12.5. ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ МЕТОД

При нагревании минералов происходит рекомбинация содержащихся в них центров захвата с выделением энергии в диапазоне видимого света - люминесценцией. Это явление называется термолюминесценцией. Так как концентрация радиационных центров пропорциональна дозе излучения, полученной минералом на протяжении времени его существования, то интенсивность термолюминесценции также будет пропорциональна запасенной дозе. Количество энергии люминесценции, выделенной при нагревании образца, называют светосуммой термолюминесценции. В том случае, если величина светосуммы пропорциональна дозе D ионизирующего излучения, можно определить время облучения или возраст объекта t, зная скорость накопления дозы (мощность дозы) Р:

t = 

D

P

.(12.7)

В качестве термолюминесцентных палеодозиметров могут быть использованы различные оптически прозрачные минералы, способные накапливать светосумму пропорционально полученной дозе. Наиболее широко в качестве палеодозиметра используется природный кварц. Он обладает рядом преимуществ перед другими минералами: большой распространенностью, прозрачностью, хорошими дозиметрическими свойствами, устойчивостью к химическим и физическим воздействиям. Обычный кварцевый палеодозиметр, используемый для датирования четвертичных отложений, представляет собой мономинеральную фракцию кварца с одинаковым размером зерен. Для расчета используют среднюю светосумму S, определенную путем измерения термолюминесценции S_i для и зерен:

S = 

i = n

∑

i = 1

 S_i.

284

Важной характеристикой термолюминесцентного палеодозиметра является светосумма насыщения S_∞. S_∞ - предельная величина светосуммы, которая не может быть превышена при данном уровне мощности дозы. Для кварца S_∞ достигается при дозах порядка 10⁶ рад, что соответствует времени облучения в несколько миллионов лет от природных источников с кларковыми концентрациями радионуклидов (Власов, Куликов, 1986). По другим данным, эта величина существенно ниже и не превышает 400 тыс. лет.

Основные предпосылки термолюминесцентного датирования четвертичных отложений по зернам кварца сводятся к следующему.

1. При выветривании горных пород и транспортировке обломочного материала в условиях земной поверхности под действием солнечного ультрафиолетового излучения происходит сброс ранее накопленной минералами светосуммы.
2. После захоронения обломочного материала в изоляции его от ультрафиолетового излучения Солнца в зернах минералов начинает накапливаться новая светосумма под действием природного излучения радионуклидов, содержащихся в этом материале, и космического излучения.
3. Отношение поглощенной дозы излучения, фиксируемой по величине светосуммы в кварце, к мощности дозы от вмещающих пород дает время экспозиции минералов на дневной поверхности или возраст датируемого горизонта. Величина эффективной мощности дозы Р_эфф равна (Власов, Куликов, 1986)

P_эфф = Р_γ + К₁P_β + К₁К₂К₃Р_α + Р_фон,(12.8)

где P_γ, P_β и P_α - эффективная мощность дозы от γ-, β- и α-излучения пород, вмещающих зерна кварца; К₁ - относительное содержание кварца в породе; К₂ - относительный вклад α-насыщенного слоя в палеодозу; К₃ - эффективность запасания светосуммы от α-излучения; Р_фон - эффективная мощность дозы от космического фона. Формула учитывает вклад того или иного вида излучения в создание эффективной мощности дозы.

На практике для определения Р_эфф чаще пользуются измерением гаммα-излучения полевым радиометром. Прибор для измерения термолюминесценции состоит из печи для нагревания образца и фотоумножителя для регистрации интенсивности свечения. Регистрация осуществляется двухточечным самописцем, одновременно регистрирующим температуру и величину светосуммы. Калибровка палеодозиметра производится после отжига путем последовательного облучения дозами различной величины с помощью γ-источников (например, ¹³⁷Cs с E_γ = 0,661 МэВ или ⁶⁰Со с E_γ = 1,1 МэВ). После каждого облучения снимается светосумма в районе температурного максимума кривой термовысвечивания.

285

Для кварца этот максимум находится в области 300°С. Величину палеодозы получают из калибровочной кривой.

Как уже говорилось, калибровка недостаточно имитирует природные условия облучения и является слабым местом метода термолюминесцентного датирования.

286