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Strahlenschaden-Methoden Zusammenfassung mehrerer verwandter Datierungsmethoden (TL, OSL, IRSL, ESR, Spaltspuren, Alpharückstoßspuren) Zusammenfassung.

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

2 Eine einfache Einführung…

3 Lumineszenz dosimetrische Datierungsmethode α β γ t

4 OSL - Wachstumskurve DEDE Erosion + Bleichung Sedimentation + erneuter Signalaufbau OSL-Signal Zeit Natur OSL-Signal Dosis Labor Probennahme

5 OSL – Altersberechnung A [a] = D E (Dosis) [Gy] D (Dosisrate) [Gy/a] Sedimentation Beprobung Zeit OSL- Signal Erosion + Bleichung

6 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)

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8 Lumineszenzverfahren Technische Umsetzung Optisch stimulierte Lumineszenz Thermo- lumineszenz Elektronenspin- Resonanzverfahren Stimulation erfolgt durch Erhitzen (Wärme)Licht System wird auf Null zurückgesetzt, Zerstörende Messung System bleibt erhalten, zerstörungsfrei ungepaarte Elektronen unkompensierte Eigendrehung (Spin) magnetisches Moment Beschuss mit Mirkowellen Absorption

9 Lumineszenz- und ESR-Verfahren Anwendungsbereich Quelle: hd.mpg.de/hfm/ wh/pams/11_05_ 01_Christiane_R hodius.pdf [ ]

10 Lumineszenz – im Detail Kaltes Leuchten, einmalige Lichtemission zusätzlich zur Planckschen Strahlung (nicht zerstörungsfreie Messung!) Kaltes Leuchten, einmalige Lichtemission zusätzlich zur Planckschen Strahlung (nicht zerstörungsfreie Messung!) Je nach Stimulation: TL, OSL, IRSL Je nach Stimulation: TL, OSL, IRSL Radiofluoreszenz (RF) zerstörungsfrei Radiofluoreszenz (RF) zerstörungsfrei

11 LUM, Grundlagen… Alter [a] = Akkum. Dosis [Gy]/ Dosisleistung [Gy/a] Alter [a] = Akkum. Dosis [Gy]/ Dosisleistung [Gy/a] A. Hilgers 2007

12 …LUM, Grundlagen… Wagner 1998

13 Lumineszenzverfahren Anwendungsbereich Zeitliche Reichweite: 100 a bis ca. 1 Mio. Jahre Zeitliche Reichweite: 100 a bis ca. 1 Mio. Jahre Probenmaterial : vulkanische Gläser Letztes Erhitzen Optisches Bleichen Lichtempfindlichkeit Zeitpunkt des Erstarrens Keramik Ziegeln Steingegenstände fluviale Sedimente äolische Sedimente

14 Mineraltrennung Gravimetrische Trennung in Sandfraktion Gravimetrische Trennung in Sandfraktion In Schluff- und Tonfraktion allenfalls chemische Anreicherung von Quarz, ansonsten poylmineralische Fraktion! Mejdahl 1985

15 Feldspatspektrum Ggfs. spektrale Trennung von Emissionen

16 …LUM, Grundlagen… A. Hilgers 2007

17 …LUM, Grundlagen… Wer macht sowas? Hilgers 2007

18 …LUM, Grundlagen… Wagner 1995

19 Das Bändermodell Quelle: Zöller (1995)

20 …LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

21 …LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

22 …LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

23 Energiebändermodell Valenzband Leitungsband Energie Ionisierende Strahlung Elektronenfallen Rekombinationszentren Stimulation Lumineszenz

24 …LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

25 …LUM, Grundlagen… TL-Plateautest TL-Plateautest

26 …LUM, Grundlagen… A. Hilgers 2007

27 …LUM, Grundlagen… Hilgers 2007

28 …LUM, Grundlagen… A. Hilgers 2007

29 …LUM, Grundlagen…

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31 Für Kalifeldspat-Grobkorn: Für Feinkorn:

32 …LUM, Grundlagen… TL an Sedimenten…

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36 …LUM, Grundlagen…Erhitzte Gesteine

37 …LUM, Grundlagen… Partial heat – Longest plateau (Meerfelder Maar) Partial heat – Longest plateau (Meerfelder Maar) Zöller et al., submitted

38 …LUM, Grundlagen… Fading Fading

39 …LUM, Grundlagen…

40 TL, Anwendung…

41 Löss-Datierung Löss-Datierung Zöller 1995, Zöller & Semmel 2001

42 OSL, Anwendung = s -1 exp (E/k B T) 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, k B is the Boltzmanns constant and T the storage temperature [K]. Hilgers 2007

43 OSL, Anwendung Quarz: hohe Stabilität, aber geringe Sättiguns- dosis Quarz: hohe Stabilität, aber geringe Sättiguns- dosis Hilgers 2007

44 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

45 OSL, Anwendung: SAR Hilgers 2007

46 OSL, Anwendung Hilgers 2007

47 OSL, Anwendung Hilgers 2007 RPB=rapidly bleaching peak; SBP=slowly bleaching peak

48 OSL, Anwendung Hilgers 2007

49 OSL, Anwendung Hilgers 2007

50 Detektion unzureichender Bleichung < 500 Körner / Aliquot unzureichend gebleicht gut gebleicht v > 10 % Maximum Age

51 OSL, Anwendung Hilgers 2007

52 OSL, Anwendung Hilgers 2007

53 OSL, Anwendung: Glashütte Hilgers 2007

54 OSL, Anwendung: Rosenberg Hilgers 2007

55 OSL, Anwendung Hilgers 2007

56 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

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59 OSL-Studien zu unzureichend gebleichten Proben mittels Single Grain + Röntgenquelle Abb. J. Lomax

60 OSL, Anwendung: Linear Modulation Ch. Schmidt, unpubl.

61 ESR Grün 1989

62 ESR Wagner 1995

63 ESR

64 ESR Grün 1989

65 ESR

66 ESR

67 ESR

68 ESR

69 ESR

70 ESR sedimentäre Quarze 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). Beerten et al Messung bei K!

71 ESR Inflexion points! Beerten et al. 2008

72 ESR

73 ESR

74 ESR sedimentäre Quarze Fazit: Fazit: Hochauflösende ESR-Spektrometrie bei niedrigen T ( 1000 Gy) Hochauflösende ESR-Spektrometrie bei niedrigen T ( 1000 Gy) 3 verschiedene g-Linien von Ti-Li- und Ti-H-Zentren 3 verschiedene g-Linien von Ti-Li- und Ti-H-Zentren Dosisüberschätzung bei g1 durch Sensitivitätsänderung? Problem mit inflexion points. Dosisüberschätzung bei g1 durch Sensitivitätsänderung? Problem mit inflexion points. Dosisunterschätzung bei g3 durch mangelnde Stabilität? Dosisunterschätzung bei g3 durch mangelnde Stabilität? Weiterer aktueller Forschungsbedarf, aber viel versprechend Weiterer aktueller Forschungsbedarf, aber viel versprechend


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