熱ルミネッセンス年代測定
図1：Aitken（1985、1998）によって概説され、石英粒子に適用された熱ルミネッセンスの3つの段階（Keizars、2008b）
図2：海岸の砂に適用された熱ルミネッセンス信号の再充電と放電のプロセス。（Aitken, 1998; Keizars, 2008aより改変）
図 3 : 2 種類の砂粒サイズの移動中に失われた熱ルミネッセンス特性 (Keizars、2008)。
図4：砂の流入を受動的に監視する方法の図解（Keizars、2003）。

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することにより、結晶質鉱物を含む物質が加熱（溶岩、セラミックス）または太陽光に曝露（堆積物）されてからの経過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微弱な光信号を発します。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米ドル程度と比較的安価である。理想的には複数のサンプルを検査する必要がある。堆積物の年代測定はより高価である。[ 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約となる可能性がある。加熱には対象物を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の場合は別の問題が生じる。この方法は、火で加熱された石材にも有効であることが多い。ロストワックス鋳造法で作られたブロンズ彫刻の粘土芯も検査可能である。[ 2 ]

素材によって、この手法への適合性は大きく異なり、いくつかの要因に依存します。例えば、X線撮影などの後続の放射線照射は精度に影響を与える可能性があり、埋蔵物が周囲の土壌から受けた「年間放射線量」も同様です。理想的には、これは発見された場所で長期間にわたって測定を行うことで評価されます。美術品の場合、作品が大まかに古代のものか現代のものか（つまり、本物か贋作か）を確認するだけで十分な場合があり、正確な年代を推定できない場合でも、これは可能かもしれません。[ 2 ]

機能性

天然の結晶材料には、不純物イオン、応力転位、そして結晶格子内の原子を束縛する電場の規則性を乱すその他の現象といった欠陥が含まれます。これらの欠陥は、結晶材料の電位に局所的な凹凸（いわゆる「電子トラップ」）をもたらします。凹凸（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、閉じ込められる可能性があります。

宇宙線と天然放射能の両方から発生する電離放射線の束は、結晶格子内の原子から電子を伝導帯へと励起し、そこで電子は自由に移動できるようになります。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電荷の形で蓄えます（図1）。

トラップの深さ（電子をそこ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からです。

実用上

史跡や考古学遺跡のサンプルを検査する上で、もう一つの重要な技術は熱ルミネッセンス試験と呼ばれるプロセスです。これは、あらゆる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、物体内に閉じ込められた元素や鉱物内の電子が解放されます。熱ルミネッセンス試験では、サンプルを加熱して特定の種類の光を放出させ、その光を測定して、最後に加熱された時刻を特定します。

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利用して物質の年代を決定します。照射を受けた結晶質物質を再び加熱するか、強い光にさらすと、トラップされた電子は十分なエネルギーを得て脱出します。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。信号（熱ルミネッセンス、つまり物質が加熱されたときに発生する光）と、その原因となった放射線量を関連付けるには、トラップ密度が大きく変動するため、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は、物質の履歴における「ゼロ化」イベント、すなわち加熱（陶器や溶岩の場合）または太陽光への曝露（堆積物の場合）によって、既存の捕捉電子が除去されることを前提としています。したがって、その時点で熱ルミネッセンス信号はゼロになります。

時間の経過とともに、物質周囲の電離放射線場によって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することは可能ですが、それだけではゼロ化イベントからの経過時間を特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、試料中の アルファ線放射能（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する元素です）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コンポーネントが決定されたら、熱ルミネッセンス測定から得た累積線量を毎年累積する線量で割り、ゼロイベント以降の年数を取得します。

放射性炭素年代測定との関係

熱ルミネッセンス年代測定は、堆積物など、放射性炭素年代測定が不可能な物質に用いられます。現在では、古い陶磁器の鑑定に広く利用されており、最後の焼成のおおよその年代が分かります。その例として、Rink and Bartoll（2005）が挙げられます。

熱ルミネッセンス年代測定法は、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な補充を行った結果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 )。

通常の TL 年代測定中に UV フィルターを使用して測定された典型的な石英 TL 曲線。

他のルミネッセンス年代測定法との関係

光刺激ルミネッセンス年代測定法は、加熱の代わりに強光照射を行う関連測定法です。試料材料は、非常に明るい緑色または青色光（石英の場合）または赤外線（カリ長石の場合）の光源で照射されます。 試料から放出される 紫外線を検出して測定を行います。

参照

注記

Oxford Authentication: ホーム - TLテスト認証 「Oxford Authentication® Ltdは、熱ルミネッセンス（TL）という科学的手法を用いて陶磁器の古美術品を鑑定しています。TLテストは考古学上の遺物の年代測定法であり、真贋の古美術品を判別することができます。」同社の事例研究の一部はこちらをご覧ください：https://www.oxfordauthentication.com/case-studies/

参考文献と参考文献

  • 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, 『熱ルミネッセンス年代測定法』、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。非常に充実した内容で、やや専門的だが、文章も構成も良く、よくまとまっている。第2版もある。
  • Aitken, MJ, 『光学年代測定入門』、オックスフォード大学出版局 (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における砂の移動解析手法としてのNRTL. GAC/MAC 2003. 発表：カナダ、オンタリオ州セントキャサリンズ、ブロック大学。
  • 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における砂の移動を分析するための自然残留熱ルミネッセンス法」Journal of Coastal Research, 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測されたNRTLの傾向.クイーンズ大学. 発表：クイーンズ大学（カナダ、オンタリオ州キングストン）
  • Liritzis, I., 2011.「ルミネッセンスによる地表年代測定：概要」ジオクロノメトリア、38(3): 292–302.
  • モートロック, AJ; プライス, D. ガーディナー, 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と熱ルミネッセンスによる予備年代測定 [オンライン版]. 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日参照].
  • Antiquity.ac.uk、Rink, WJ、Bartoll, J. 2005.「ペルー砂漠における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). 熱ルミネッセンスおよびEPR法によるブラジル産魚類化石の年代測定のための照射. 核物理研究における計測機器および方法 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
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