Termoluminans (TL)  tekniği ilk kez 1664 yılında Robert Boyle tarafından yayımlanmış bir dokümanda açıklanırken 1895 yılında bu terimi bilimsel bir statüye kazandıranlar Wiedeman ve Schmidt ve Marie Curie'nin 1905 yılındaki doktora tezi olmuştur.

 

Kristaller içindeki elektron tuzakları (electron traps) terimi ise 1945 yılında Wilkins ve Randall tarafından açıklanmıştır. Bu tuzakların genel gösterimi aşağıdaki şekilde (solda) gösterilmektedir. Buna göre örneğin bir antik vazonun  uzun yıllar önce imal edilmesinden itibaren depolanmış olan radyasyon onların tekrar ısıtılması ile bu tuzakların açılması yoluyla ölçülebilmektedir ki TL tekniğinin temeli de bu ölçüm yöntemine dayanmaktadır. Termoluminans (TL)  tekniği  ısıl işleme tutulmuş bir vazo, çömlek ya da bu vasıftaki herhangi bir buluntunun yaşının tespiti amacıyla kullanılır. Teknik, buluntunun ısıtıldıktan sonraki yıllarca emdiği radyasyonun ölçümlenmesi suretiyle yaşının tespit edilmesi esası üzerine kuruludur.

 

1_7.jpg  8_2.jpg

 

 

Yukarıda görüldüğü gibi bir buluntunun yaşının tayin edilmesi istendiğinde kağıt, alüminyum, kurşun ya da su veya beton içinde hangi parçacıkların uzun süreli olarak kalabildiği ve TL yöntemiyle hangi parçacıkların ölçülebildiği gösterilmektedir.

 

Vazonun yapımında kullanılan kilin içindeki bu tuzaklar vazodan alınacak kırıntılar tekrar ısıtıldığında aşağıdaki  şekilde de görüleceği üzere kil içinde bulunan minerallerin valans bandındaki elektronlar iletkenlik bandına geçerek bir termal ışıma yaparlar ve bu ışıma da TL yöntemi ile ölçülür.

 

 3_4.jpg

Vazodan alınacak numüne için bir TL testi yapacak kişinin aşağıdakilere dikkat etmesi gerekir.

 

Isıtılacak ve TL yayılması sağlanacak vazo numünesi için ısıtma yöntemi çok iyi belirlenmelidir.  Yayılacak ışığın miktarını odaklayarak toplamak ve yayılan ışığı bir elektriksel sinyale çevirmek ve bunun doğru olarak ölçülmesini sağlamak.

 

Isıtma ohmik olarak bir elektrik kaynağı ile yapılabilir. Diğer bir alternatif olarak sıcak nitrojen ile de vazodan alınacak numüne ısıtılabilir. Isıtma işleminden sonra TL nin 'glow curve ' denilen bir grafiğinin sıcaklık eğrisi çizilmesi tavsiye edilir.  Bu eğri numünenin her bir sıcaklık derecesine göre ısıtılmasına göre TL miktarının oranını verir.

 

 

 

4_3.jpg 5_2.jpg

 

 

 

Yukarıdaki şekilde Fat Lady 'nin 'glow curve' eğrisi görülmektedir.  Bu resim ve aşağıdaki termoluminans okuyucu (TL Reader) http://www.oxfordauthentication.com/about-us/the-laboratory-and-the-tl-testing-process/ sitesinden alınmıştır.

 

Esas olarak bir buluntuda Uranyum (92), Toryum (90) ve Potasyum (K, 19) olarak  radyo aktif elementler birikir. Bu birikim sonucunda buluntu içinde   α, β, γ ve kozmik radyasyonlar binlerce yıl sonra 'tuzağa' düşmüş parçacıklar olarak yayılım yaparlar. Buluntu içinde (veya doğadaki bütün cisimlerde) oluşumdan bu yana absorblanan radyasyon cismi oluşturan mineraller arasında  'tuzak' adı verilen boşluklar oluşur, bu boşluklar buluntu malzemesinden alınan küçük kırıntıların ısıtılması ile bozularak yıllarca biriken α, β, γ ve kozmik radyasyonun yayması sağlanır ve bu şekilde ölçüm gerçekleştirilmiş olur.  Bu şekilde yapılan ölçümlerde tarihlemede %6-8 hata oranı ile yaş tayinine ulaşılabilmektedir.  

 

Doğal  olarak bu kırıntı parçaların vazoyu oluşturan kil içerisinde bulunan limonit (esmer kil), demir peroksit (kırmızı) ve mangenez dioksit (siyah), organik malzemeler bulunması halinde ise (menekşe) olan renklerinin fırınlamada kullanılacak ısıtılma derecesine göre imal edilmesi aşamasından sonra buluntu olarak ele geçmesi bu maddelerin kil içinde oluşturduğu 'tuzakların' günümüzde yeniden küçük bir parçasının ısıtılması ile bozulması ile yayılacak  α, β, γ ve kozmik radyasyonların ölçülmesi termoluminans ölçümün temelini teşkil eder. Bugün için TL ölçümlerinde kil içinde en fazla bulunan kuvars (SiO2) ve feldspar (KAlSi3O8  NaAlSi3O8  CaAl2Si2O8) parçacıklarının TL ölçümlerinde başarı sağlanabilmiştir.

 

TL uygulanacak kırıntıların içinde bulunan ince zerreciklerin arasındaki mesafeye göre ölçüm yapmak TL nin temelini teşkil eder ki bugün için bu sınır ince tanecik yönetimine göre 10 mikrometre mesafe ve iri tanecik yöntemi olan 100 mikrometre mesafeli olmak üzere iki yöntem uygulanır.

 

Şüphesiz ki buluntunun bulunduğu ortamda (in situ) ya da bulunduğu ortamdan uzak bir yerde ele geçmiş olması yukarda söylediğimiz ince tanecikli ölçme yöntemi ya da iri tanecik yönteminin hangisinin uygulanacağı ile ilintili olarak yaş tayininin doğru yapılabilmesine yönelik olarak bir arkeolog tarafından önceden doğru olarak tespit edilmesi gerekir. Örneğin iri tanecikli ölçme yöntemi buluntunun çevre etkileşiminin ölçülemediği durumlarda kullanılması tavsiye edilmez. Bu in situ bir buluntunun çevre etkileşimi olmadığı için mutlaka ince tanecikli model yani 10 mikrometrelik bir kırıntı parçasının ölçülmesi ile doğru sonuca ulaşılabileceğini ortaya koyar. Teknik olarak bunun nedeni taneciklerin birbirlerine yakın olmasının ve dış etken olmamasından dolayı  α, β, γ ve kozmik radyasyonların daha doğru olarak ölçülebilmesinden kaynaklanmaktadır.

 

Antik çanak çömlek ısıtıldığı zaman parlak bir mavi renkli ışık saçar. Buradan alınacak bir toz numüne ile aşağıdaki resimde görülen TL okuyucu ile yuvarlak bir disk üzerine konulacak örneklerden yansıyan radyasyonun ölçülmesi ile gerçekleşir.

 

 6_2.jpg

 

 

Bir keramiğin (Almanca da keramik) bir yılda 2 rad gibi yüksek bir oranda radyasyon topladığı kabul edilir ki bunun içinde α radyasyonu en yüksek değeri oluşturur. (%85) Ancak α  saçınımı radyasyonunun ölçümü 0.007 düzeyindedir. (Fleming, 1966). Alfa parçacıklarının bir seramiğin termoluminans ölçümlerinde düşük çıkmasının nedeni parçacığın fiziksel ağırlığının büyüklüğü ve buna bağlı olarak hızının düşük olmasından kaynaklanmaktadır. Alfa parçacığının kütlesi 6.644656×10-27 kg olup, 3.72738 GeV enerjiye denktir. α (alfa) parçacığının bu kadar yüksek kütlesi ve enerjisi olması parçacığın hızını düşürür, Bu tanecikler cisimler tarafından hızla emilmesine rağmen ağırlıklarının yüksek olması nedeniyle havada bir kaç cm ilerleyebilirler bu da onların TL yöntemiyle ölçülmesini zorlaştırır.Buna rağmen bir arkeolojik buluntu vazo içinde 0.003 rad/yıl kadar bir  α parçacığı radyasyonu olduğu kabul edilmektedir.

 

Sonuç olarak β, γ saçınımının ölçülmesi Termoluminans (TL) ölçümleme açısından arkeolojik bir buluntunun tarihlemesi daha doğru sonuç verecektir.

 

ARKEOTEKNO