利用Hidex 300SL 高灵敏全自动液体闪烁计数仪TDCR技术进行考古年代测定

 

1.年代测定的原理
14C是碳的一种放射性同位素,半衰期约五千七百年。它是宇宙射线和大气相互作用的产物,成为大气二氧化碳中碳的同位素组成之一。经光合作用被植物吸收而传播到整个生物界,并通过交换渗入一切可与大气二氧化碳相互交换的物质中。在生物体有生命期间,体内14C原子一面衰变一面从大气不断得到补充,保持一定水平。一旦生物死亡14C来源中断,体内14C只能按衰变规律不断减少。因此只要测出古遗址或古物中含碳物质的14C减少程度,就可推算出遗址遗物的年代。


2.年代测定需影响因素
为获得与历史事实相符的年代,需考虑多种因素:
2.1统计误差和实验误差
样本年代公式为:

  
 No:测量生物生长期间的原始放射性
 NA:标本残存的放射性
 Nφ:设备和环境引入的本底放射性
因No,NA,Nφ的统计误差将产生年代误差ΔA,其公式为:

 
 T:总测量时间
 τ:14C原子的平均寿命。
2.2 同位素分提效应
同位素的分提效应是指碳的三种同位素12C、13C、14C在热运动中表现不同,致使各类物质中14C含量就不同,这样按统一标准算出的14C年代就会有偏差。一般考古应用中可以根据现有研究成果对各类物质进行校正。
2.3现代碳标准和树轮年代校正
由于上世纪的人为干扰,如工业**后大量燃烧煤及石油致使大气二氧化碳、1950年以后大气核爆炸导致近年来生长物质的放射性水平都不能代表原始放射性。因此对于近代的样品需要进行再次矫正。利用树轮断代方法可以对14C年代进行校正。迄今已积累近1200对以上的对照数据。将全部数据作统计处理,可作出校正曲线或校正表。


3.标本的选择和生长环境的影响
3.1实验标本所需条件
 含碳
 应当是曾与大气CO2处于交换平衡状态的含碳物质
 其停止交换的年代又可以代表需要测定的遗址或遗物的年代
例如:
植物的茎、叶、种子,动物的皮、毛、骨骼,其死亡年代又与遗址活动年代有关的
古代房址中房梁、门板、木柱;器物上的木柄、木盖,竹绳、竹筐
储藏在罐内的粮食种子
墓葬里棺木、木炭,随葬品中供品(鲜果、菱角之类),丝绸
以及被埋的人骨,兽骨;原始人类食用的贝壳,佩带的贝饰等
灰坑里当时被弃的木块、炭屑等等
古代烧制的含稻谷的陶片,尚未燃尽的木屑、炭粉,甚至当时沉积的淤泥、泥炭等
古代建筑物的墙面地面如使用了人工烧制的石灰,由于吸收了当时大气中CO2而成为CaCO3保留至今,其中所含碳也能代表古建筑的年代
古代冶炼铁器用了木炭,铁器中所含碳也能代表冶炼年代


3.2 样本采集量
一般需要7~10克纯碳(经实验室制备后得6~8克碳)。木质品含碳量一般在30%左右,骨制品则为3%左右,所以应尽可能多的采集样本。

测量时需注意:
(1)测量时间越长,年代误差越小。
(2)14C法可测年代的上限,通常是4—5万年左右。
(3)标本量不足时总计数率小,使误差增大。
本底计数率Nφ和现代碳计数率No决定于实验室设备的低本底和高效率性能以及容纳的标本量。通常采用 作为设备的质量指标。


4.样本的前处理
我们建议使用来自US based company 的14Culp苯合成器来进行样本的前处理。该设备如图5.1所示:
 
处理后的样本放入Hidex 300SL中进行14C放射性的测量。


5.样本14C的测定
Hidex 公司生产的300SL低本底液闪仪采用三相两两符合(TDCR)的计数方式,3个PMT在同一平面上互成120度夹角,接收样品在闪烁液中产生的光子。TDCR计数的*大优势就是能简单并且直观的获得计数效率,极大限度减少外界宇宙及内部样本的辐射的干扰。
           
6.我国利用14C测定年代的案例
6.1仰韶文化遗址
陕西宝鸡北首岑遗址包括有仰韶早中晚类型,中期与西安半坡类型相当。经14C测定肯定了西安半坡类型遗址早于庙底沟类型遗址,可以肯定仰韶文化早在七千年前就开始出现,延续时间将近2000年。此后的龙山文化延续将近1000年。
过去裴李岗文化类型的器物考古上早有发现,但未发现地层叠压关系。现经14C多次测定已肯定河北磁山、河南裴李岗文化都属于较仰韶文化更早的新石器早期文化类型。
6.2 其它遗址年代测定
辽宁沈阳北陵,浙江余姚河姆渡,山东腾县北辛,广西甑皮岩等经14C测定都是属于六千年前的文化遗址。


 

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