熱ルミネッセンス年代測定

熱ルミネッセンス年代測定( TL ) は、蓄積された放射線量を測定して、結晶質鉱物を含む物質が加熱されてから(溶岩、セラミック)、または太陽光にさらされてから (堆積物)経過した時間を決定する方法です。測定中に結晶質物質が加熱されると、 熱ルミネッセンスのプロセスが始まります。熱ルミネッセンスは、物質が吸収した放射線量に比例する弱い光信号を発します。これはルミネッセンス年代測定の一種です。

この技術は幅広く応用されており、1点あたり300～700ドルと比較的安価である。理想的には、多数のサンプルを検査する。堆積物はこれまでのところより高価である。^[1]相当量のサンプル材料を破壊する必要があり、美術作品の場合はこれが制限となる可能性がある。加熱は対象物を500℃以上に加熱する必要があるが、これはほとんどの陶磁器に当てはまるが、非常に高温で焼成された磁器は別の問題を引き起こす。火で加熱された石ではうまくいくことが多い。ロストワックス鋳造で作られた青銅彫刻の粘土コアも検査できる。^[2]

さまざまな素材が、この技術に適しているかどうかは、いくつかの要因によって大きく異なります。たとえば、X 線撮影の場合、その後の放射線照射は精度に影響する可能性があります。また、埋蔵物が周囲の土壌から受けた「年間放射線量」も影響します。理想的には、これは長期間にわたって正確な発見地点で測定することによって評価されます。芸術作品の場合、作品が大まかに古代のものか現代のものか (つまり、本物か偽物か) を確認するだけで十分であり、正確な日付を推定できない場合でも、これが可能である可能性があります。^[2]

天然の結晶材料には、不純物イオン、応力転位、および結晶格子内の原子をまとめる電界の規則性を乱すその他の現象などの欠陥が含まれています。これらの欠陥により、結晶材料の電位に局所的な隆起や凹みが生じます。凹み (いわゆる「電子トラップ」) がある場所では、自由電子が引き寄せられてトラップされる可能性があります。

宇宙放射線と自然放射能の両方からの電離放射線の束は、結晶格子内の原子から伝導帯に電子を励起し、電子が自由に移動できるようにします。励起された電子のほとんどはすぐに格子イオンと再結合しますが、一部は捕捉され、放射線のエネルギーの一部を捕捉された電荷の形で蓄えます（図1）。

トラップの深さ（電子をトラップから解放するために必要なエネルギー）に応じて、トラップされた電子の保存時間は変化します。一部のトラップは、数十万年にわたって電荷を保存できるほど深いためです。

史跡や考古学遺跡のサンプルを検査するもう 1 つの重要な技術は、熱ルミネセンス検査と呼ばれるプロセスです。これは、すべての物体が環境からの放射線を吸収するという原理に基づいています。このプロセスにより、アイテム内に閉じ込められたままの元素または鉱物内の電子が解放されます。熱ルミネセンス検査では、サンプルを加熱してある種の光を放出し、その光を測定してアイテムが最後に加熱された時刻を判断します。

熱ルミネッセンス年代測定では、これらの長期トラップを使用して材料の年代を決定します。照射された結晶材料が再び加熱されるか、強い光にさらされると、トラップされた電子は脱出するのに十分なエネルギーを与えられ、格子イオンと再結合する過程でエネルギーを失い、実験室で検出可能な光子（光量子）を放出します。

生成される光の量は解放されたトラップされた電子の数に比例し、解放された電子は蓄積された放射線量に比例します。トラップの密度は大きく変化するため、信号 (熱ルミネセンス、つまり物質が加熱されたときに生成される光) とそれを引き起こした放射線量を関連付けるには、既知の放射線量で物質を較正する必要があります。

熱ルミネッセンス年代測定では、物質の履歴において、加熱 (陶器や溶岩の場合) または太陽光への露出 (堆積物の場合) のいずれかによって、既存の捕捉電子が除去される「ゼロ化」イベントが起こっていることが前提となります。したがって、その時点では熱ルミネッセンス信号はゼロになります。

時間が経つにつれて、物質の周囲の電離放射線場により、捕捉された電子が蓄積されます（図 2）。実験室では、蓄積された放射線量を測定できますが、これだけではゼロ化イベントからの時間を決定するには不十分です。

まず、放射線量率（年間に蓄積される線量）を決定する必要があります。これは通常、サンプル材料のアルファ放射能（ウランとトリウムの含有量）とカリウム含有量（K-40 はベータ線とガンマ線を放出します）を測定することによって行われます。

多くの場合、サンプル材料の位置でのガンマ放射線場が測定されるか、サンプル環境のアルファ放射能とカリウム含有量から計算され、宇宙線量が追加されます。放射線場のすべての成分が決定されたら、熱ルミネセンス測定からの累積線量を毎年累積する線量で割り、ゼロ化イベントからの年数を取得します。

熱ルミネッセンス年代測定は、堆積物のように放射性炭素年代測定が不可能な物質に使用されます。この方法は、古い陶磁器の真贋判定によく使用され、最後に焼成されたおおよその日付がわかります。この例は、Rink と Bartoll (2005) に示されています。

熱ルミネッセンス年代測定は、Keizars ら (2008) によって受動的な砂の移動分析ツールとして使用するために改良され (図 3 )、砂不足の海岸に細砂を使用して不適切に砂を補充することから生じる直接的な結果を示すとともに、砂の補充を監視し、海岸線に沿った河川やその他の砂の流入を観察する受動的な方法を提供しました(図 4 )。

光刺激ルミネッセンス年代測定法は、加熱の代わりに強い光にさらす測定法です。サンプル材料は、緑色または青色の非常に明るい光源（石英の場合）または赤外線（カリ長石の場合）で照らされます。 サンプルから放出される 紫外線が検出され、測定されます。

• 地質年代学
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• 再水酸化年代測定
• 熱ルミネセンス線量計

Oxford Authentication: ホーム - TL テスト認証 「Oxford Authentication® Ltd は、熱ルミネッセンス (TL) という科学技術を使用して陶器の古美術品を認証します。TL テストは、本物と偽物の古美術品を区別できる考古学的なアイテムの年代測定方法です。」 こちらのケース スタディをご覧ください: https://www.oxfordauthentication.com/case-studies/

• GlobalNet.co.uk、第四紀TL調査 - 熱ルミネッセンス年代測定ガイド
• Aitken, MJ, Thermoluminescence Dating、Academic Press、ロンドン (1985) – この分野の入門書として標準的なテキスト。非常に充実しており、かなり技術的ですが、よく書かれ、よく構成されています。第 2 版もあります。
• Aitken, MJ, Introduction to Optical Dating、Oxford University Press (1998) – この分野の優れた入門書です。
• Keizars, KZ 2003. フロリダ州セントジョセフ半島沿岸の砂輸送の分析方法としての NRTL。GAC/MAC 2003。発表: ブロック大学、セントキャサリンズ、オンタリオ州、カナダ。
• JCRonline.org、Ķeizars、Z.、Forrest、B.、Rink、WJ 2008。フロリダ州セントジョセフ半島沿岸の砂の移動を分析する方法としての自然残留熱ルミネセンス。沿岸研究ジャーナル、24：500〜507。
• Keizars, Z. 2008b. フロリダ州セントジョセフ半島の砂地で観察された NRTL の傾向。クイーンズ大学。発表: クイーンズ大学、オンタリオ州キングストン、カナダ。
• Liritzis, I., 2011.「ルミネッセンスによる地表年代測定：概要」Geochronometria、38(3): 292–302。
• Mortlock, AJ; Price, DおよびGardiner, G. クイーンズランド州セルウィン山脈における2つのアボリジニ洞窟住居の発見および予備的な熱ルミネッセンス年代測定[オンライン]。オーストラリア考古学、第9号、1979年11月：82–86。入手先：<[1]> ISSN  0312-2417。[2015年2月4日引用]。
• Antiquity.ac.uk、Rink, WJ、Bartoll, J. 2005. ペルー砂漠の幾何学的ナスカ地上絵の年代測定。Antiquity、79: 390–401。
• Sullasi, HS, Andrade, MB, Ayta, WEF, Frade, M., Sastry, MD, & Watanabe, S. (2004). 熱ルミネッセンスと EPR 技術によるブラジルの魚の化石の年代測定のための放射線照射。核物理学研究セクション B: ビームと物質および原子との相互作用、213、756–760.doi:10.1016/S0168-583X(03)01698-7 ^{[ permanent dead link ‍ ]}

• TL テクニックの簡単な紹介 - リンクは無効です (2022 年 10 月)