научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОВ ЗАХВАТА, АКТУАЛЬНЫХ ДЛЯ ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ДАТИРОВАНИЯ В ОБРАЗЦАХ ПАЛЕОКЕРАМИКИ Химия

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОВ ЗАХВАТА, АКТУАЛЬНЫХ ДЛЯ ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ДАТИРОВАНИЯ В ОБРАЗЦАХ ПАЛЕОКЕРАМИКИ»

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, 2015, том 51, № 2, с. 223-227

УДК 535.377,539.1.074,902.65

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОВ ЗАХВАТА, АКТУАЛЬНЫХ ДЛЯ ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ДАТИРОВАНИЯ

В ОБРАЗЦАХ ПАЛЕОКЕРАМИКИ

© 2015 г. Н. Л. Алукер*, В. В. Бобров**, Я. М. Суздальцева***

*Кемеровский государственный университет **Институт экологии человека СО Российской академии наук, Кемерово e-mail: y-komarova@mail.ru Поступила в редакцию 12.05.2014 г.

Исследованы параметры центров захвата, возникающих в палеокерамиках с раскопок поселения Усть-Тара Омской области под действием ионизирующего излучения. Показана возможность датирования термолюминесцентным методом с использованием среднетемпературного и высокотемпературного пиков для данных образцов (t = 250—265°С, t = 320—325°С). Определены времена жизни носителей зарядов на каждой ловушке в определенном температурном диапазоне, актуальном для термолюминесцентного датирования.

DOI: 10.7868/S0002337X15020013

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время для определения "абсолютного возраста" в геологии и археологии применяется ряд физических методов. Для определения возраста древних пород применяются методы, основанные на процессе радиоактивного распада долгоживущих радионуклидов (аргоновый, гелиевый, свинцовый), для более молодых образований — радиоуглеродный [1, 2].

Аргоновый, гелиевый и свинцовый методы основаны на радиоактивном распаде естественно-радиоактивных элементов К40, и238, ТЬ232 и вследствие длительных периодов полураспада этих элементов используются преимущественно для определения возрастов геологических пород. Радиоуглеродный метод применяется в основном для более молодых объектов органического происхождения: дерево, уголь, торф, раковины, кости, ткани, воск [2].

В качестве перспективных методов датирования археологических объектов рассматриваются методы термолюминесценции (ТЛ), оптически стимулированной люминесценции и электронного парамагнитного резонанса [3]. В целом физические методы определения "абсолютного" возраста новейших отложений находятся в стадии становления. Взаимные несоответствия полученных разными методами датировок и частые противоречия [4], возникающие при сопоставлении их с геологическими данными, обуславливают развитие основ применения этих методов и исследование физических параметров, играющих основополагающую роль в их применении.

Ранее была предложена методика датирования палеокерамики методом ТЛ, не предусматриваю-

щая выделение монофракций кварца из объекта для проведения датирования, с использованием термолюминесцентных детекторов ТЛД-К для определения годовой поглощенной дозы в месте захоронения [5].

В рамках разработки методики датирования важным этапом является исследование энергетических параметров дефектов (ловушек), определяющих температурное положение максимумов пиков ТЛ, по которым будет проведено датирование. В нашем случае это особенно важно, т.к. мы работаем с гетерогенным объектом. Для определенной ТЛ-ловушки должны наблюдаться достаточно высокие времена жизни носителей зарядов на ней (время жизни электронов (дырок) должно быть примерно в 10—20 раз больше возраста исследуемых объектов). Это реализуется только для достаточно высокотемпературных пиков ТЛ.

Целью работы является определение параметров центров захвата, возникающих в палеокера-миках, для дальнейшей разработки и усовершенствования методики термолюминесцентного датирования.

Для этого в работе рассматриваются решения следующих задач: исследование возможности регистрации ТЛ гетерогенных образцов палеокера-мики; определение параметров центров захвата, возникающих в палеокерамиках под действием ионизирующего излучения; оценка возможности проведения датирования на наблюдаемых пиках ТЛ (оценка времени жизни носителей зарядов на ловушках).

224

АЛУКЕР и др.

250 г-

200 -

д.

150 -

В

о 100 -50 -

0 -

50 100 150 200 250 300 350

г, °с

Рис. 1. Усредненные по пяти параллельным измерениям пробы кривые ТЛ необлученных образцов

2.12.у, 1.1.12у, 1.2.12у.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве объектов исследования были выбраны образцы археологической керамики: 1.1.12у, 1.2.12у и 2.12у — раскопки 2012 г., Усть-Та-ра XXVIII, Омская область.

Подготовка образцов к исследованию заключалась в удалении верхнего слоя, измельчении (размер частиц не более 0.4 мм), тщательном перемешивании пробы.

Регистрация природной ТЛ проводилась с помощью термолюминесцентного комплекса ДТУ-01М при выбранном режиме регистрации (скорость нагрева 2°С/с). Кривые усреднялись по пяти параллельным измерениям одной пробы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1 представлены усредненные кривые ТЛ необлученных навесок. Среднее отклонение по всей кривой при измерениях пяти параллельных навесок не превышает 1%, что косвенно свидетельствует об однородности состава пробы.

Как видно из рис. 1, наблюдается надежно регистрируемая ТЛ гетерогенных необлученных об-

Таблица 1. Интенсивности пиков ТЛ необлученных навесок

г °С I, отн. ед. г °с I, отн. ед.

Образец среднетемпературный пик высокотемпературный пик

1.1.12у 265 110 325 45

1.2.12у 250 100 320 75

2.12у 260 205 320 110

Примечание. Образцы имели светлую окраску.

разцов, что показывает возможность ее технической регистрации без фракционного разделения и выделения фракции кварца.

Разложение зарегистрированных кривых ТЛ на гауссианы с использованием программы Огь §1^аЪ или др. (точность описания разложения экспериментальной кривой суперпозицией двух пиков <1%) позволило определить интенсивности и температуры пиков ТЛ необлученных образцов, представленные в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что все образцы отличаются как по интенсивности, так и по температурному (энергетическому) положению пиков. Для образца 1.2.12у характерен среднетемпературный пик в районе 250°С и высокотемпературный пик при 320°С, для образцов 2.12у и 1.1.12у среднетемпе-ратурные пики сдвинуты в более высокотемпературную область — 260 и 265°С соответственно.

При сравнении форм и температурного положения максимумов пиков ТЛ образцов можно предположить, что образец 1.1.12у по сравнению с другими более древний.

При интерпретации кривой в зависимости от интенсивности ТЛ определенное значение имеют оптические характеристики образца в спектральной области регистрации ТЛ-сигнала (т.е. необходимо учитывать ряд факторов, таких как цвет, плотность и т.д.), которые непосредственно влияют на выход люминесценции. Более темные образцы обладают меньшей интенсивностью ТЛ по сравнению со светлыми.

Важной характеристикой, оказывающей влияние на интенсивность ТЛ, является минералогический состав археологического объекта (например, наличие кальцитов, флюоритов и др., обладающих высокой чувствительностью к облучению, сильно увеличивает интенсивность ТЛ).

Однако методика предполагает определение отношения интенсивностей сигналов облученных за счет природного фона и в лабораторных условиях проб, в связи с чем цвет образца и разный минералогический состав при условии идентичности выполнения измерений, не оказывают существенного влияния на датировку.

Учет минералогического состава обеспечивается проверкой чувствительности образца к облучению, а также проверкой линейности накопления дозы радиации. При этом определяются предел насыщения дозы для каждого образца и доза лабораторного облучения, т.е. которая будет обеспечивать минимальную погрешность датировки.

Измеренные интенсивности природной ТЛ образцов 1.1.12у и 1.2.12у мало отличаются. Образец 2.12у характеризуется большей интенсивностью ТЛ, что, возможно, связано с некоторым от-

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОВ ЗАХВАТА

225

личаем его минералогического состава от двух других проб, т.к. цвет образцов и плотности сопоставимы друг с другом.

Для проведения достоверного датирования очень важна температура, при которой объект находился в течение всего времени захоронения до проведения анализа. К сожалению, приходится использовать понятие средней температуры захоронения и оценивать ТЛ параметры ловушек в определенных температурных интервалах.

Для расчета времени жизни электронов в ловушках при данной температуре захороненного объекта датирования были определены следующие термолюминесцентные параметры центров захватов: энергии активации, частотный фактор, температуры максимумов пиков ТЛ.

Энергия активации (табл. 2 и 3) рассчитывалась следующими методами [6]:

1) методом Урбаха при медленных скоростях нагрева

e =

t

■*■ m

400

эВ,

(1)

где Ттах — температура максимума пика (К), Е — энергия активации (эВ);

2) методом определения энергии активации по низкотемпературной ветви пика ТЛ (рис. 2—7).

В начале процесса освобождения носителей заряда из ловушек данной глубины интенсивность ТЛ возрастает пропорционально скорости термического выброса носителей заряда, что приводит к увеличению скорости излучательной рекомбинации, спадающий участок связан с опустошением ловушек, приводящим, естественно, к падению скорости излучательной рекомбинации.

Ход кривой в нижней части низкотемпературной ветви пика ТЛ в случае линейной рекомбинации, когда скорость рекомбинации пропорциональна концентрации свободных носителей заряда,

120 100 80 60 40 20

0 150

200

250 t, °C

300

350

Рис. 2. Разделенная на элементарные пики кривая ТЛ необлученного образца 1.1.12у: tmax = 265 (1), 325°C (2).

Таблица 2. Энергия активации, определенная по методу Урбаха

Образец E, эВ

tmax = 250-265°C tmax = 320-325°C

1.1.12у 1.35 1.45

1.2.12у 1.31 1.45

2.12у 1.33 1.5

Таблица 3. Энергии активации, определенные по низкотемпературной ветви пиков ТЛ

Образец E, эВ

tmax = 250-265°C tmax = 320-325°C

1.1.12у 1.35 1.58

1.2.12у 1.33 1.47

2.12у 1.35 1.6

при отсутствии повторных захватов описывается простой зависимостью:

ln i = - e/ktmax + const, (2)

где k — постоянная Больцмана, эВ/К. Для нахождения частотного фактора использовался метод Лущика [6] — частотный фактор составил 1010—1011 с-1:

S — Р £ E/kTmax с-1

0 5 ' '

(3)

где — частотный фактор (с 1), в — скорость нагрева (°С/с), 8 — полуширина пика на половине высоты (°С).

Расчет времени жизни при определенных для данных образцов параме

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком