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熱釋光檢測


 
       熱釋光( Thermoluminescence ,簡稱 TL )為一種物理現象。它是晶體受到輻射作用后積 蓄起來的能量,在加速過程中重新以光的形式釋放出來的結果。它可以確定考古遺物的年代 ,又可對古代藝術品鑒定,尤其是古陶器的真偽進行鑒別
   
 1、熱釋光測年原理    

       熱釋光是陶器中放射性雜質和周圍環境發出的微弱的核輻射通,長期作用在陶質器物中產生 的一種效應。這些放射性雜質主要有 U 、 Th 系列核素和 40K ,以及適量的磷光物質石英 等晶體,它們的半衰期很長(大于 109 年),故而將它們視為每年提供大小恒定的固定照 射劑量的放射源。而陶器中的礦物晶體如石英、長石、方解石等晶格缺陷受到上述放射性核 素發出的 α 、 β 和 γ 放射照射時,會產生自由電子,這些電子常被晶陷俘獲而積聚起 來。在石英、長石晶粒被加熱到 1500℃ 以上時,這些被俘獲的電子會從晶陷中逃逸出來, 并以發光的形式釋放能量,即熱釋光,而石英等晶體就成為磷光體。一件陶器樣品加熱時發 射的熱釋光越強,其年代越長,反之則短。陶器在燒制過程中,經過 500 -1000℃ 左右的 高溫,陶器粘土中的礦物晶體釋放原來貯藏的熱釋光。熱釋光不同于一般加熱后的熾熱發光 ,它是放射性能量儲存的標志。釋放完后,陶器晶體繼續接受、貯藏大小恒定的固定輻射能 ,這些輻射能是陶器燒成后開始增加的,可以作為陶器年齡的標志,換句話說,熱釋光測定 的是樣品最近一次受熱事件以來所經歷的時間。這個輻射能為陶器總的吸收劑 
上 量或累積劑量 ,統稱 “ 古劑量 ” 。然而每件陶器的內部放射性物質含量和外部提供的輻射劑量不一樣 ,況且一旦陶器埋藏在地下,周圍土壤放射性射線電對陶器有作用,所以需要測定器物各自 的年劑量,即每年提供給陶器中磷光體的輻射吸收劑量。它由陶器內部放射性物質提供的  α 、 β 劑量,陶器埋葬土壤提供的 Y 劑量和宇宙空間提供的宇宙射線年劑量四部分組成 。陶器的熱釋光總年劑量與陶器燒制后產生的時間成正比。    

  熱釋光斷代有好幾種方法。主要有:
( 1 )利用細顆粒測定年代。將樣品碎片夾碎,懸浮 使之分離,將懸浮的顆粒沉積到圓盤上去測量;
( 2 )利用夾雜物測定年代。一般利用陶 器中的石英晶體;
( 3 )前劑量法測定年代。根據靈敏度變化規律測出熱釋光值。
( 4 ) 還有其他方法,如相減技術、鋯石或長石技術、薄片技術等 。    

2 、儀器    

       專門的熱釋光測定年代裝置由加熱系統、光測量和微計算機幾部分組成。將粉末狀樣品直接 或間接放在電熱板上,一旦加熱,熱電偶(測量加熱溫度的儀器)將加熱的信號輸入 x-y  記錄儀的 x 軸,這樣,熱釋光對溫度的坐標圖就可以在加熱過程中直接測得。熱電偶的信 號同時輸入伺服控制系統,以便伺服系統控制通過加熱板的變壓器電流。光的測量由探測、 轉換和記錄三部分組成。當光打到陰極時,光電材料將光子轉換成電子,每一個從光陰極發 射的電子到達陽極時已變成幾百萬個電子,這樣在陽極產生一個連續的電子脈沖。陽極輸出 的信號通過脈沖放大器和甄別器把選擇出來的脈沖輸入光子率表。率表將信號分成兩種,一 路轉換成電壓接入 x-y 記錄儀,另一種信號入峰值積分儀,將需要的光子信號轉換成數字 信號,輸入微機系統,微機系統由同步顯示和數據處理兩部分軟件完成。    

3 、熱釋光測年的優缺點   

        熱釋光測年法的適用范圍廣,可從 5000 年到 50000 年甚至 50 萬年不等,可測從舊石器 時代的火燒土,最原始的陶器直到近百年的瓷器。測定對象除了陶器火燒土外,也可對燧石 、黃土,方解石進行測定。熱釋光測年法尤其對原始文化的年代確定意義重大,特別是沒有  14 C 標本或 14 C 標本可疑的遺址,因為陶器作為測試對象不會因發掘時打破層位或亂層 現象發生麻煩。     熱釋光測年法以標本用量少、速度快(幾小時)、跨度大而備受歡迎。  
        熱釋光最大的優勢是古代遺物的真偽簽別。制作精美的陶瓷器成為偽造仿造的首選對象。這 些藝術品用傳統的鑒定法對其外觀、藝術風格、紋飾銘文進行辨別,但相當多的贗品已可以假 亂真,這就需要借助現代科技手段作鑒定。如果能夠確知某件器物的年代,則對其真偽的簽 別解決了一個關鍵性的因素,因為偽造品距今一般不過百年左右,而真品通常在幾百年以上 ,對其年代的測定,熱釋光是較容易做到的。在這方面,已有學者做了很好的研究和嘗試。    
       缺點就是外來因素影響較大,例如陽光的照射。  

 4 、誤差范圍    

        我們要考慮熱釋光的精確度問題,對古劑量、年劑量影響的各種因素(靈敏度、非線性、飽 和等),那么就不但需要精確確定天然放射性來源,而且應考慮陶器在歷史上實際接受放射性 照射條件,如含水量、氫逃逸等影響的因素。只有對上述各種因素作了正確測定和較正后 ,才有可能使其精確達到 10% 。而實際上由于多方面因素的影響,這些因素都不可能做到 精確。同時做熱釋光方法誤差、實驗誤差和測量誤差也不可避免。牛津大學挨特金認為,在 最理想的條件下,熱釋光測年法能達到 5% 的相對誤差,這樣對于 2000 年以內的樣品,其 絕對誤差可小于 100 年,一般誤差50年內 有可能比 14 C 法精確;但在 2000-8000 年范圍內, 14 C 法要 更為精確。當大于 8000 年時, 14 C 沒有年輪校正曲線,熱釋光法可與 14 C 法相互補充 即證 。    
熱釋光年代表示為:年 [± 誤差( P ) ± 誤差( α ) ] , P 為實際誤差, α 為可 解誤差。
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