Способ определения абсолютного возраста геологических и археологических объектов
Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в геологии и археологии для определения абсолютного возраста пород и археологических находок в возрастном диапазоне до нескольких сотен тысяч лет. Цель изобретения - расширение круга анализируемых объектов и повышение достоверности определения. При этом исключается необходимость индивидуальной калибровки образцов. Навеска может быть уменьшена до единиц миллиграммов, снижаются требования к чистоте мономинерального экстракта. При измерении температуры максимума свечения для получения искомого результата требуется проведение только одного измерения - мощности дозы в точке отбора образца. Все остальные необходимые для расчета величины являются физическими константами и определяются заблаговременно при лабораторных исследованиях минерала. С использованием результатов измерений возраст вычисляют по выражению, приведенному в формуле изобретения.
ÄÄSUÄÄ 1550382
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (51)5 G 01 N 21 71
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ с
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4435412/31-25 (22) 03.06.88 (46) 15.03.90. Бюл. У 10 (71) МГУ им. М.В. Ломоносова (72) А.И. Шлюков (53) 543.42 (088.8) (56) Шаховец С.А. и др..Термолюминесцентное датирование отложений
Нижней Волги (новый методический попход). — Новые данные по геохронологии четвертичного периода. М, Наука, 1987, с. 197-204.
Авторское свидетельство СССР
Р 1250041, кл. G 01 N 21!71, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО
ВОЗРАСТА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЬЕКТОВ (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в геологии и археологии для определения абсолютного возраста пород и апхеологических находок в воэрастИзобретение относится к технической физике и может быть использовано в геологии и археологии для . определения абсолютного возраста порол и археологических находок, содержащих природные минералы, подчиняю-. щихся второму порядку кинетики термостимулированной люминесценции, в диапазоне до нескольких сотен тысячелетий.
В прототипе удовлетворительные результаты достигаются лишь при фазовой чистоте кварца не менее 99%.
Большая технологическая трудность такой очистки приводит к тому,что
2 ном диапазоне до нескольких сотен тысяч лет. Цель изобретения — расширение круга анализируемых объектов и повьппение достоверности определения. При этом исключается необходимость индивидуальной калибровки
-образцов. Навеска может быть уменьшена до единиц миллиграммов, снижаются требования к чистоте мономинерального экстракта. При измерении температуры максимума свечения для получения искомого результата требуется проведение только одного измерения— мощности дозы в точке отбора образца. Все остальные необходимые для расчета величины являются физическими константами и определяются, заблаговременно при лабораторных исследованиях.минерала. С использованием результатов измерений возраст вычисляют по выражению, приведенному в формуле изобретения. из множества опробованных регионов на территории СССР уверенные результаты получены только на Русской равни- (Х не. hD
Цель изобретения - расширение круга. анализируемых объектов за счет снижения требований к чистоте мономинерального экстракта к повышение достоверности за счет исключения индивидуальной калибровки.
Все природные минералы, используемые в термолюминесцентной геохронометрии, являются типичными кристаллофосфорами с биомолекулярной кинетикой электронно-дырочных пр 1550382 где Т
25
А и G
= — — = — — = сопят оС+ б
ЗО
45 ц ссов, с пространственно разделенными в кристаллической матрице центрами захвата — электронными ловушкамй и центрами свечения, и с большей эНергией активации для центров зах5 вата, ответственных эа природную. термолюминесценцию. В большинстве случаев биомолекулярные процессы описываются кинетикой второго порядка, для которого характерно увеличение температуры максимума элементарного пика с уменьшением количестag захваченных электронов . Эта зависимость описывается известной
15 формулой температура максимума элементарного пика; энергия активации.- его константа для данного типа центров захвата; универсальная физическая константа Больцмана; некоторая константа, которая в последующих выкладках сокращается, число захваченных электронов, имеющихся перед началом термовысвечивания; число центров захвата данно. го типа в образце.
Характерным в этой формуле является то обстоятельство, что в нее вхо35 днт отношение числа з хяаченных, г электронов к числу центров, захвата, которое можно определить как заселенность
Тогда текущее состояние по заселенности можно записать|=через соотвествующую температуру максимума свечения
1 е! кто м 1Р АТ . С АТ7
Важной характеристикой термолю- 50 мииесцентного геохрометра является уровень насьпцения по числу захваченных электронов, на некоторый термолюминофор выходит при бесконечной длйтельности возбуждения. Это состоя- 55 ние записывается в виде где М вЂ” скорость термической утечки захваченных электронов; оС вЂ” сечение реакции радиационноиндуцированной утечки — кон-. станта для данного вещества;
6 — сечение реакции радиационно-индуцированного захвата— константа .для данного вещества.
Поскольку в геохронометрии используются только ловушки с большой энергией активации, то скорость термической утечки M в нормальных температурных условиях естественного залегания образца оказывается пренебрежимо малой по сравнению с радиационно-индуцированными компонентами даже в условиях сверхслабого природ,ного радиоактивного IIQJtH R этом случае число электронов в насыщении оказывается прямо пропорциональным числу электронных ловушек
n =- — — > оС тб а заселенность в насьпцении оказывается константой для данного вещества
Вместе с нею характерной для вещества константой становится и температура максимума свечения унасыщенной кристаллической решетки, как решение трансцендентного уравнения, зависящего только от констант
Для каждого конкретного минерала термолюминесцентного геохронометра всегда можно подобрать достаточно древнйй природный образец, который уже достиг состояния насьпцения, с целью определения этой константы.
Например, для кварца при средних, значениях природной мощности дозы такое состояние наступает за время около 2ОО-ЗОО тыс.лет.
Используя формулу дозной зависимости светосуммы жЭ
Б=Б(1-е ) где $ — светосумма в насьпцении;
D - поглощенная доза, переходя в ней к пропорциональным светосуммам количествам электронов и и и и отнормировав их по числу
5 15 центров захвата, получают формулу доз ной зависимости заселенности резервуара ловушек (1 — е ) или (= (1 — е ) -xD, Это же отношение и через температуры ния можно получить максимумов свечеПриравнивая друг другу полученные отношения и решая уравнение относительно величины, получают расчетную формулу для природной поглощенной дозы
1 T т г!1
D=-1n 1(— ") e т„„ в которой единственной подлежащей определению величиной у исследуемого образца является температура максимума свечения элементарного пика термолюминесценции Т„, а все остальные величины являются физическими константами: универсальная константа Больцмана и характерные для данного вещества константы g f и Т определяемые независимьпки пр дварительными исследованиями. Например, для кварца они составляют Š— 1.,7 эв, ;К 1,3 10 рад, Т 300 С.
Для дальнейшего перехода к абсо-. лютному возрасту используют обычную процепуру измерения мощности дозы. в точке отбора и определяют конечный результат по отношению дозы к мощности
Ê
XE T
Главной .отличительной чертой этого способа является полное отсутствие зависимости от индивидуальных. свойств исследуемого образца, а именно, от количества или плотности центров захвата. Это исключает необходимость индивидуальной калиб- ровки — непременного атрибута всех известных способов термолюминесцент-, ного датирования. Кроме того, исчезает зависимость результата от величины используемой для однократного анализа навески. Единственным.непременным условием является наличие
50382 6 четко различимого максимума свечения, что легко осуществимо и постоянно используется в практике геохронометрии. Для производства точных тем5 ператчр измерений в распоряжении исследователя имеется достаточно широкий диапазон изменения температуры максимума с- изменением поглошенной дозы. Так для кварпа этот диапазон составляет около 5Q C. )
Современная аппаратура для термолюминесцентного анализа имеет дос. таточную чувствительность для регистрации свечения даже при количестВах пробы весом в единицы миллиграммов.
Обычно на природных кривых термовысвечивания доминирует единственный элементарный пик свечения с хорошо
20 различимым положением максимума даже.при значительном загрязнении примесными минералами. В тех же редких случаях, когда имеет место суперпозиция двух пиков, что обычно бывает при сильном загрязнении другим опре-деленным минералом (например полевые шпаты в кварце), с помощью известных параметров легко осуществимо спектральное разложение. При этом в предлагаемом способе снимается необходимость учета высокой пропорции смеси минералов. Таким образом, использование предлагаемого способа определения абсолютного возраста пород и археологи35 ческих находок по природным минералам, подчиняющимся второму порядку кинетики термостимулированной люминесценции, обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: исключение необходимости индивидуальной калибровки образца, значительное упрощение технологии, связанное с необходимостью
45 производства измерений всего двух величин увеличение точности измерений связанное. с заменой весочувствительного замера светосуммы весонечувствительными измерениями температуры максимума свечения; исключение зависимости от количества анализируемой пробы и воэможность снижения количества необходимого для анализа материала, вплоть до единиц миллиграммов; сйижение требований к чистоте мономинерального экстракта, . Формула изобретения !
Способ определения абсолютного возраста геологических и археологичес1 550382
Составитель О, Бадтиева
Редактор И. Касарда Техред А.Кравчук
Корректор О, Ципле
Заказ 267 Тираж 508 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина, 101 . ких объектов по термолюминесценции природных минералов — термолюминес-:" центных геохронометров, подчиняющихся второму порядку кинетики термостимулированной люминесценции, вклю5
Чающий отбор пробы мономинерального экстракта, измерение мощности дозы
Природного радиоактивного излучения и точке отбора пробы и регистрацию термолюминесценции пробы, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения круга анализируемых объектов эа счет снижения требований к
Чистоте мойоминерального экстракта и повышения достоверности за счет нсключения индивидуальной калибровки исследуемого образца для минерала — геохронометра предварительно подбирают природный образец того же минерала, достигший для данного значения природной мощности дозы . состояния насыщения и характериэуюшийся постоянным значением температуры максимума Т на кривой термолюминесценции, а при регистрации термостимулированной люминесценции
I(t ) минерала — геохронометра изме- ряют температуру Т, отвечающую максимальному значению свечения на кривой Z(t ) и вычисляют абсолютный возраст по формуле
Яг
t = — 1n 1-(- ) е
ЖЕ Т где Е - природная мощность дозы;
К вЂ” константа Больцмана; у и.1„ — константы, характерные для данного минерала,
