Μέθοδοι καταστροφής λόγω ακτινοβολίας. Μέθοδος Θερμοφωταύγειας

Transcript

1 Μέθοδοι καταστροφής λόγω ακτινοβολίας Μέθοδος Θερμοφωταύγειας

2 Το Φαινόμενο της Θερμοφωταύγειας Το φαινόμενο της θερμοφωταύγειας των ορυκτών ήταν γνωστό εμπειρικά από το Το έτος αυτό ο sir Robert Boyle περιέγραψε ότι είδε μια λάμψη, όταν ένα διαμάντι θερμαινόταν καθώς ερχόταν σε επαφή με το σώμα του στο σκοτάδι. Αυτός είναι ακριβώς ο ορισμός της θερμοφωταύγειας Ένας μεγάλος αριθμός ορυκτών φωτοβολεί όταν θερμαίνεται. Αυτό όμως δεν ήταν αρκετό για να χρησιμοποιηθεί ως μέθοδος χρονολόγησης. Ήταν αναγκαίο να συνδεθεί προηγουμένως η ένταση της λάμψης με μια κλίμακα χρόνου. Μόνον τρεις αιώνες αργότερα ανακαλύφθηκε ο πρώτος νόμος της θερμοφωταύγειας Εφαρμόζεται σε κεραμικά και ιζήματα Μπορεί να δώσει πολύ μεγαλύτερες ηλικίες από C-14

3 Το Φαινόμενο της Θερμοφωταύγειας Η θερμοφωταύγεια είναι μια μέθοδος χρονολόγησης η οποία βασίζεται στη μέτρηση της ποσότητας του φωτός που εκπέμπεται από διάφορα ορυκτά όταν θερμαίνονται. Η ένταση του φωτός είναι ένα μέτρο της δόσης της ακτινοβολίας στην οποία έχουν εκτεθεί τα ορυκτά από τον καιρό της απόθεσής τους. Το ουράνιο και το Θόριο ακτινοβολούν τα ορυκτά εντός των οποίων περιέχονται, με τα σωματίδια που εκπέμπονται κατά τη ραδιενεργό διάσπασή τους Εξαιτίας αυτής της ιονίζουσας ακτινοβολίας, ηλεκτρόνια αποσπώνται από τα μητρικά τους άτομα και δημιουργούνται διεγερμένες μετασταθείς καταστάσεις (κέντρα ηλεκτρονίων και οπών) με ενέργειες κοντά στη ζώνη αγωγιμότητας του κρυστάλλου Φως εκπέμπεται όταν επανασυνδέονται τα φορτία που είχαν παγιδευτεί στις μετασταθείς καταστάσεις. Η ποσότητα του φωτός είναι μάλιστα ανάλογη προς την ενέργεια που είχε απορροφηθεί από το ορυκτό κατά τη διάρκεια της έκθεσής του στην ακτινοβολία που δημιούργησε τις μετασταθείς καταστάσεις. Φυσιολογικά τα ηλεκτρόνια θα παραμείνουν στις παγίδες αυτές αν το ορυκτό εξακολουθήσει να μένει στις ήπιες θερμοκρασίες της επιφάνειας της γης

4 Το Φαινόμενο της Θερμοφωταύγειας Αν όμως θερμανθεί σε θερμοκρασία άνω των 500 ο C θα προκληθεί βίαιο άδειασμα των παγίδων συνοδευόμενο από επανασύνδεση των φορτίων και εκπομπή ορατού φωτός. Λέμε ότι το ρολόι αυτό μηδενίζεται ξανά με τον τρόπο αυτό Έκθεση του ορυκτού στο ηλιακό φως πριν από την απόθεσή του προκαλεί σημαντικό άδειασμα των παγίδων αυτών στα ιζήματα και με τον τρόπο αυτό επαναφέρεται το ρολόι αυτό πάλι στο μηδέν. Συνεπώς το ρολόι αυτό με το οποίο κάνουμε τη χρονολόγησή μας αρχίζει να μετρά μετά την τελευταία έκθεση στο ηλιακό φως Συγκρίσεις της έντασης της ακτινοβολίας που γίνονται μεταξύ ενός φυσιολογικού δείγματος και ενός παρόμοιου δείγματος που έχει δεχτεί μια γνωστή πρόσθετη δόση ακτινοβολίας μας επιτρέπει τον προσδιορισμό της ηλικίας του δείγματος από τον καιρό βέβαια που υπέστη τον τελευταίο μηδενισμό

5 Νόμοι της θερμοφωταύγειας (TL) 1 ος νόμος Η θερμοφωταύγεια των ορυκτών είναι περίπου ανάλογη προς την ακτινοβολία στην οποία έχουν εκτεθεί 2 ος νόμος Μια άλλη εμπειρική παρατήρηση είναι ότι, αν το ίδιο ορυκτό ξανα-θερμανθεί, δεν εκπέμπεται επιπλέον φως. Μόνο αν ακολουθήσει και νέα δόση ακτινοβολίας, μπορεί να εκπεμφθεί ξανά νέο φως

6 ΜΕΘΟΔΟΣ t = natural TL TL per unit dose dose per year Natural TL: η θερμοφωταύγεια που εκπέμπεται μετά τη θέρμανση του δείγματος TL per unit dose: Ευαισθησία του δείγματος ως προς την απόκτηση θερμοφωταύγειας Dose per year: το ποσό της ενέργειας που μεταφέρθηκε στο δείγμα από ιονίζουσα ακτινοβολία σε ένα χρόνο

7 ΜΕΘΟΔΟΣ t = natural TL X a D a + X β D β + D γ + D c X α,β : ακτινοβολία ανά δόση από α και β σωματιδία αντίστοιχα D β,γ,c : δόση κοσμικής ακτινοβολίας σε ένα χρόνο Έχουν υπολογιστεί για τις συγκεντρώσεις των U, Th, K, Rb

8 ΜΕΘΟΔΟΣ Η TL μετράται, απελευθερώνεται με θέρμανση του δείγματος σε ελεγχόμενες συνθήκες Μέτρηση της ακτινοβολίας από κάθοδο φωτοπολλαπλασιαστή a: natural Tl ºC b: artificial Tl >400ºC c: thermal radiation >500ºC after thermal

9 ΜΕΘΟΔΟΣ Natural TL heating ºC Annual dose (D)U, Th, K, Rb TL per unit dose (Χ) 500ºC heating, ελεγχόμενη ακτινοβολία α-, β-, γ-

10 Άλλες Μέθοδοι Ακτινοβολίας Alpha decay (διάσπαση a) Η ακτινοβολία α σωματιδίων συσσωρεύεται με το χρόνο στα ορυκτά, πετρώματα, αρχαιολογικά αντικείμενα, κόκκαλα και δόντια Fission Tracks (ίχνη σχάσης) H αυθόρμητη πυρηνική σχάση 238 U σε ορυκτά, φυσικά και τεχνητά γυαλιά, προκαλεί δύο νουκλίδια να εκτοξεύονται με τέτοια δύναμη που αφήνουν ένα ίχνος στο πέρασμα τους. Τα ίχνη αυτά εξαρτώνται από το χρόνο, μπορούν να μετρηθούν και να δώσουν ηλικίες ESR (electro-spin resonance) Παρόμοια με τη TL, εκμεταλλεύεται το μαγνητικό πεδίο των παγιδευμένων ηλεκτρονίων. Δίνει ακριβέστερα αποτελέσματα από την TL διότι δεν αδειάζει τις παγίδες και μπορούν οι μετρήσεις να επαναληφθούν