La datación por termoluminiscencia ( TL ) es la determinación, mediante la medición de la dosis de radiación acumulada , del tiempo transcurrido desde que un material que contiene minerales cristalinos fue calentado ( lava , cerámica ) o expuesto a la luz solar ( sedimentos ). A medida que un material cristalino se calienta durante las mediciones, se inicia el proceso de termoluminiscencia . La termoluminiscencia emite una señal luminosa débil que es proporcional a la dosis de radiación absorbida por el material. Es un tipo de datación por luminiscencia .
La técnica tiene una amplia aplicación y es relativamente barata (entre 300 y 700 dólares por objeto); lo ideal es analizar varias muestras. Los sedimentos son más caros hasta la fecha. [1] Es necesaria la destrucción de una cantidad relativamente significativa de material de muestra, lo que puede ser una limitación en el caso de las obras de arte. El calentamiento debe haber llevado el objeto a una temperatura superior a los 500 °C, que cubre la mayoría de las cerámicas, aunque la porcelana cocida a muy alta temperatura crea otras dificultades. A menudo funcionará bien con piedras que se hayan calentado al fuego. El núcleo de arcilla de las esculturas de bronce realizadas mediante fundición a la cera perdida también se puede analizar. [2]
Los distintos materiales varían considerablemente en su idoneidad para la técnica, dependiendo de varios factores. La irradiación posterior, por ejemplo, si se toman rayos X, puede afectar la precisión, al igual que la "dosis anual" de radiación que un objeto enterrado ha recibido del suelo circundante. Lo ideal es evaluar esto mediante mediciones realizadas en el lugar preciso del hallazgo durante un largo período. En el caso de las obras de arte, puede ser suficiente confirmar si una pieza es antigua o moderna en términos generales (es decir, auténtica o falsa), y esto puede ser posible incluso si no se puede estimar una fecha precisa. [2]
Los materiales cristalinos naturales contienen imperfecciones: iones de impurezas , dislocaciones de tensión y otros fenómenos que alteran la regularidad del campo eléctrico que mantiene unidos a los átomos en la red cristalina. Estas imperfecciones provocan protuberancias y depresiones locales en el potencial eléctrico del material cristalino . Cuando hay una depresion (lo que se denomina una " trampa de electrones "), un electrón libre puede ser atraído y atrapado.
El flujo de radiación ionizante (tanto de radiación cósmica como de radiactividad natural ) excita a los electrones de los átomos de la red cristalina hacia la banda de conducción , donde pueden moverse libremente. La mayoría de los electrones excitados se recombinarán pronto con los iones de la red, pero algunos quedarán atrapados y almacenarán parte de la energía de la radiación en forma de carga eléctrica atrapada ( Figura 1 ).
Dependiendo de la profundidad de las trampas (la energía requerida para liberar un electrón de ellas) el tiempo de almacenamiento de los electrones atrapados variará, ya que algunas trampas son lo suficientemente profundas como para almacenar carga durante cientos de miles de años.
Otra técnica importante para analizar muestras de un yacimiento histórico o arqueológico es un proceso conocido como prueba de termoluminiscencia, que se basa en el principio de que todos los objetos absorben la radiación del entorno. Este proceso libera electrones dentro de los elementos o minerales que quedan atrapados en el objeto. La prueba de termoluminiscencia implica calentar una muestra hasta que libere un tipo de luz, que luego se mide para determinar la última vez que se calentó el objeto.
En la datación por termoluminiscencia, estas trampas de larga duración se utilizan para determinar la edad de los materiales: cuando el material cristalino irradiado se vuelve a calentar o se expone a una luz intensa, los electrones atrapados reciben suficiente energía para escapar. En el proceso de recombinación con un ion reticular, pierden energía y emiten fotones ( cuantos de luz ), detectables en el laboratorio .
La cantidad de luz producida es proporcional al número de electrones atrapados que se han liberado, que a su vez es proporcional a la dosis de radiación acumulada. Para relacionar la señal (la termoluminiscencia, luz que se produce cuando se calienta el material) con la dosis de radiación que la provocó, es necesario calibrar el material con dosis de radiación conocidas, ya que la densidad de trampas es muy variable.
La datación por termoluminiscencia presupone un evento de "reducción a cero" en la historia del material, ya sea por calentamiento (en el caso de la cerámica o la lava) o por exposición a la luz solar (en el caso de los sedimentos), que elimina los electrones atrapados preexistentes. Por lo tanto, en ese punto la señal de termoluminiscencia es cero.
A medida que pasa el tiempo, el campo de radiación ionizante que rodea al material hace que los electrones atrapados se acumulen ( Figura 2 ). En el laboratorio, se puede medir la dosis de radiación acumulada, pero esto por sí solo no es suficiente para determinar el tiempo transcurrido desde el evento de puesta a cero.
Primero se debe determinar la tasa de dosis de radiación (la dosis acumulada por año). Esto se hace generalmente midiendo la radiactividad alfa (el contenido de uranio y torio ) y el contenido de potasio (el K-40 es un emisor beta y gamma ) del material de muestra.
A menudo se mide el campo de radiación gamma en la posición del material de muestra, o se puede calcular a partir de la radiactividad alfa y el contenido de potasio del entorno de la muestra, y se agrega la dosis de rayos cósmicos . Una vez que se determinan todos los componentes del campo de radiación, la dosis acumulada de las mediciones de termoluminiscencia se divide por la dosis acumulada cada año, para obtener los años desde el evento de puesta a cero.
La datación por termoluminiscencia se utiliza para materiales para los que no es posible la datación por radiocarbono , como los sedimentos . Su uso es ahora común en la autenticación de piezas de cerámica antiguas, para las que proporciona la fecha aproximada de la última cocción. Un ejemplo de esto se puede ver en Rink y Bartoll, 2005.
Keizars et al. (2008 ) modificaron la datación por termoluminiscencia para usarla como una herramienta de análisis pasivo de la migración de arena ( Figura 3 ), lo que demuestra las consecuencias directas resultantes de la reposición inadecuada de playas hambrientas utilizando arenas finas, además de proporcionar un método pasivo para vigilar la reposición de arena y observar los aportes de arena fluvial o de otro tipo a lo largo de las costas ( Figura 4 ).
La datación por luminiscencia estimulada ópticamente es un método de medición relacionado que reemplaza el calentamiento por la exposición a una luz intensa. El material de muestra se ilumina con una fuente muy brillante de luz verde o azul (para el cuarzo ) o luz infrarroja (para el feldespato potásico ). La luz ultravioleta emitida por la muestra se detecta para la medición.
Oxford Authentication: Inicio - Pruebas de TL Autenticación 'Oxford Authentication® Ltd autentica antigüedades de cerámica mediante la técnica científica de termoluminiscencia (TL). Las pruebas de TL son un método de datación para elementos arqueológicos que puede distinguir entre antigüedades auténticas y falsas'. Vea algunos de sus estudios de caso aquí: https://www.oxfordauthentication.com/case-studies/