Датирование с помощью электронного спинового резонанса - Electron spin resonance dating

Датирование с помощью электронного спинового резонанса, или датирование ЭПР, это метод, используемый для датирования вновь образованных материалов, которые радиоуглеродное датирование не может, как карбонаты, эмаль зубов, или материалы, которые были предварительно нагреты, например вулканическая порода. Датирование электронного спинового резонанса впервые было представлено научному сообществу в 1975 году, когда Мотодзи Икея датированный образование в пещере Акиёси, Япония.[1] ЭПР-датирование измеряет количество неспаренных электронов в кристаллических структурах, которые ранее подвергались естественному облучению. Возраст вещества может быть определен путем измерения дозы излучения с момента его образования.[2]

Приложения

Датирование с помощью электронного спинового резонанса используется в таких областях, как радиационная химия, биохимия, а также геология, археология и антропология.[3] ЭПР-датирование используется вместо радиоуглеродного датирования, потому что датирование ЭПР позволяет датировать недавно сформированные материалы или ранее нагретые породы.[4] Датировка захороненных зубов послужила основой для датировки человеческих останков.[1] Исследования были использованы для определения возраста обожженного кремня и кварца, найденных в некоторых древних керамических изделиях.[5] Новые приложения для датирования ESR включают датирование предыдущих землетрясений по разломам, прошлым извержениям вулканов и тектонической активности вдоль береговых линий.[4]

Процесс знакомства

Датирование с помощью электронного спинового резонанса можно описать как датирование с захваченным зарядом. Радиоактивность вызывает отрицательно заряженный электроны переехать из основное состояние, валентная зона, на более высокий энергетический уровень в зоне проводимости. Через короткое время электроны в конечном итоге рекомбинируют с положительно заряженными дырками, оставшимися в валентной зоне.[5] Захваченные электроны образуют парамагнитные центры и вызывают определенные сигналы, которые могут быть обнаружены с помощью спектрометрии ЭПР.[1] Количество захваченных электронов соответствует величине сигнала ЭПР. Этот сигнал ESR прямо пропорционален количеству захваченных электронов в минерале, дозе радиоактивных веществ и возрасту.[1]

Расчет возраста СОЭ

В электронный спиновой резонанс Возраст вещества определяется из следующего уравнения:

где DE - эквивалентная доза или палеодоза (в Греях или Гр), то есть количество излучения, которое образец получил за время, прошедшее между обнулением часов ESR (t = 0) и взятием образца (t = T). D (t) - мощность дозы (обычно в Гр / ка или мкГр / год), которая представляет собой среднюю дозу, поглощенную образцом за 1 год. Если D (t) считается постоянным во времени, то уравнение может быть выражено следующим образом:

[1]

В этом сценарии T - это возраст образца, то есть время, в течение которого образец подвергался естественному радиоактивному воздействию с момента последнего сброса сигнала ESR. Это происходит путем высвобождения захваченного заряда, то есть обычно путем растворения / рекристаллизации, нагрева, оптического отбеливания или механического напряжения.[6]

Определение накопленной дозы

Накопленная доза определяется методом аддитивной дозы.[2] и спектрометрии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).[1] Это когда образец помещают во внешнее магнитное поле и облучают определенными дозами микроволн.[1] который изменяет энергетический уровень магнитных центров (изменяет вращение спина) на такой же или противоположный по отношению к окружающему магнитному полю.[3] Изменение магнитных свойств происходит только на определенных уровнях энергии, а для определенных микроволновых частот существуют определенные значения магнитной силы, которые вызывают эти изменения (резонанс).[1] Расположение линии ЭПР в спектре соответствует соотношению (g-значению) частоты микроволн к напряженности магнитного поля, используемой в спектрометрии.[1] По мере того, как происходит экстраполяция к нулю интенсивности СОЭ, затем может быть определена накопленная доза.[2]

Определение годовой мощности дозы

Мощность дозы определяется суммированием концентраций радиоактивных материалов в образце (мощность внутренней дозы) и окружающей среде (мощность дозы внешнего облучения). Дозы внутренней и внешней радиоактивности должны рассчитываться отдельно из-за различных различий между ними.[1]

Факторы, которые необходимо включить в расчет радиоактивности:

  • Концентрация урана, тория и калия[2]
  • Энергии для альфа, бета и гамма лучей уран-238 и торий-232[3]
  • Поправочные коэффициенты, связанные с содержанием воды, геометрией образца, его толщиной и плотностью.
  • Космический луч мощности дозы - в зависимости от географического положения и толщины покрывающих отложений (300 пГр / год на уровне моря)[1]

Надежность

У захваченных электронов есть ограниченные временные рамки, только когда они находятся в пределах промежуточных стадий энергетического уровня. После определенного временного интервала или колебаний температуры захваченные электроны вернутся в свое энергетическое состояние и рекомбинируют с дырками.[1] Рекомбинация электронов с их дырками незначительна только в том случае, если средняя продолжительность жизни в десять раз превышает возраст датируемого образца.[1]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Грун, Райнер (1991). «Датирование с помощью электронного спинового резонанса и эволюция современного человека» (PDF). in-africa.org. Получено 2015-10-20.
  2. ^ а б c d Радтке, Ульрих; Грюн, Райнер; Шварц, Генри П. (1988). "Электронно-спинового резонансного датирования участков плейстоценовых коралловых рифов Барбадоса". Четвертичное исследование. 29 (3): 197–215. Bibcode:1988QuRes..29..197R. Дои:10.1016/0033-5894(88)90030-0.
  3. ^ а б c Икея, М. (01.01.1993). Новые применения электронного спинового резонанса: датирование, дозиметрия и микроскопия. World Scientific. ISBN  9789810212001.
  4. ^ а б Ринк, В. Дж (1997-12-05). "Электронно-спиновый резонанс (ЭПР) датирование и приложения ЭПР в четвертичной науке и археометрии". Измерения радиации. 27 (5–6): 975–1025. Bibcode:1997RadM ... 27..975R. Дои:10.1016 / S1350-4487 (97) 00219-9.
  5. ^ а б Грюн, Райнер (1 января 1997). "Датирование электронного спинового резонанса". В Taylor, R.E .; Эйткен, Мартин Дж. (Ред.). Хронометрические датировки в археологии. Успехи археологии и музейного дела. Springer США. С. 217–260. Дои:10.1007/978-1-4757-9694-0_8. ISBN  978-1-4757-9696-4.
  6. ^ Икея, Мотодзи (1993). Новые приложения электронного спинового резонанса. World Scientific. ISBN  978-981-4317-21-4.

Смотрите также