Metodi di datazione di interesse archeologico

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Giulietta Giordano
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1 Metodi di datazione di interesse archeologico

2 Radioattività La radioattività, o decadimento radioattivo, è un insieme di processi fisico-nucleari attraverso i quali alcuni nuclei atomici instabili o radioattivi (radionuclidi) decadono (trasmutano) in un certo lasso di tempo detto tempo di decadimento, in nuclei di energia inferiore raggiungendo uno stato di maggiore stabilità con emissione di radiazioni ionizzanti in accordo ai principi di conservazione della massa/energia e della quantità di moto. Il processo continua più o meno velocemente nel tempo fintantoché gli elementi via via prodotti, eventualmente a loro volta radioattivi, non raggiungono una condizione di stabilità attraverso la cosiddetta catena di decadimento.

emissione di radiazioni ionizzanti in accordo ai principi di conservazione della massa/energia e della quantità di moto.

3 Decadimento a

4 Decadimento b

5 Decadimento g Ogni radionuclide è caratterizzato: Da un tempo di dimezzamento invariabile, espresso in unità di tempo; Dalla natura dell energia della sua o delle sue radiazioni, espressa in ev, KeV o MeV Il decadimento di un radionuclide segue una legge esponenziale. (grandezza caratteristica: tempo di dimezzamento t) Ciascuna sorgente radioattiva è caratterizzata dalla propria attività, la quale è definita come il numero di decadimenti al secondo A=N/t; Unità di misura 1Bq=1decadimento/s

6 Fondo naturale di radioattività Tutte le rocce ed i minerali contengono delle impurezze di elementi radioattivi indicati come naturally occurring radioactive materials (NORM) che hanno origine dalla evoluzione terrestre (Es. 226 Ra, 232 Th, 40 K o 228 Ac). Il fondo naturale è determinato quindi da radionuclidi normalmente presenti in natura e che si trovano in tracce (ppm) nei materiali comuni, oltre che nei terreni. La dose assorbita D è definita come la quantità di energia assorbita da un mezzo a seguito di esposizione a radiazioni per unità di massa (1Gy=1J/Kg) D = de dm

Il fondo naturale è determinato quindi da radionuclidi normalmente presenti in natura e che si trovano in tracce (ppm) nei materiali comuni,

7 Difetti nei reticoli cristallini

8 Termoluminescenza 1. Una ionizzazione di atomi per irraggiamento con la conseguente creazione di elettroni liberi di diffondere 2. La cattura di alcuni di questi elettroni in trappole, dove essi rimangono trattenuti sino a quando la temperatura non aumenta 3. Il rilascio delle trappole per riscaldamento, ad una temperatura caratteristica che dipende dal tipo di trappola 4. Decadimento dalla banda di conduzione e successiva ricombinazione presso centri luminescenti con emissione di luce di colore caratteristico del centro.

Il rilascio delle trappole per riscaldamento, ad una temperatura caratteristica che dipende dal tipo di trappola 4.

9 Meccanismo di intrappolamento e lettura

11 Quindi Il numero di fotoni emesso è proporzionale al numero di elettroni ricombinati, che a sua volta dipende dal numero di quelli intrappolati e quindi dalla quantità di radiazione alla quale il cristallo è stato esposto. Data la casualità di siti intrappolanti «stabili» e «instabili» si effettua il test di plateau, valutando il rapporto tra la TL N e la TL b artificiale dovuta ad esposizione di una sorgente con attività nota

12 t anni = n trappole riempite n trappole riempite per anno = dose totale dose annua

13 Il calcolo della dose annua assorbita è valutata per mezzo di misure indipendenti quali la conoscenza dell attività prodotta dalle impurezze radioattive presenti nel campione e la lettura di un dosimetro posto nel terreno di rinvenimento. t anni = q TL Nat dose annua q è calcolato confrontando l emissione prodotta da irraggiamento naturale e l emissione indotta artificialmente tramite irraggiamento con sorgente di attività nota.

14 t anni = Dose totale assorbita Dose annua = = Dose β equivalente+intercetta Dose α+dose β+dose γ+dose raggi cosmici

15 Cenni di cinetica dei materiali Il diverso comportamento dei materiali è correlabile alla cinetica di intrappolamento e rilascio. Cinetica del primo ordine: Elettroni intrappolati in siti di difetto Cinetica del secondo ordine: Elettroni intrappolati in siti di difetto A Ritorno in Banda di Conduzione Elettroni intrappolati in siti di difetto B s = fattore di frequenza (sec-1) Ritorno in Banda di Conduzione Dove N 0 =N A +N B +N C a 1 e d 1 legate a velocità di svuotamento dei siti A e B α = se E/kT

Cinetica del primo ordine: Elettroni intrappolati in siti di difetto Cinetica del secondo ordine: Elettroni intrappolati in

16 Preparazione dei campioni Tecnica fine-grain: Praticati alcuni fori con trapano a bassa velocità Campione in polvere messo in una soluzione di acetone e fatto sedimentare. Prelevato lo sfioro (contenente i crani più piccoli - 2~10 mm) e fatto essiccare a 50 Tecnica inclusion: Si staccano alcuni cm3 di campione Si frantuma e setaccia fino ad avere grani 100~150 mm Si sottopone a separatore magnetico (eliminare i silicati contenenti metalli) Attacco acido per eliminare feldspati e calcite e isolare il quarzo Tecnica pre-dose: Stessa procedura per fine-grain ma distinta per campioni «giovani»

Prelevato lo sfioro (contenente i crani più piccoli - 2~10 mm) e fatto essiccare a 50 Tecnica inclusion: Si staccano alcuni cm3 di campione Si

17 Apparato sperimentale Sistema per il riscaldamento controllato del campione Sistema per la rivelazione e registrazione della TL Sorgenti radioattive per gli irraggiamenti artificiali

18 Dosimetria OSL (Optically Stimulated Luminescence) Misura non distruttiva dei reperti Svuotamento delle trappole tramite energia fornita da fotoni Sfruttamento alte potenze Laser Versatilità di un sistema ottico Misura effettuabile in-situ

tramite energia fornita da fotoni Sfruttamento alte potenze

20 Tipi di OSL OSL Continua (CW-OSL) OSL Pulsata (P-OSL) OSL a Modulazione Lineare (LM-OLS)

21 Datazione tramite CW-OSL t anni = q I OSL dose annua

22 OSL (u.a.) Sezione d urto di stimolazione Dipende dalla lunghezza d onda utilizzata ed è caratteristica per il materiale e la tipologia di trappole presenti nel campione t C:Al2O3 =7.99 s t=2.19 s (s)

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