充。
受热激发的释光称为热释光
thermoluminescence, 简写TL;
受光激发的释光称为光释光
optical luminescence, 简写OL; 或optically stimulated luminescence, 简写OSL。
释光测年的基础
晶体的释光量与它所接受的辐射剂量成正比,辐射ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量又与 时间成正比。
对测年标本的要求
1、含有绝缘体,如石英砂。 2、器物埋藏周围,有恒定的、均匀的辐射能源。 3、要能精确测出埋藏若干年后,石英砂接受辐射能 量的总值
实际上,绝大多数的陶器、瓷器、火烧土、砖瓦都 含有石英砂,可以做测年标本,而粘土、土壤中,均匀 分布着铀、钍、钾四十等辐射恒定、长半衰期的能源, 满足条件。
热释光: 可以直接测出年代,但是有损,倘若真品, 将会造成很大的损失。 该不该进行检测?
中国科学院地质研究所 不同时期火山玻璃,有这不同的老化程度。将
真汝瓷的老化程度 ,发现远小于汝瓷真品。
中子活化(NAA),微量元素的含量亦不再真汝瓷 的范围之内。
光释光测年(OSL)
在TL基础上发展而来的光释光技术,英文为:Optical stimulated luminescence,简称OSL。 自一出现就备受关注。 1985年,Huntleyetal首先提出了光释光法, 1988年,Hutleyetal又提出了红外光释光测年法,英文为: Infra-redstimulatedluminnes-cence,简称IRSL。 90年代,光释光技术得到很大发展,适合于各类沉积物 年龄,如,黄土地层和考古堆积地层年代的测定,其测年 结果可与14C测年相媲美,测年范围从近百年到几十万年。
测年标本的采集
必须明确表明产地的温度、湿度、辐射强度以及所处环境 的具体情况。
采集步骤: 1、详细记录周围的地形、土质、植被等情况,测出距离 地表覆盖层的深度; 2、用微计量辐射仪监督环境辐射,尽量排除在具有异常 辐射的环境下采集标本; 3、所采集的标本,最好连周围环境的土壤5~7厘米,一起 转入准备好的塑料袋,密封起来,进行加固包装;
目前已广泛应用于第四纪沉积物的年龄测定,同时亦用于 陶瓷器年代的测定。
光释光测年原理
光释光技术的原理与热释光近似,也是利用矿物晶体 的 磷光现象。
热释光通过加热,而光释光则是通过光照,退激发光。 由于晶体受辐射损伤后产生的缺陷保存在晶格中,在光的 作用下,原储存的辐射能将以光的形式释放。 储存于晶 体辐射能,对于光的反应不完全相同。 一部分对光敏感, 在光的作用下,即放出光子;这类缺陷称为“光敏缺陷”。 释光测定的正是这些缺陷。
热释光测年法原理
早在十七世纪就发现,某些物体在一定情况下 加热时,在红热出现之前,能发出附加的微弱可见光 (红、黄),可用光敏仪器测出来。待冷却后,再加 热,又不会重现。此现象一般出现在不导电的固体物 体中。
热释光能量的由来?
绝缘结晶固体受到放射性照射发生电离,形成电子和 空穴,被晶格缺陷或陷阱所捕获,因此贮存起一部分辐射 并长期保持。
如果细粒技术测量得到的古剂量大于前剂量技术测量得到 的古剂量,那么,其差额部分就是α剂量,有α成分的古剂量 是天然辐照的,那么这件陶器就是古代的;
如果两个古剂量近似相等,说明古剂量中没有α成分,没有 α成分的古剂量是人工辐照的,那么这件陶器就是现代的。
应用举例
测定古冶金炉渣的年代
古冶金熔炼过程中的高温(1200℃)导致完全删除样品中 任何剩余热释光信号,即可重拨“释光时钟”。
热释光细粒混合矿物法测得了较为理想的年代结果,与样品 的已知年代结果相比吻合得较好。
热释光前剂量饱和指数法测得了该方法的上限饱和年代,即 距今1800年左右。
再生剂量光释光法测得的年代,只是实际年代的50%—80%左 右,结果不太理想。可能与原始瓷不够致密有关,光线可通 过瓷样的微孔隙到达内部,使得部分俘获电子产生逃逸。
自然科学技术测年方法
树木年轮法 碳同位素测年法 释光测年法
古地磁测年法: 电子自旋共振测年法 骨化石氟含量法: 氨基酸消旋法: 钾—氩法: 铀系同位素法: 穆斯堡尔谱法: 黑曜岩水合法断代
释光
释光是矿物晶体接受核辐射作用积蓄起来的能量在受到 热或光激发时,以光的形式释放出来的一种物理现象。
热释光测年的发展史
1663年,英国化学家Robert Boyle和Elsholtz,即描述 了热释光现象,之后陆续有人报道,并称其为“磷光”。
1898年,Trowbridge和Burbank通过实验,基本 探明 了热释光的产生过程。
1953年,美国威斯康星大学的Daniels等人提出用之测 定地质和考古年代的设想,
牛津大学等考古实验室:古陶瓷的热释光鉴定在上世纪 六十年代,由于地处在欧洲,他们鉴定的不光是中国古 陶瓷,还有大量的希腊和中东的古陶器。
香港大学热释光实验室:成立于一九八六年,它的客源 主要是中国大陆、日本、东南亚、台湾、香港等亚洲国 家和地区。近年大陆送去鉴定的数量不断增加,己超过 日本和台湾。
汝窑龙纹钵的鉴定
介绍:
汝窑,是五大名窑之一, 烧制时间前后几十,完整 器物仅存100多件。汝瓷中 带有花纹的器物比较少见, 因此,被列为“国宝级文 物”
在北京琉璃场附件花200块钱,买的一件器物
显微镜下:明显龟裂纹 釉面大量的气泡
同步辐射X射线荧光(SRXRF),其 化学组成Si、Al、K、Ca、Fe落在 汝瓷的范围之内。
但是,由于方法误差、实验误差和测量误差不可避免, 热释光的精确度会受到影响。有些因素会影响对古剂量、 年剂量的测定;需要精确确定天然放射性来源,陶器在历 史上实际接受放射性照射条件等。
识别陶器的人工辐照
α-剂量测定
黏土中U、Th和K产生的α、β和γ射线在陶瓷中的射程不 同。α射线的射程为20—50μm ,β线为1—3mm,γ射射线 为20—40cm。
当加热时,电子和空穴可以从陷阱中释放出来,重新 复合,并以光的形式释放出贮存的能量。
陶器以粘土制成,一般都含有微量铀、钍和钾等放射 性物质。内部还有结晶固体颗粒如石英、长石、云母、磷 灰石等。它们每时每刻都受到各类辐射的作用,包括粘土 本身的铀系、钍系、钾-40放射的α、β和γ射线。
高温时,陶器结晶固体中贮存的能量就被释放完了, 然后重新积累能量,积累的能量随时间而增加。
实验选用分别采自中央欧洲和地中海不同古冶金熔炼场所, 时间分别为史前、中世纪和公元16世纪的7个已知年代的 炉渣样品进行测量。
总的测量误差在10 %范围。该工作表明,用TL直接测定古 冶金炉渣的年代是可行的,只要炉渣中含有石英,并能分离 出100g样品。
原始瓷的三种年代测定方法结果比较
采用热释光细粒混合矿物法、热释光前剂量饱和指数法以及 单片再生剂量光释光法三种测年方法对出土的7件西周、春 秋、战国以及汉代的原始瓷样品进行了年代测定。
经坩埚热释光断代试验,距今为1832±147年。故墓 葬年代大体定为西汉中晚期至东汉中期。
铜绿山的古矿遗址炼炉年代的测定
铜绿山的古矿遗址:位于湖北大冶县,发 现于1973年,在全世界已知年代较早的古铜矿 中,它是保存最好的,在全世界已知保存较好的 古铜矿中,它是年代最早的。
铜绿山古铜矿的炼炉,多数是在ⅩⅡ号矿体发 现的,据热释光测定以及据地层和出土器物推定, 属于春秋时代。
1960年,瑞士伯尔尼大学的Grögler,Houtermans和 Stauffter第一次探测了古陶器发射的热释光;
1964年爱特金(Aitken·M·J)成功测定了古陶器的年龄, 宣告了该方法的成熟。
60年代以后,国内外皆对热释光现象作了系统研究, 可以说,热释光测年是20世纪60年代兴起,迅速发展 的 一项考古、地质测年技术。除确定考古遗物的年代,又 可鉴别古陶器的真伪。
热释光仪器装备图(采自仇士华、蔡莲珍,1978)
热释光元件测定陶器的年代 将一个灵敏度比陶器高K倍的热释光元件, 嵌入陶器内部,与陶器一起接受内外射线辐照, 以它作为陶器的受照代表,即它所接受的辐照 与陶器完全一样,受照一定时间后,取出元件, 测出其该段时间的热释光,并利用它计算出 陶器的年龄,即: TL年(陶器)=TL年(元件)*K。 此外,还有其它一些热释光测定方法,
射程的不同为识别有否人工辐照创造了条件。 因为α射程非常短, α剂量人工无法伪造。如果测定到的 一件器物的古剂量没有α成分,那么这个古剂量就是人工外 照射造成的;如果有α剂量,而且接近天然辐照剂量中的α 比分,那么这个古剂量就是真实的。
如何测定古剂量中的α剂量
用细粒样品的“细粒技术”和“前剂量技术”分别测定一 件陶器的古剂量。

细粒技术
夹碎样品,至于适当的悬浮液中,选取1-8μm 的石英晶粒,通过仪器测量其古剂量, 再用已知 剂量的α或β源辐照,测出其TL灵敏度。 粗粒技术
选取陶片中直径约100 μm的石英颗粒,测其 古剂量,主要考虑β、γ射线的辐照剂量。 将退 火后的标本经人工放射源辐照一定剂量,并放置 若干天,使低温发光衰退后,在同样条件下,测 人工热释光量,即可得出热释光灵敏度。
前剂量法
前剂量效应:石英颗粒经放射性辐照后到 500 ℃可以引起石英晶体110 ℃峰的热释光 灵敏度增长,其增长高度在一定范围内与辐 照计量成比例的变化。
灵敏度的增长:放射性辐照、加热二者缺 一不可
那么,设陶片未经加热 ,为S0,人工加热 到500℃,为S自然,给人工辐照后再加热至500 ℃ ,S0自然+人工
t = N/B
或t =De/Dy
其中: t 为样品的年龄; N 为结晶固体中积存的热释光或光释光总量; B 为各类辐射每年产生的热释光或光释光量总和; Dy为各类辐射在晶体中每年所产生的辐射剂量的总和; De为等效剂量,即产生相当于样品天然释光信号水平 所需的实验室剂量, 也称古剂量P。
热释光测年法
洛阳汉墓坩埚的测年
1979年,洛阳市文物工作队在黄河北岸发掘了一 批汉墓,其中一座出土了11个坩埚。坩埚皆直筒形。内 外壁均有烧流,外表粘有煤块、熔渣等物,内表面较为 平滑,有的地方粘有一层薄薄的铁渣。其中一个坩埚内 壁的中段粘附一钢块,钢块整体作戟形,表面黄褐色,长 10厘米、宽15厘米、厚0.4厘米。
如:相减技术、锆石或长石技术、薄片技术等;
年剂量的测试
直接法:用热释光仪测出器物内部,周围环境中 (土壤中,宇宙中)放射性元素的辐射计量。
间接法:测量环境用热释光仪测出器物内部,周 围环境中(土壤中,宇宙中),所含量放射性元 素的含量,然后计算出每年放射的剂量。分为: 含量法、厚源子计数法。
采集步骤:
4、一块标本的重量约在30~50克,同一个研究对象最好 有3~5个标本(提倡6~12个);
5、运输、储藏过程中,应尽量避免强光曝晒,绝对禁止 高温和加热处理,还要防止外界的放射性辐射。
6、记录下采集地点的地下水位、气候条件及标本采集的 季节。
热释光测年法的优缺点
标本用量少、速度快(几小时)、跨度大。对史前遗 存年代测定有较大作用,特别是没有14C标本或14C标本可疑 的遗址。
放射性愈强,其热释光量愈多,即热释光量与所受的 放射性总剂量成正比,总剂量与时间成正比。
热释光灵敏度:即单位辐射剂量的热释光量。 它等于:人工热释光量/人工辐射剂量
热释光测量的方法
细粒与粗粒是根据石英颗粒大小命名。颗粒大 小一般根据α和β粒子在陶瓷器中的射程决定。 α射程:10-50um,平均25um,β射程:1-3mm,
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