Strahlenschaden methoden
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Strahlenschaden-Methoden. Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Beruhen auf Akkumulation von Strahlenschäden im Kristallgitter durch ionisierende Strahlung oder durch Partikel (Kernfragmente, -Teilchen).

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Strahlenschaden methoden
Strahlenschaden-Methoden

  • Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren)

  • Beruhen auf Akkumulation von Strahlenschäden im Kristallgitter durch ionisierende Strahlung oder durch Partikel (Kernfragmente, -Teilchen)



Lumineszenz
Lumineszenz

 dosimetrische Datierungsmethode

γ

β

α

t


Osl wachstumskurve

Natur

Labor

OSL-Signal

OSL-Signal

Erosion

+

Bleichung

Probennahme

Dosis

Zeit

Sedimentation

+

erneuter Signalaufbau

OSL - Wachstumskurve

DE


Osl altersberechnung

OSL-Signal

Erosion +

Bleichung

Beprobung

Zeit

Sedimentation

OSL – Altersberechnung

DE (Dosis) [Gy]

A [a]=

D (Dosisrate) [Gy/a]


Bedingungen
Bedingungen

  • Signalstabilität (kein Signalverlust während des Lagerungszeitraums)

  • Wachstumskurve (funktionaler Zusammenhang von Signalintensität und Zeit)

  • Nullstellung (das Datierungsereignis muss das Signal auf Null stellen)

  • gleichbleibende Radioaktivität (Dosisleistung)


Lumineszenzverfahren technische umsetzung
LumineszenzverfahrenTechnische Umsetzung

Stimulation erfolgt durch

  • ungepaarte Elektronen

  • unkompensierte Eigendrehung (Spin)

  • magnetisches Moment

  • Beschuss mit Mirkowellen

  • Absorption

Erhitzen (Wärme)

Licht

Thermo-

lumineszenz

Optisch stimulierte Lumineszenz

Elektronenspin-Resonanzverfahren

System wird „auf Null zurückgesetzt“,

Zerstörende Messung

System bleibt erhalten, zerstörungsfrei


Lumineszenz und esr verfahren anwendungsbereich

Quelle:

http://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/wh/pams/11_05_01_Christiane_Rhodius.pdf

[10.10.2007]

Lumineszenz- und ESR-VerfahrenAnwendungsbereich


Lumineszenz im detail
Lumineszenz – im Detail

  • „Kaltes Leuchten“, einmalige Lichtemission zusätzlich zur Planck‘schen Strahlung (nicht zerstörungsfreie Messung!)

  • Je nach Stimulation: TL, OSL, IRSL

  • „Radiofluoreszenz“ (RF) zerstörungsfrei


Lum grundlagen
LUM, Grundlagen…

  • Alter [a] = Akkum. Dosis [Gy]/ Dosisleistung [Gy/a]

A. Hilgers 2007



Lumineszenzverfahren anwendungsbereich
LumineszenzverfahrenAnwendungsbereich

  • Zeitliche Reichweite: 100 a bis ca. 1 Mio. Jahre

  • Probenmaterial:

    • vulkanische Gläser

Zeitpunkt des Erstarrens

  • Keramik

  • Ziegeln

  • Steingegenstände

Letztes Erhitzen

„Optisches Bleichen“ Lichtempfindlichkeit

  • fluviale Sedimente

  • äolische Sedimente


Mineraltrennung
Mineraltrennung

  • Gravimetrische Trennung in Sandfraktion

Mejdahl 1985

In Schluff- und Tonfraktion allenfalls chemische Anreicherung von Quarz, ansonsten poylmineralische Fraktion!


Feldspatspektrum
Feldspatspektrum

Ggfs. spektrale Trennung von Emissionen


Lum grundlagen2
…LUM, Grundlagen…

A. Hilgers 2007


Lum grundlagen3
…LUM, Grundlagen…

Wer macht sowas?

Hilgers 2007



Das b ndermodell

Quelle: Zöller (1995)

Das Bändermodell


Lum grundlagen5
…LUM, Grundlagen…

Hilgers 2007


Lum grundlagen6
…LUM, Grundlagen…

Hilgers 2007


Lum grundlagen7
…LUM, Grundlagen…

Hilgers 2007


Energieb ndermodell

Leitungsband

Energie

Valenzband

Energiebändermodell

Elektronenfallen

Lumineszenz

IonisierendeStrahlung

Stimulation

Rekombinationszentren


Lum grundlagen8
…LUM, Grundlagen…

Hilgers 2007


Lum grundlagen9
…LUM, Grundlagen…

  • TL-Plateautest


Lum grundlagen10
…LUM, Grundlagen…

A. Hilgers 2007


Lum grundlagen11
…LUM, Grundlagen…

Hilgers 2007


Lum grundlagen12
…LUM, Grundlagen…

A. Hilgers 2007




Lum grundlagen15
…LUM, Grundlagen…

Für Feinkorn:

Für Kalifeldspat-Grobkorn:


Lum grundlagen16
…LUM, Grundlagen…

  • TL an Sedimenten…






Lum grundlagen20
…LUM, Grundlagen…

  • Partial heat – Longest plateau (Meerfelder Maar)

Zöller et al., submitted


Lum grundlagen21
…LUM, Grundlagen…

  • „Fading“




Tl anwendung1
TL, Anwendung…

  • Löss-Datierung

Zöller 1995, Zöller & Semmel 2001


Osl anwendung
OSL, Anwendung

  •  = s-1 exp (E/kBT)

  • where E is the energy need-ed for an electron to escape from the trap corresponding with the trap depth,

  • s is the escape attempt frequency,

  • kB is the Boltzmann’s constant and

  • T the storage temperature [K].

Hilgers 2007


Osl anwendung1
OSL, Anwendung

  • Quarz: hohe Stabilität, aber geringe Sättiguns-dosis

Hilgers 2007


Osl anwendung sar
OSL, Anwendung: SAR

  • Changes in sensitivity with repeated luminescence measurements.

  • The irradiation dose (here a test dose of ~1.5 Gy) was kept constant over the entire experiment. The

  • sample (quartz extracted from ~ 300 years old dune sand, C-L0520_F2) was preheated at 260°C for 10

  • s prior to optical stimulation (100 s exposure to blue-light emitting diodes with the sample held

  • constantly at 125°C). An increase of the signal intensity is observed, although the irradiation dose and

  • all other measurement conditions were kept constant for each cycle. This increase is explained by a

  • change in the luminescence recombination probability.

Hilgers 2007


Osl anwendung sar1
OSL, Anwendung: SAR

Hilgers 2007


Osl anwendung2
OSL, Anwendung

Hilgers 2007


Osl anwendung3
OSL, Anwendung

„RPB“=rapidly bleaching peak; „SBP““=slowly bleaching peak

Hilgers 2007


Osl anwendung4
OSL, Anwendung

Hilgers 2007

Hilgers 2007


Osl anwendung5
OSL, Anwendung

Hilgers 2007


Detektion unzureichender bleichung

gut gebleicht

unzureichend gebleicht

v > 10 %

Maximum Age

Detektion unzureichender Bleichung

< 500 Körner / Aliquot


Osl anwendung6
OSL, Anwendung

Hilgers 2007


Osl anwendung7
OSL, Anwendung

Hilgers 2007


Osl anwendung glash tte
OSL, Anwendung:Glashütte

Hilgers 2007



Osl anwendung8
OSL, Anwendung

Hilgers 2007


Osl anwendung9
OSL, Anwendung

  • To conclude, the OSL record of dune sand deposition shows a sharp contrast between two

  • time slices:

  • • an older period from about 18 to 10.5 ka with dune sand deposition occurring

  • regionally throughout the study area characterised by substantial sand accumulation

  • (old phase of dune formation and dune reactivation)

  • • a younger period since ~10.5 ka which is characterised by locally restricted and less

  • pronounced aeolian events (young phase of dune reactivation)

Hilgers 2007



Strahlenschaden methoden

OSL-Studien zu unzureichend gebleichten Proben mittels Single Grain + Röntgenquelle

Abb. J. Lomax


Osl anwendung linear modulation
OSL, Anwendung: Linear Modulation Single Grain + Röntgenquelle

Ch. Schmidt, unpubl.


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Grün 1989


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Wagner 1995


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Wagner 1995


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Grün 1989


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Grün 1989


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Grün 1989


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Grün 1989


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Grün 1989

Grün 1989


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Grün 1989


Esr sediment re quarze
ESR sedimentäre Quarze Single Grain + Röntgenquelle

Fig. 2. Natural and regenerated ESR spectrum of sample NWB8, measured in X-band at 110 K. The corresponding g values for Ti–Li and Ti–H centres are given. The centre field and sweep width was set to detect Ti-related signals only. The expected naturally accumulated dose is 11777Gy (OSL), and this dose was artificially applied with a gamma-source to simulate the natural signal (following thermal annealing at 500 1C). There are significant changes in the ESR spectrum between the naturally dosed and artificially dosed sample. The amplitude of line 1 (g = 1.979) in the regenerated spectrum is significantly smaller than that from line 3 (g = 1.915), relative to the ‘natural’ spectrum. Furthermore, the line-shape of line 2 (g = 1.931) is altered after regeneration, showing prominent hyperfine splitting due to the presence of hydrogen charge-compensators close to the trapped electron. ESR intensities are based on peak-to-baseline amplitude-height for line 1 (arrow-to-line), peak-to-peak for line 2 (arrow-to-arrow), and peak-tobaseline for line 3 (arrow-to-line).

Messung bei 105-100 K!

Beerten et al. 2008


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Inflexion points!

Beerten et al. 2008


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Beerten et al. 2008


Strahlenschaden methoden
ESR Single Grain + Röntgenquelle

Beerten et al. 2008


Esr sediment re quarze1
ESR sedimentäre Quarze Single Grain + Röntgenquelle

  • Fazit:

  • Hochauflösende ESR-Spektrometrie bei niedrigen T (<110 K) geeignet, hohe Sedimentationsalter von Quarzen zu datieren (ED>1000 Gy)

  • 3 verschiedene g-Linien von Ti-Li- und Ti-H-Zentren

  • Dosisüberschätzung bei g1 durch Sensitivitätsänderung? Problem mit „inflexion points“.

  • Dosisunterschätzung bei g3 durch mangelnde Stabilität?

  • Weiterer aktueller Forschungsbedarf, aber viel versprechend