|
TL/OSL RÖVIDEN
|
||||||||||||||||||||||||||
lumineszcencia
-
TL/OSL
-
a meghatározás alapja
és menete
-
határok
-
irodalom
|
||||||||||||||||||||||||||
|
A lumineszcencia (hideg fény) jelensége egyes anyagok azon tulajdonságához köthető, hogy az izzáshoz szükséges energiánál számottevően kisebb energia hatására (legyen az fény, hő, radioaktív, kémiai vagy biológiai energia) fényt bocsátanak ki. A folyamat során a magasabb energia szintre kerülő elektronok eredeti állapotukba történő visszatérése közben fotonok leadása játszódik le, amely lehet szinte azonnali (fluoreszkálás), vagy köztes energia szintek által késleltetett (foszforeszkálás). A jelenséggel a hétköznapi életben is gyakran találkozhatunk, így például a fény hatására fluoreszkáló vagy foszforeszkáló ásványok (1. ábra), a biolumineszcens módon fényt kibocsátó Szent János bogarak, illetve az elektromosan gerjesztett televízió képcső kapcsán.
Termo- és fotolumineszcencia (TL/OSL) A TL és az OSL olyan fény, amelyet melegítés (izzáshoz szükségesnél kisebb), illetve megvilágítás hatására bocsátanak ki különböző kristályos szerkezetű anyagok (2. és 3. ábra). A lumineszcens kormeghatározás elsősorban a kvarc és földpát kristályok fenti tulajdonságát használja fel. Természetesen más anyagok esetében is megfigyelhető a termo- és fotolumineszcencia jelensége, de előbbiek kitűnnek mind gyakoriságuk, mind pedig megbízhatóságuk tekintetében.
A lumineszcencia kialakulásához tehát megemelkedett energia szintről alacsonyabb energiaszintre törekvő elektronokra van szükség. A kvarc és földpát tartalmú mintában az elektronokat a minta környezetében, illetve a mintában előforduló természetes radioaktív elemek (238U, 235U, 232Th, 87Rb, 40K) bomlása során keletkező ionizáló sugárzás, valamint a kozmikus sugárzás emeli magasabb energiaszintre. A vegyértéksávból kiszabaduló, többlet energiával rendelkező elektronok a kristályrács hibáihoz (pl.: hiányzó negatív ion, pozitív töltésű szennyeződés) kötődnek. Ezekből az úgynevezett csapdákból azután hő, vagy adott hullámhosszú fény hatására szabadulhatnak ki, és kerülhetnek alacsonyabb energiaszintre (lumineszcens központokba). Ezt a folyamatot foton leadás, azaz lumineszcencia kíséri (4. ábra). Így az eltemetődés tulajdonképpen a lumineszcens jel felhalmozódásának ideje, míg a hevítés illetve megvilágítás során a jel fotonok formájában távozik a mintából. Az előzőek folyományaként a kormeghatározás az alábbi fontos összefüggéseken alapul: 1) a csapdákban tárolt elektronok száma arányos a kristályrács által egységnyi idő alatt elnyelt dózissal (dózis ráta vagy dózisteljesítmény) és a radioaktív sugárzás időbeli hosszával, 2) a csapdákban tárolt elektronok száma a hővel vagy fénnyel történő stimulálás során leadott fotonok számával is arányban áll.
A vizsgálatok során a dózisteljesítmény (Gy/ka) és a lumineszcens jel felhalmozódási idejének (ka), azaz az eltemetődés vagy kiégetés óta eltelt időnek a szorzatából adódó összes elnyelt dózis (Gy) mennyiségének meghatározása a cél. Ez a fenti összefüggések alapján arányos a minta stimulálása során keletkező fotonok számával. Így utóbbi mérésével következtethetünk előbbi mértékére. A következtetés indirekt módon történik, azaz a laboratóriumban arra törekszünk, hogy meghatározzuk azt a dózist (egyenérték dózis: De), amely ugyanakkora lumineszcens jelet idéz elő az anyagban, mint amekkorát a természetben hosszú idők során felhalmozódó dózis (paleodózis: D) (5. ábra). A meghatározás többféle eljárás segítségével is lehetséges. Laborunk a manapság leginkább elfogadott protokollt követi. Miután közvetett módon megállapítottuk a paleodózis nagyságát, már csak egy lépés, a természetes sugárzó anyagok által szolgáltatott dózisteljesítmény meghatározása van hátra. Ezt gamma spektroszkópia segítségével lehet elvégezni, amellyel a radioaktív elemek koncentrációja állapítható meg. Az így kapott értékhez adjuk hozzá a kozmikus sugárzás földrajzi helytől és felszín alatti mélységtől függő komponensét. Végül a minta eltemetődésének vagy kiégetésének korát az alábbi egyenlet segítségével adhatjuk meg:
Megbízható eredményt, a minta érzékenységétől függően (a csapdák fajlagos számával arányos), az elmúlt néhány 100 évtől néhány 100 000 évig terjedő időszakra tudunk szolgáltatni (6. ábra). A mérés hibája átlagban 3 és 8 % közé tehető. Ennél fiatalabb minták kormeghatározása is véghezvihető, azonban ebben az esetben a mérési hiba számottevően növekedhet. Mindazonáltal égetett cserepek eredetiségvizsgálatra továbbra is alkalmas marad a módszer.
A TL/OSL fizikai hátterével, alkalmazási lehetőségeivel többek között az alábbi összefoglaló jellegű cikkek és könyvek foglalkoznak:
Aitken, M.J. (1985): Thermoluminescence Dating. Oxford University Press, Oxford, 359 p. Aitken, M.J. (1998): An Introduction to Optical Dating. Oxford University Press, Oxford, 266 p. Novothny, Á., Újházy, K. (2000): A termo- és optikai lumineszcens kormeghatározás elméleti alapjai és gyakorlati kérdései a negyedidőszaki kutatásokban. Földrajzi Értesítő 49/3-4, 165-187. Prescott, J.R., Robertson, G.B. (1997): Sediment dating by luminescence: a review. Radiation Measurements 27/5-6, 893-922.
|
1. ábra: Fluoreszkáló ásványok. Általában rövid hullámhosszú fény hatására hosz-szabb hullámhosszú, látható tartományba eső fény kibocsátása történik a fluoresz-cencia során.
2. ábra: Hő hatására jelentkező fénykibocsátási görbe (termoluminesz-cencia). Több fény-lési csúcs is megfigyel-hető, ami a különböző energiaszinteken csoportosuló csapdáknak köszönhető. A 110 °C körül lévő csapdák instabilak, spontán is ürülhetnek.
3. ábra: Fotolumineszcens görbe. Adott hullámhosszú stimuláció esetén (kvarc: 470-520 nm, földpát 470-520 nm és 800-1000 nm) a különböző energiaszinteken elhelyezkedő csapdák egyidejűleg adják le a lumineszcens fényt. Mivel a 110 °C-os csapdák instabilak, ezért ezeket előmelegí-tés beiktatásával érdemes kiüríteni.
4. ábra: A lumineszcens jel kialakulása a kristályrácsban Aitken (1985, 1998) alap-ján. C: a kristályrács csapdái, ahol az ionizált részecskék megkötődnek. L: ala-csonyabb energiaszinten elhelyezkedő lumineszcens központok, ahová a részecs-kék a hővel vagy fénnyel történő stimulá-ció hatására kerülnek.
5. ábra: Az üledékképződés és a lumi-neszcencia kialakulásának, valamint méré-sének kapcsolata. Az üledékképződés idején a csapdákból távoznak a részecskék, azonban a természetes ionizáció hatására ismét magasabb energiaszintre kerülnek. A laboratóriumban többszöri mesterséges ionizáció és stimuláció segítségével a paleodózisnak megfelelő egyenérték dózis meghatározható.
6. ábra: A lumineszcencia mérési határai más kormeghatározási módszerekkel össze-hasonlítva (Aitken 1998).
|
||||||||||||||||||||||||
|
SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM - TERMÉSZETI FÖLDRAJZI ÉS GEOINFORMATIKAI TANSZÉK
|
||||||||||||||||||||||||||
)
)
)
)
)
)
