Способ определения абсолютного возраста геологических и археологических объектов

(51)5 О 01 И 21 71 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(56) Шаховец С.А, и дрТермолюминесцентное датирование отложений Нижней Волги (новый методический подход), - Новые данные по геохронологии четвертичного периода. М.: Наука, 1987, с, 197-204.Авторское свидетельство СССР В 1250041, кл. О 01 И 21/71, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО ВОЗРАСТА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЬЕКТОВ(57) Изобретение относится к технической физикеи 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 дляопределения абсолютного возраста порол и археологических находок, содержащих природные минералы, подчиняющихся второму порядку кинетики термостимулированной люминесценции, вдиапазоне до нескольких сотен тысячелетий,В прототипе удовлетворительныерезультаты достигаются лишь при фазовой чистоте кварца не менее 992,Большая технологическая трудностьтакой очистки приводит к тому,что 2ном 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 изобретенная. из множества опробованных регионов на территории СССР уверенные резуль- Сф таты получены только на Русской равни не. ЮЦель изобретения - расширение круга. анализируемых объектов за счет снижения требований к чистоте моно- минерального экстракта к повышение достоверности за счет исключения индивидуальной калибровки.йВсе природные минералы, используемые в термолюминесцентной геохронометрии, являются типичными кристаллофосфорами с биомолекулярной кинетикой электронно-дырочных прд1550382 где Т 20 25 пю 6- = -- = сопятс+ б ЗО и 45 цссов, с пространственно разделенными в кристаллической матрице центрами захвата - электронными ловушкамй и центрами свечения, и с большей эНергией активации для центров зах 5 вата, ответственных эа природную, термолюминесценцию. В большинстве случаев биомолекулярные процессы описываются кинетикой второго порядка, для которого характерно увеличение температуры максимума элементарного пика с уменьшением количества захваченных электронов . Эта зависимость описывается известной15 формулой температура максимума элементарного пика;энергия активации. - егоконстанта для данного типацентров захвата;универсальная физическаяконстанта Больцмана;некоторая константа, которая в последующих выкладках сокращается;число захваченных электронов, имеющихся перед началом термовысвечивания;число центров захвата данного типа в образце. Характерным в этой формуле является то обстоятельство, что в нее вхо 35 дйт отношение числа здхяаченных,ф электронов к числу центров, захвата, которое можно определить как засе- ленность Тогда текущее состояние по заселенности можно записать=через соотвествующую температуру максимума свеченияЕКтеРпАТАТВажной характеристикой термолю мииесцентного геохрометра является уровень насьццения по числу захваченных электронов, на некоторый термолюминофор выходит при бесконечной длйтельности возбуждения. Это состоя ние записывается в виде где У - скорость термической утечкизахваченных электронов;ю - 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 У в нормальных температурных условиях естественного залегания образца оказывается пренебрежимо малой по сравнению с радиационно-индуцированными компонентами даже в условиях сверхслабого природ,ного радиоактивного поля. В этом случае число электронов в насыщении оказывается прямо пропорциональным числу электронных ловушекби,о фб а заселенность в насыщении оказьвается константой для данного вещества Вместе с нею характерной для вещества константой становится и температура максимума свечения унасыщенной кристаллической решетки, как решение трансцендентного уравнения, зависящего толькоот констант ао бТ = -- -т,гр-= сопзС Для каждого конкретного минерала термолюминесцентного геохронометра всегда можно подобрать достаточно древнйй природный образец, который уже достиг состояния насыщения, с целью определения этой константы. Например, для кварца при средних, значениях природной мощности дозы такое состояние наступает за время около 2 ОО-ЗОО тыс.лет.Используя формулу дозной зависимости светосуммыжЭБ=Б(1-е ) где Б - светосумма в насыщении,Р - поглощенная доза,переходяней к пропорциональнымсветосуммам количествам электронови и и и отнормировав их по числу5 15 центров захвата, получают формулу доз ной зависимостизаселенности резервуара ловушек-зев Это же отношениеи через температурыния можно получитьмаксимумов свече(=) 1 4 тп оо Е( - ) е ъ Приравнивая друг другу полученные отношения и решая уравнение относительно величины, получают рас- . четную формулу для природной поглощенной дозы 1 Тт т,11 1) = - 1 п 1-.(-й) е 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 К Я и Т определяемые независимьпки пр дварительными исследованиями. Например, для кварца они составляют Е - 1.,7 эв, ;К - 1,3 10 ф рад , Т 300 С,Для дальнейшего перехода к абсо", лютному возрасту используют обычную процедуру измерения мощности дозы в точке отбора и определяют конечный результат по отношению дозы к мощностиб/КЙ Главной .отличительной чертой этого способа является полное отсутствие зависимости от индивидуальныхсвойств 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 6четко различимого максимума свечения, что легко осуществимо и постоянно используется в практике геохронометрии. Для производства точных тем 5ператчр измерений в распоряжении исследователя имеется достаточно широкий диапазон изменения температурымаксимума с изменением поглошеннойдозы. Так для кварпа этот диапазон составляет около 50 С, (Современная аппаратура для термолюминесцентного анализа имеет достаточную чувствительность для регистрации свечения даже при количестВахпробы весом в единицы миллиграммов.Обычно на природных кривых термовысвечивания доминирует единственныйэлементарный пик свечения с хорошо 20 различимым положением максимума даже.при значительном загрязнении примесными минералами. В тех же редкихслучаях, когда имеет место суперпозиция двух пиков, что обычно бываетпри сильном загрязнении другим определенным минералом (например полевые шпаты в кварце), с помощью известных параметров легко осуществимо спектральное разложение. Приэтом в предлагаемом способе снимается необходимость учета высокой пропорции смеси минералов.Таким образом, использование предлагаемого способа определения абсолютного возраста пород и археологических находок по природным минералам, подчиняющимся второму порядкукинетики термостимулированной люминесценции, обеспечивает по сравнению с известными способами следующиепреимущества: исключение необходимости индивидуальной калибровки образца; значительное упрощение технологии, связанное с необходимостью 45производства измерений всего двух величинувеличение точности измеренийсвязанное.с заменой весочувствительного замера светосуммы весонечувствительными измерениями температуры,максимумасвечения; исключение зависимости от количества аиализируемой пробы и воэможность снижения количества необходимого для анализаматериала, вплоть до единиц миллиграммов; снижение требований к чистотемономинерального экстракта,Формула и э о б р е т е н и яСпособ определения абсолютного возраста геологических и археологичес1 550382 Составитель О, БадтиеваРедактор И. Касарда Техред А,Кравчук Корректор О . Ципле Заказ 267 Тираж 508 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина, 101 . ких объектов по термолюминесценции природных минералов - термолюминес-:" центных геохронометров, подчиняющихся второму порядку кинетики термостимулированной люминесценции, вклю 5 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 щ и й с я тем, что, с целью расширения круга анализируемых объектов эа счет снижения требований к Чистоте мойоминерального экстракта и повышения достоверности за счет исключения индивидуальной калибровки исследуемого образца для минерала - геохронометра предварительно подбирают природный образец того же минерала, достигший для данного значения природной мощности дозы,ф состояния насыщения и характериэуюшийся постоянным значением температуры максимума Т на кривой термолюминесценции, а при регистрации термостимулированной люминесценции 1(С ) минерала - геохронометра изме- ряют температуру Т , отвечающую максимальному значению свечения на кривой (ф ) и вычисляют абсолютный возраст по формуле1Яг1 = - 1 п 1-(-2) еЖЕ Тгде Е - природная мощность дозы;К - константа Больцмана;Ж и,1 - константы, характерные дляданного минерала,