Термолюминесценцией называется люминесцентное свечение, возникающее в процессе нагревания вещества. Она наблюдается при нагреве кристаллов, облучённых каким-либо ионизирующим излучением. Электроны, оказавшиеся при облучении в дефектах кристаллической решётки, при повышении температуры освобождаются из ловушек, и излучается свет.
Термолюминесцентный метод относится к одним из самых распространенных при исследовании природных образцов (Марфунин, 1975; Таращан, 1978) и вещества каменных метеоритов (Sears, 1988). Различают два вида термолюминесценции (ТЛ): естественную - запасенную веществом в природных условиях и индуцированную - наведенную от внешнего источника радиоактивного излучения в лабораторных условиях. Облучение образца в лабораторных условиях проводится после измерения или удаления (нагревом) естественной ТЛ. Эти два вида ТЛ ассоциируются с люминесцентными свойствами фосфора, который в большинстве каменных метеоритов представляет полевой шпат.
Естественная ТЛ в метеоритах достигает уровня равновесия приблизительно за 105 лет. Интенсивность этого свечения отражает тепловую историю метеорита в космическом пространстве и на Земле. После падения метеорита на Землю прекращается его облучение космическими лучами и величина естественной ТЛ уменьшается в зависимости от земного возраста метеорита и условий окружающей среды (температуры, выветривания и т.д.). Условия нахождения метеорита на Земле, в большей мере, отражаются на величине интенсивности ТЛ в низкотемпературной области (менее 200 оС). Это обстоятельство позволяет использовать измерения естественной ТЛ, главным образом, для оценки орбит метеоритов (Ivliev, Alexeev, 2006), а также для оценки земных возрастов метеоритов (Akridge et al., 2000), воздействия окружающей среды на вещество метеорита (Benoit et al., 1997) и идентификации парных образцов метеоритов-находок (Benoit et al., 1991).
Индуцированная ТЛ отражает изменения кристаллической структуры исследуемого минерала, образованные в результате теплового или наведенного ударом метаморфизма. Измерения наведенной ТЛ используются для изучения метаморфизма неравновесных обыкновенных хондритов и углистых хондритов (Ivliev et al., 2006; Алексеев и др., 2008), а также для исследования ударной истории метеоритов (Алексеев и др.,2001) и минералов ( Ивлиев и др., 1995, 1996, 2002).
Термолюминесцентный метод в настоящее время нашел широкое применение в дозиметрии и для определения возраста молодых геологических образцов и артефактов (Вагнер, 2006).
Аппаратура для регистрации ТЛ
Прибор, на котором проводятся исследования ТЛ, был разработан и изготовлен в Лаборатории космохимии. Блок-схема прибора показана на |рис. Измельчённый образец массой 2 мг размещается на подложке, имеющей форму блюдца диаметром 6 мм и высотой 2 мм (1), изготовленной из никелевой фольги толщиной 0.1 мм. Нихромовая пластина (2) размером 2х6 см и толщиной 0.5 мм обеспечивает равномерный нагрев образца. Световое излучение образца в области длин волн 400-500 нм регистрируется фотоэлектронным умножителе типа ФЭУ-93 (3) после прохождения через набор стандартных световых фильтров (4): БС-3 - кварцевое стекло, СЗС-22 и СЗС-25 – сине-зеленые фильтры. Ток ФЭУ с выхода линейного усилителя типа УС-50а (5) поступает на вход платы интерфейса L-154, установленной в корпусе персонального компьютера (6). Обязательная для регистрации ТЛ линейная скорость нагрева образца осуществляется с помощью специального устройства. В его состав входят две хромель-алюмелевые термопары (7) и электронный регулятор температуры (8). Последний оборудован кварцевым генератором, который обеспечивает нагрев образца с линейной скоростью 14 или 7 оС/с. Кроме этого, в регуляторе температуры предусмотрен вход от внешнего генератора импульсов, что позволяет изменять скорость нагрева от 0.5 до 50 оС/с. Использование двух термопар (7) вместо одной предусмотрено для увеличения стабильности регистрации ТЛ. Термопара, соединенная с нихромовой пластиной, управляет работой регулятора температуры. В настоящих исследованиях ТЛ образцы нагревались со скоростью 14 оС/с до температуры 500 оС. Экспериментальная проверка показала, что отклонение от линейной скорости нагрева не превышает 0.5%. Термопара, находящаяся в воде (9), охлажденной до 0 оС, обеспечивает точное включение временного канала интерфейса, который, в свою очередь, дает разрешение на регистрацию тока ФЭУ. Многократные измерения индуцированной ТЛ одного и того же образа показали, что воспроизводимость температуры на кривой свечения составляет ± 1 оС.
Специально для настоящей установки разработано многофункциональное программное обеспечение. Программа позволяет изменять параметры работы интерфейса. В частности – максимальную температуру регистрации кривой свечения. Интенсивность свечения обыкновенных хондритов различного типа изменяется более чем в 10000 раз. Минимальную интенсивность свечения естественной и наведенной ТЛ показывают примитивные неравновесные хондриты 3-го типа. Уменьшение максимальной температуры регистрации ТЛ с 500 до 400 оС позволяет практически исключить регистрацию фонового свечения инфракрасного излучения платиновой пластины. Величина последнего в интервале 400-500 оС в сотни раз превышает интенсивность свечения образца, что затрудняет последующую математическую обработку результатов измерений ТЛ. Описание образца, параметры работы аппаратуры и результаты измерения интенсивности ТЛ сохраняются в отдельном файле. Температура нагрева образца и соответствующая ей интенсивность ТЛ в цифровом виде записываются в файл регистрации в табличном варианте. Разработанная программа позволяет изменять дискретность регистрации температуры образца и, соответственно, интенсивности ТЛ. Обычно измерения интенсивности ТЛ проводились с дискретностью температуры 1 оС.
Графическая часть программы в реальном времени показывает результаты регистрации ТЛ на мониторе персонального компьютера. Кроме этого, предусмотрена возможность просмотра полученной кривой свечения в заданном интервале температуры. Математическая часть программы позволяет измерять температуру, интенсивность и полную ширину пика свечения на половине его высоты (ПШПВ), а также измерять величины площадей под кривыми свечения в двух заданных интервалах температуры. Результаты вычислений запоминаются и хранятся в отдельном файле. Табличная форма записи результатов регистрации ТЛ и вычислений необходимых параметров предусматривает использование стандартных компьютерных программ.
Литература.
Алексеев В.А., Горин В.Д., Ивлиев А.И., Кашкаров Л.Л., Устинова Г.К. (2001) Комплексное исследование термолюминесценции, треков и радионуклидов в свежевыпавшем хондрите Куня-Ургенч // Геохимия. N 11. С. 1139-1151.
Алексеев В.А., Горин В.Д., Ивлиев А.И., Кашкаров Л.Л., Устинова Г.К. (2008) Cвежевыпавшие хондриты Бухара (CV3) и Kilabo (LL6): параллельное изучение термолюминесценции, треков и космогенных радионуклидов // Геохимия. N9. С. 915-933.
Вагнер Г.А. (2006) Научные методы датирования в геологии, археологии и истории // М:, Техносфера. 576 с.
Ивлиев А.И., Бадюков Д.Д., Кашкаров Л.Л. (1995) Исследования термолюминесценции в образцах, подвергнутых экспериментальной ударной нагрузке. I: Олигоклаз. // Геохимия. N 9. С. 1368-1377.
Ивлиев А.И., Бадюков Д.Д., Кашкаров Л.Л. (1996) Исследования термолюминесценции в образцах, подвергнутых экспериментальной ударной нагрузке. II: Кварц. // Геохимия. N 10. С. 1011-1018.
Ивлиев А.И., Бадюков Д.Д., Куюнко Н.С., Козлов Е.А. (2002) Исследования термолюминесценции в образцах, подвергнутых экспериментальной ударной нагрузке. III: Кальцит // Геохимия. N 8. С. 820-833.
Марфунин А.С. (1975) Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах // М.: Недра. 327 с.
Таращан А.Н. (1978) Люминесценция минералов // Киев. Наукова думка. 296 с.
Akridge J.M.C., Benoit P.H., Sears D.W.G. (2000) Terrestrial age measurements using natural thermoluminescense of a draped zone under the fusion crust of Antarctic ordinary chondrites // Meteoritics Planet. Sci. V. 35. N 4. P. 869-874.
Benoit P.H., Sears H., Sears D.W.G. (1991) Ice movement, pairing and meteorite showers of ordinary chondrites from the Allan Hills. // Meteoritics. V. 26. N 4. P. 317.
Benoit P.H., Akridge J.M.C., Sears D.W.G., Pillinger C.T., Bland P.A. (1997) The weathering of Antarctic meteorites: climatic controls on weathering rates and implications for meteorite accumulation// LPS XXVIII, P.95-96.
Ivliev A.I., Kuyunko N.S., Skripnik A.Ya., Nazarov M.A Thermoluminescence Studies of Carbonaceous Chondrites // Lunar and Planetary Science XXXVI. Houston. 2005. CD-ROM 1065.pdf.
Ivliev A.I., Alexeev V.A. (2006) Estimation of the meteorite orbits by the thermoluminescence method // Lunar and Planetary Science XXXVII. Houston. CD-ROM 1047.pdf.
Sears D.W.G. Thermoluminescense of meteorites: Shedding light on the cosmos // Nucl. Tracks Radiat. Meas., 1988. V.14. N 1/2. P.5-17.
