تعریف
تاریخیابی گرماییسنجی (TL) تعیین زمان گذشته از آنجایی که مادهای حاوی مواد معدنی بلوری، یا گرم شد (مانند لاوا و سفال) یا در معرض نور خورشید قرار گرفت (مانند رسوبها)، با اندازهگیری دوز پرتو انباشتشده انجام میشود. این روش نوعی تاریخیابی نورانی است.
این تکنیک کاربرد گستردهای دارد و هزینه نسبتاً کمی (حدود ۳۰۰ تا ۷۰۰ دلار آمریکا به ازای هر نمونه) دارد؛ البته ایدهآل است که چند نمونه آزمایش شود. تاریخیابی رسوبها گرانتر است. تخریب مقدار قابلتوجهی از نمونه ضروری است که میتواند در مورد آثار هنری محدودیت ایجاد کند. گرمایش باید دمای بالای ۵۰۰ درجه سانتیگراد را فراهم کرده باشد که بیشتر سفالها را پوشش میدهد، اگرچه چینهای بسیار سخت (porcelain) مشکلات دیگری ایجاد میکنند. این روش اغلب با سنگهایی که در آتش گرم شدهاند نیز خوب کار میکند. هستهی گچی مجسمههای برنزی که با روش قالب گمشده (lost wax) ساخته شدهاند نیز قابلیت آزمایش دارند.
کارایی
مواد معدنی طبیعی بلوری دارای نقصهایی مانند یونهای ناخالص، گسستهای تنش و دیگر پدیدههایی هستند که منظمی میدان الکتریکی را که اتمها را در شبکه بلوری نگه میدارد، مختل میکنند. این نقصها منجر به قلهها و درههای محلی در پتانسیل الکتریکی ماده بلوری میشوند. جایی که یک دره (معروف به «تله الکترون») وجود دارد، یک الکترون آزاد ممکن است جذب و در آن گیر افتد.
جریان پرتوهای یونیزهکننده — هم از تابش کیهانی و هم از رادیواکتیویته طبیعی — الکترونها را از اتمها در شبکه بلوری به ناحیه رسانش (conduction band) تحریک میکند که در آن میتوانند آزادانه حرکت کنند. اکثر الکترونهای تحریکشده به زودی با یونهای شبکه بازترکیب میشوند، اما برخی در تلهها گیر میافتد و بخشی از انرژی پرتو را به صورت بار الکتریکی گیرافتاده ذخیره میکنند (شکل ۱).
بسته به عمق تلهها (انرژی مورد نیاز برای رها کردن الکترون از آنها) زمان ذخیرهسازی الکترونهای گیرافتاده متفاوت خواهد بود زیرا برخی تلهها به اندازهای عمیق هستند که میتوانند بار را برای صدها هزار سال ذخیره کنند.
کاربرد عملی
تکنیک مهم دیگر در آزمایش نمونههای از یک سایت تاریخی یا باستانشناسی، فرآیندی به نام آزمایش گرماییسنجی است که بر این اصل استوار است که تمام اشیاء از محیط اطراف پرتو جذب میکنند. این فرآیند الکترونهای درون عناصر یا مواد معدنی را آزاد میکند که درون شی گیر میافتند. آزمایش گرماییسنجی شامل گرم کردن نمونه تا نوعی نور را آزاد کند، که سپس برای تعیین آخرین باری که شی گرم شده اندازهگیری میشود.
در تاریخیابی گرماییسنجی، از این تلههای بلندمدت برای تعیین سن مواد استفاده میشود: هنگامی که ماده بلوری در معرض پرتو قرار میگیرد و دوباره گرم میشود یا در معرض نور شدید قرار میگیرد، الکترونهای گیرافتاده انرژی کافی برای فرار به دست میآورند. در حین بازترکیب با یک یون شبکه، انرژی را از دست داده و فوتونها (کوانتهای نور) را منتشر میکنند که در آزمایشگاه قابل تشخیص است.
مقدار نور تولیدشده متناسب با تعداد الکترونهای گیرافتادهای است که آزاد شدهاند که خودش نیز متناسب با دوز پرتو انباشتشده است. برای ارتباط سیگنال (گرماییسنجی — نور تولیدشده هنگام گرمایش ماده) با دوز پرتو باعث آن شده، لازم است ماده با دوزهای شناختهشده پرتو کالیبره شود زیرا تراکم تلهها بسیار متغیر است.
تاریخیابی گرماییسنجی یک «رویداد صفرسازی» در تاریخ ماده را پیشفرض میکند، یعنی گرمایش (در مورد سفال یا لاوا) یا قرارگیری در معرض نور خورشید (در مورد رسوبها)، که الکترونهای گیرافتاده پیشین را حذف میکند. بنابراین، در آن نقطه سیگنال گرماییسنجی صفر است.
با گذر زمان، میدان پرتو یونیزهکننده اطراف ماده باعث انباشت الکترونهای گیرافتاده میشود (شکل ۲). در آزمایشگاه، دوز پرتو انباشتشده قابل اندازهگیری است، اما به خودی خود برای تعیین زمان از رویداد صفرسازی کافی نیست.
نرخ دوز پرتو — دوز انباشتشده به ازای هر سال — ابتدا باید تعیین شود. این کار معمولاً با اندازهگیری رادیواکتیویته آلفا (محتوای اورانیوم و توریوم) و محتوای پتاسیم (K-40 یک تابنده بتا و گاما است) نمونه ماده انجام میشود. اغلب میدان پرتو گاما در موقعیت نمونه ماده اندازهگیری میشود، یا میتوان از رادیواکتیویته آلفا و محتوای پتاسیم محیط نمونه محاسبه کرد و دوز تابش کیهایی اضافه میشود. پس از تعیین همه مؤلفههای میدان پرتو، دوز انباشتشده از اندازهگیریهای گرماییسنجی بر دوز انباشتشده سالانه تقسیم میشود تا سالهای گذشته از رویداد صفرسازی به دست آید.
ارتباط با تاریخیابی کربن-۱۴
تاریخیابی گرماییسنجی برای مصادیقی که تاریخیابی کربن-۱۴ در آنها امکانپذیر نیست، مانند رسوبها، استفاده میشود. اکنون کاربرد آن در باورشناسی سفالهای قدیمی رایج است که تاریخ تقریبی آخرین پخت را میدهد. نمونهای از این کاربرد را میتوان در Rink و Bartoll، ۲۰۰۵ دید.
تاریخیابی گرماییسنجی توسط Keizars و همکاران، ۲۰۰۸ برای استفاده به عنوان ابزار تحلیلی غیرفعال مهاجرت شن تعدیل شد (شکل ۳)، که عواقب مستقیم ناسالم بودن تامینکنندگان شن در ساحلها را نشان میدهد و همچنین روش غیرفعالی برای نظارت بر تامین شن و مشاهده ورودیهای شن رودخانهای یا دیگر منابع در امتداد خطوط ساحلی فراهم میآورد (شکل ۴).
ارتباط با دیگر روشهای تاریخیابی نورانی
تاریخیابی نورانی تحریکشده نوری (OSL) یک روش اندازهگیری مرتبط است که گرمایش را با قرارگیری در معرض نور شدید جایگزین میکند. ماده نمونه با منبع نور سبز یا آبی بسیار شدید (برای کوارتز) یا نور مادون قرمز (برای فلدسپار پتاسیم) روشن میشود. نور فرابنفش منتشرشده توسط نمونه برای اندازهگیری تشخیص داده میشود.
همچنین ببینید
- زمانسنجی زمینشناسی (Geochronology)
- تاریخیابی نورانی (Luminescence dating)
- تاریخیابی هیدروکسایلیه مجدد (Rehydroxylation dating)
- دوزسنج گرماییسنجی (Thermoluminescent dosimeter)
منابع و پیوندهای خارجی
Oxford Authentication: Home - TL Testing Authentication «شرکت اکسفورد اتانتیکیشن با استفاده از تکنیک علمی گرماییسنجی (TL) آثار سفالی باستانی را باور میکند. آزمایش TL روشی برای تاریخیابی اشیاء باستانشناسی است که میتواند بین آثار اصیل و جعلی تمایز قائل شود.» برخی از مطالعات موردی آنها را اینجا ببینید: https://www.oxfordauthentication.com/case-studies/