Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu áp dụng kết hợp phương pháp carbon phóng xạ và phương pháp nhiệt huỳnh quang trong xác định niên đại cổ vật và mẫu trầm tích

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VŨ ANH HÙNG

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG KẾT HỢP

PHƯƠNG PHÁP CARBON PHÓNG XẠ VÀ PHƯƠNG PHÁP

NHIỆT HUỲNH QUANG TRONG XÁC ĐỊNH NIÊN ĐẠI

CỔ VẬT VÀ MẪU TRẦM TÍCH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

HÀ NỘI - 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Vũ Anh Hùng

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG KẾT HỢP

PHƯƠNG PHÁP CARBON PHÓNG XẠ VÀ PHƯƠNG PHÁP

NHIỆT HUỲNH QUANG TRONG XÁC ĐỊNH NIÊN ĐẠI

CỔ VẬT VÀ MẪU TRẦM TÍCH

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân

Mã số: 9440130.04

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS NGUYỄN QUANG MIÊN

2. PGS.TS BÙI VĂN LOÁT

HÀ NỘI - 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Vũ Anh Hùng, tác giả của luận án tiến sĩ "Nghiên cứu áp dụng

kết hợp phương pháp carbon phóng xạ và phương pháp nhiệt huỳnh quang

trong xác định niên đại cổ vật và mẫu trầm tích". Bằng danh dự của mình, tôi

xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, không có phần nội dung

nào được sao chép một cách bất hợp pháp từ công trình nghiên cứu của tác giả

khác. Kết quả nghiên cứu, nguồn số liệu trích dẫn, tài liệu tham khảo nêu trong

luận án hoàn toàn chính xác và trung thực.

Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2020

Tác giả luận án

Vũ Anh Hùng

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn

của mình là: PGS.TS. Nguyễn Quang Miên (Viện Khảo cổ học, Viện Hàn lâm

KHXH Việt Nam) và PGS.TS. Bùi Văn Loát (Trường Đại học Khoa học Tự

nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội), các thầy đã cho tôi nguồn động lực và đam mê

với khoa học. Các Thầy luôn dành thời gian quý báu của mình để hướng dẫn,

hỗ trợ và khuyến khích tôi trong suốt quá trình làm luận án tiến sĩ.

Tôi muốn gửi lời cảm ơn tới Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý,

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã cho tôi điều

kiện được đăng kí và thực hiện luận án tiến sĩ này. Tôi cũng muốn gửi lời cảm

ơn tới tất cả các Thầy, Cô trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân, cũng như Khoa Vật

lý đã luôn động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong mọi công việc.

Luận án này sẽ không được hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ nhiệt

tình của các đồng nghiệp Bộ môn Vật lý, Khoa Hóa - Lý kỹ thuật, Học viện Kỹ

thuật Quân sự. Tôi muốn gửi đến tất cả các Thầy và các đồng nghiệp lòng biết

ơn chân thành của mình.

Cuối cùng, tôi muốn cảm ơn chân thành tới gia đình của mình với lòng

tin và tình yêu vô điều kiện của họ, đã luôn hiểu, cảm thông và hỗ trợ tôi trong

mọi công việc gia đình để tôi yên tâm và có nhiều thời gian hơn cho luận án

của mình.

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................

MỤC LỤC ................................................................................................................... 1

MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ..................................... 15

1.1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NIÊN ĐẠI PHỔ BIẾN HIỆN

NAY ................................................................................................................. 15

1.1.1. Giới thiệu chung về các phương pháp xác định niên đại ............................ 15

1.1.2. Phương pháp vòng sinh trưởng thực vật và phương pháp hydrat .............. 15

1.1.3. Các phương pháp vật lý hạt nhân xác định niên đại ................................... 16

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC ........... 27

1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .......................................................... 27

1.2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ............................................................. 32

1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ................................................................................. 35

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP CARBON PHÓNG XẠ VÀ PHƯƠNG PHÁP NHIỆT HUỲNH QUANG TRONG XÁC ĐỊNH NIÊN ĐẠI .................................. 36

2.1. XÁC ĐỊNH TUỔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CARBON PHÓNG XẠ ........... 36

2.1.1. Phương trình tính tuổi mẫu vật ................................................................... 36

2.1.2. Tương tác của hạt bêta trong chất nhấp nháy lỏng ..................................... 37

2.1.3. Gia công chế tạo detector nhấp nháy lỏng .................................................. 38

2.1.4. Chuẩn hóa thể tích mẫu đo .......................................................................... 44

2.1.5. Đo bức xạ bêta trên hệ đo Tri carb 2770TR/SL .......................................... 45

2.1.6. Xử lý số liệu theo phép đo phóng xạ hoạt độ nhỏ ....................................... 50

2.1.7. So sánh kết quả đo hoạt độ 14C với đơn vị khác. ........................................ 60

2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NIÊN ĐẠI NHIỆT HUỲNH QUANG........... 62

2.2.1. Mô hình bài toán đo tuổi nhiệt huỳnh quang mẫu gốm cổ ........................ 62

2.2.2. Phương trình tính tuổi cổ vật theo liều bức xạ hạt nhân qua hiệu ứng nhiệt huỳnh quang ........................................................................................................... 68

2.2.3. Gia công xử lý mẫu đo ................................................................................. 69

2.2.4. Đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang .................................................................... 74

2.2.5. Xác định liều tích lũy trong mẫu ................................................................. 79

2.2.6. Xác định suất liều chiếu hằng năm lên mẫu (D0) ........................................ 81

2.2.7. Xác định độ ẩm môi trường, mẫu gốm ........................................................ 84

2.3. ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP TUỔI 14C VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO TUỔI NHIỆT HUỲNH QUANG ..................................................................... 87

2.3.1. Về phương pháp đo 14C bằng nhấp nháy lỏng ............................................ 87

2.3.2. Về phương pháp đo tuổi nhiệt huỳnh quang từ thạch anh hạt thô .............. 87

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ................................................................................. 88

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ..................................................... 89

3.1. ĐO ĐỐI SÁNH HAI PHƯƠNG PHÁP .......................................................... 89

3.1.1. Lựa chọn mẫu đo .......................................................................................... 89

3.1.2. Xác định tuổi bằng phương pháp carbon phóng xạ .................................... 92

3.1.3. Xác định tuổi bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang ................................. 94

3.1.4. Đánh giá kết quả ........................................................................................... 98

3.2. XÁC ĐỊNH TUỔI TẠI KHU DI TÍCH HOÀNG THÀNH THĂNG LONG ....... 100

3.2.1. Xác định tuổi bằng phương pháp carbon phóng xạ .................................. 100

3.2.2. Xác định tuổi bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang ............................... 102

3.3. XÁC ĐỊNH TUỔI TẠI KHU DI TÍCH GÒ THÁP ....................................... 107

3.3.1. Xác định tuổi bằng phương pháp carbon phóng xạ .................................. 107

3.3.2. Xác định tuổi bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang ............................... 109

3.4. XÁC ĐỊNH TUỔI Ở BẾN TRE ..................................................................... 113

3.4.1. Mẫu nghiên cứu .......................................................................................... 113

3.4.2. Thực nghiệm, kết quả và thảo luận ............................................................ 115

3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................... 117

KẾT LUẬN ............................................................................................................. 119

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................................................... 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 123

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt

Accelerator Mass Khối phổ kế gia tốc AMS Spectrometer

Bishmuth Germannate Bảo vệ Detector BGO

Counts per minute Số đếm trong một phút CPM

Decays per minute Số phân rã trong một phút DPM

Tỷ số bình phương hiệu suất trên E2/B Efficency/ Background phông đo

GPC Gas Proportion Counting Ống đếm tỷ lệ chứa khí

Hoàng Thành Thăng Long HTTL

International Atomic Energy Cơ quan Năng lượng nguyên tử IAEA Agency quốc tế

LSC Liquid Scintillation Counter Máy đo nhấp nháy lỏng

PMT Photo Multiplier Tubes Ống nhân quang điện

Thermoluminescence Nhiệt huỳnh quang TL

TL Thermoluminescence Reader Máy đo nhiệt huỳnh quang Reader

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

STT Hình Nội dung Trang

1 Hình 1.1 21 Mô hình về hình thành và chu chuyển 14C trong môi trường tự nhiên

2 Hình 1.2 24 Sơ đồ mô tả cơ chế tạo bức xạ nhiệt huỳnh quang trong mẫu

3 Hình 1.3 26 Giới thiệu một số phương pháp đo tuổi và khoảng đo tương ứng

28 4 Hình 1.4 Mô tả nguyên lý đo đồng vị 14C bằng ống đếm chứa khí

5 Hình 1.5 29 Sơ đồ mô tả nguyên lý đo bức xạ bêta bằng nhấp nháy lỏng

6 Hình 1.6 30 Sơ đồ đơn giản của khối phổ gia tốc kế dùng đếm các đồng vị 14C trong xác định niên đại carbon phóng xạ

7 Hình 2.1 37 Phổ năng lượng bêta của đồng vị carbon phóng xạ

8 Hình 2.2 40 Sơ đồ quá trình tổng hợp Benzen

9 Hình 2.3 41 Hệ thống Task Benzene Synthesis

10 Hình 2.4 42 Bình thép dùng trong quá trình carbide hóa

11 Hình 2.5 45 Sơ đồ lắp đặt bộ phận BGO bảo vệ detector nhấp nháy lỏng

12 Hình 2.6 46 Sơ đồ nguyên lý máy đo Tri carb 2770 TR/SL

13 Hình 2.7 47 Dạng xung của bức xạ - và xung nhiễu gây ra trong chất nhấp nháy lỏng

14 Hình 2.8 48 Sơ đồ dạng xung sáng do bức xạ  và  tạo ra trong nhấp nháy lỏng

15 Hình 2.9 48

Sơ đồ thực nghiệm chọn tham số phân biệt tách tín hiệu  khỏi kênh  trong phép đo tuổi 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL

16 Hình 2.10 49 Sơ đồ chọn cửa sổ đo bức xạ bêta tối ưu từ đồng vị 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL

17 Hình 2.11 52

Minh họa về so sánh hàm phân bố thống kê gần đúng chuẩn thực nghiệm f(n) và hàm phân bố chuẩn thông thường f (n)

18 Hình 2.12 61 Phổ các mẫu đối sánh với phòng thí nghiệm viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân

19 Hình 2.13 62 Quá trình biến tín hiệu nhiệt huỳnh quang trong mẫu gốm cổ

20 Hình 2.14 64 Mô hình tác động của các bức xạ , ,  trong hạt thạch anh

21 Hình 2.15 65

Phổ nhiệt huỳnh quang của mẫu thạch anh với các mức liều chiếu từ 1Gy-5Gy, đo trên máy RGD-3A với tốc độ gia nhiệt 150C/s

22 Hình 2.16 66

Phổ nhiệt huỳnh quang của mẫu fenspat với các mức liều chiếu từ 1Gy-5Gy, đo trên máy RGD-3A với tốc độ gia nhiệt 150C/s

23 Hình 2.17 66

Phổ nhiệt huỳnh quang mẫu canxit với các mức liều chiếu từ 1Gy-5Gy, đo trên máy RGD-3A với tốc độ gia nhiệt 150C/s

24 Hình 2.18 67 Đường hồi quy tuyến tính xác định độ nhạy nhiệt huỳnh quang của các mẫu thạch anh, fenspat và canxit

25 Hình 2.19 Sử dụng máy mài MD3212F để loại bỏ lớp gốm ngoài 69

26 Hình 2.20 Sử dụng kẹp cơ khí để làm nhỏ từ từ các mảnh gốm 70

27 Hình 2.21 Sơ đồ bố trí sàng tách độ hạt 70

28 Hình 2.22 Các hạt gốm và vụn thực vật tách từ mẫu gốm cổ 70

29 Hình 2.23 72 Biểu đồ phân bố độ hạt qua quá trình gia công xử lý mẫu đo tuổi

30 Hình 2.24 73 Sơ đồ lắp ống chứa mẫu chiếu liều bổ sung trong đo tuổi nhiệt huỳnh quang

31 Hình 2.25 74 Dụng cụ dùng để định lượng mẫu đo trong đo tuổi nhiệt huỳnh quang

32 Hình 2.26 74 Thiết bị đo nhiệt huỳnh quang RGD-3A, tại Phòng thí nghiệm Viện khảo cổ học

33 Hình 2.27 Sơ đồ nguyên lý hệ đo bức xạ nhiệt huỳnh quang 75

34 Hình 2.28 Sơ đồ khối của hệ đo RGD-3A 76

35 Hình 2.29 Phổ nhiệt huỳnh quang mẫu thạch anh đo theo kênh đo 77

36 Hình 2.30 Phổ nhiệt huỳnh quang mẫu thạch anh theo nhiệt độ 78

37 Hình 2.31 “Test plateau” mẫu hạt thạch anh trên máy RGD-3A 79

38 Hình 2.32 Đường hồi qui tuyến tính xác định liều tương đưong “Q” 80

39 Hình 2.33 81 Đường tương quan tuyến tính xác định giá trị hiệu chỉnh “I”

40 Hình 2.34 Mô hình kiểm tra đánh giá kết quả phân tích xác định tuổi 85

41 Hình 3.1 Các mẫu sử dụng thí nghiệm so sánh 2 phương pháp 91

42 Hình 3.2 93 Phổ bêta của mẫu carbon phóng xạ trên máy đo Tri- carb 2770 TR/SL

43 Hình 3.3 Phổ nhiệt huỳnh quang của 5 mẫu đo đối sánh 95

44 Hình 3.4 96 Sơ đồ xác định giá trị liều “Q” và “I” theo phương pháp bổ sung liều

45 Hình 3.5 99 Đồ thị đánh giá tương quan kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang và tuổi bằng phương pháp carbon phóng xạ

46 Hình 3.6 Mẫu ở di tích HTTL dùng đo tuổi carbon phóng xạ 100

47 Hình 3.7 Địa tầng lấy mẫu ở HTTL 101

48 Hình 3.8 Mẫu ở di tích HTTL dùng đo tuổi nhiệt huỳnh quang 103

49 Hình 3.9 Đường cong TL thực nghiệm đối với các mẫu nghiên cứu 104

50 Hình 3.10 105 Mẫu gốm đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại Phòng Thí nghiệm Trường Đại học Bicacco Milano (Italy)

51 Hình 3.11 Phổ nhiệt huỳnh quang mẫu gốm 106

52 Hình 3.12 108 Mẫu sưu tầm tại di tích Gò Tháp dùng đo tuổi carbon phóng xạ

53 Hình 3.13 Mẫu ở di tích Gò Tháp dùng đo tuổi nhiệt huỳnh quang 109

54 Hình 3.14 110 Đường cong TL thực nghiệm mẫu 18.GT.M03 và 18.GT.M04

55 Hình 3.15 111 Ảnh các mảnh gốm ở di tích Gò Tháp được đo tuổi nhiệt huỳnh quang

56 Hình 3.16 113 Các loại hình đồ gốm tương ứng với các giai đoạn ở di tích Angkor Borei, Cambodia

57 Hình 3.17 Sơ đồ phân bố các lỗ khoan nghiên cứu ở Bến Tre 114

DANH MỤC BẢNG

TT

Bảng

Nội dung

Trang

1 Bảng 1.1

2 Bảng 2.1

Tỷ số các đồng vị của carbon trong tự nhiên 22

3 Bảng 2.2

38 Một số chất phát quang thường dùng trong detector nhấp nháy lỏng

4 Bảng 2.3

39 Đặc tính lý-hóa của một số dung môi dùng làm detector nhấp nháy lỏng

5 Bảng 2.4

49 Kết quả xác định độ nhạy phép đo hàm lượng 14C trên hệ đo Tri-carb 2770TR/SL theo các của sổ đo khác nhau

6 Bảng 2.5

57 Đánh giá khoảng phân biệt tuổi 14C trên hệ đo Tri- carb 2770 TR/SL

7 Bảng 2.6

58 Dự tính khoảng thời gian tối ưu đo tuổi 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL

8 Bảng 2.7

59 Dự tính khối lượng mẫu cần cho đo tuổi 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL

9 Bảng 2.8

Kết quả đo đối sánh họat độ 14C 61

10 Bảng 2.9

67 Kết quả đo bức xạ nhiệt huỳnh quang trên thạch anh, fenspat và canxit

11 Bảng 2.10 Hàm lượng các nguyên tố U, Th, K trong mẫu đất

Khảo sát lượng mẫu tách theo độ hạt (g) 72

12 Bảng 2.11 Liều chiếu gây bởi các nguyên tố U, Th, K

13 Bảng 2.12 Suất liều hằng năm tác động lên mẫu gốm

14 Bảng 3.1

15 Bảng 3.2

Danh sách mẫu đo đối sánh hai phương pháp 90

16 Bảng 3.3

Lượng hữu cơ trong mẫu gốm đo tuổi carbon phóng xạ 92

17 Bảng 3.4

94 Kết quả đo tuổi carbon phóng xạ của mẫu gốm nghiên cứu

18 Bảng 3.5

Kết quả xác định liều tích lũy trong mẫu gốm 96

19 Bảng 3.6

97 Kết quả xác định hàm lượng các nguyên tố phóng xạ (U, Th, K) trong đất đá vây quanh và suất liều chiếu hằng năm trên các mẫu

Kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang mẫu đối sánh 98

20 Bảng 3.7

21 Bảng 3.8 Mẫu đo tuổi carbon phóng xạ ở khu di tích HTTL

98 Kết quả đo kiểm tra đối sánh với phương pháp carbon phóng xạ

22 Bảng 3.9

101

23 Bảng 3.10 Kết quả đo tuổi trước đây của các tác giả khác

Kết quả đo tuổi carbon phóng xạ khu di tích HTTL 101

24 Bảng 3.11 Mẫu đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại di tích HTTL

102

25 Bảng 3.12 Kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang di tích HTTL

103

26 Bảng 3.13

104

27 Bảng 3.14

106 Kết quả đo tuổi mẫu gốm từ phòng thí nghiệm Bicocca, Trường Đại học Milano (Italy)

28 Bảng 3.15 Mẫu đo tuổi carbon phóng xạ ở khu di tích Gò Tháp

107 So sánh kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang giữa phòng thí nghiệm Hà Nội và phòng thí nghiệm Milano

29 Bảng 3.16 Kết quả đo tuổi carbon phóng xạ khu di tích Gò Tháp

108

30 Bảng 3.17

108

31 Bảng 3.18 Mẫu đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại di tích Gò Tháp

109 Kết quả đo tuổi carbon phóng xạ trước đây của các tác giả khác

32 Bảng 3.19 Kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang di tích Gò Tháp

110

33 Bảng 3.20

111

34 Bảng 3.21

112 Kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại di chỉ Gò Tháp của các tác giả khác

35 Bảng 3.22 Kết quả đo và tính tuổi của các mẫu nghiên cứu

114 Độ sâu và đặc điểm vật liệu các mẫu được chọn để nghiên cứu

36 Bảng 3.23

115

116 Kết quả đo tuổi 14C trong lỗ khoan BT2 của phòng thí nghiệm Nagoya (Nhật Bản) thực hiện

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Niên đại luôn là một tiêu chí khoa học quan trọng trong nghiên cứu địa chất và

khảo cổ học, đặc biệt khoảng thời gian từ cuối Pleistocene trở lại đây. Đó là thời kỳ

đã diễn ra nhiều biến cố có ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình hình thành và phát triển

sự sống của con người trên trái đất [25]. Mọi nghiên cứu và đánh giá về quá trình

phát triển của tự nhiên hay xã hội cũng chỉ thực sự có ý nghĩa khi được đặt trong một

khung niên đại đúng đắn [25, 30].

Kể từ sau những công bố đầu tiên về tuổi của Trái đất được xác định theo tỷ số

đồng vị của nguyên tố 235U/ 238U đến nay, trong mục tiêu xác định tuổi cho các mẫu

vật, các phương pháp vật lý hạt nhân luôn được coi là một trong những giải pháp tiên

phong bởi có độ tin cậy và tính ứng dụng cao [28, 29, 30]. Cho đến nay, số lượng các

phương pháp hạt nhân ứng dụng để xác định tuổi có thể đã lên đến vài chục và còn

tiếp tục tăng thêm nhờ những tiến bộ mới về khoa học và công nghệ. Mỗi phương

pháp đo tuổi này đều có những yêu cầu riêng về kỹ thuật thực hiện cũng như khả

năng đo được trong một khoảng niên đại thích hợp nào đó. Trong đó, với khoảng niên

đại từ cuối Pleistocen trở lại đây các phương pháp đo tuổi nhiệt huỳnh quang

(Thermoluminescence dating) và carbon phóng xạ (14C dating) đang được xem là

những phương pháp có khả năng ứng dụng hiệu quả, bởi chúng có độ chính xác

(precision) và độ đúng (accuracy) cao [84, 86, 87]. Ngoài ra, khả năng có thể triển

khai ứng dụng phổ biến cũng là một ưu thế đáng kể của các phương pháp này [35,

83, 85].

Ở nước ta, nhìn chung các nghiên cứu trước đây đã cho thấy khả năng ứng

dụng hữu hiệu của các phương pháp trong nghiên cứu khảo cổ học và địa chất học,

song cũng đã cho thấy có những vấn đề chưa hoàn toàn rõ ràng và thống nhất và để

phát huy hiệu quả của phương pháp, cần phải có những nghiên cứu tìm kiếm giải

pháp liên kết thích hợp giữa các phương pháp này.

Hiện nay, Đảng và Nhà nước đang chủ trương đẩy mạnh công tác nghiên cứu

đánh giá tài nguyên thiên nhiên và tài nguyên văn hóa, nhằm khai thác và phát huy

trong công cuộc xây dựng mới của đất nước. Do đó, yêu cầu nghiên cứu xác định

niên đại trong nghiên cứu địa chất và khảo cổ học trên toàn quốc rất lớn. Việc gửi

mẫu ra nước ngoài gặp rất nhiều khó khăn, không những về kinh phí, thủ tục ngoại

thương, mà còn đặc biệt là không chủ động được thời gian làm ảnh hưởng tới tiến độ

thực hiện và không đáp ứng được tính thời sự của nghiên cứu.

Mặt khác, nhu cầu hội nhập quốc tế trong nghiên cứu khảo cổ học ở nước ta

đang được quan tâm đến, mà một trong những đòi hỏi quan trọng đó là cần phải có

các kết quả đo tuổi bằng các phương pháp vật lý học. Do vậy, thành công của luận án

sẽ trực tiếp góp phần cung cấp các số liệu niên đại cho các di tích khảo cổ học.

Tác giả luận án công tác tại Bộ môn Vật lý, Khoa Hóa - Lý kỹ thuật, học

viện Kỹ thuật Quân sự, Bộ Quốc phòng, do vậy việc triển khai thực hiện đề tài

là đáp ứng nhu cầu và mục tiêu của công tác nghiên cứu ứng dụng công nghệ hạt

nhân vì mục đích hòa bình phục vụ phát triển kinh tế và xã hội của đất nước trong

thời kỳ mới, trực tiếp góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của công tác phân

tích xác định niên đại cho các nền văn hóa khảo cổ học trong nước, cũng như xác lập

khung niên đại tuổi tuyệt đối cho các thành hệ địa chất tại Việt Nam.

Với những yêu cầu khoa học và thực tiễn đã nói trên, tác giả chọn đề tài “Nghiên

cứu áp dụng kết hợp phương pháp carbon phóng xạ và phương pháp nhiệt

huỳnh quang trong xác định niên đại cổ vật và mẫu trầm tích” làm đề tài bảo vệ

luận án tiến sĩ của mình.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Tìm hiểu và nghiên cứu phương pháp đo tuổi carbon phóng xạ cho các mẫu hữu

cơ (có chứa carbon) trên hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770 TR/SL.

Tìm hiểu và nghiên cứu phương pháp đo tuổi nhiệt huỳnh quang cho các mẫu

gốm cổ (có chứa thạch anh) trên hệ đo nhiệt huỳnh quang RGD-3A.

Đề xuất giải pháp lựa chọn kết hợp phương pháp đo tuổi carbon phóng xạ và

phương pháp đo tuổi nhiệt huỳnh quang trong giải quyết nhiệm vụ phân tích xác định

niên đại cổ vật ở Việt Nam

Sử dụng các phương pháp đã nghiên cứu, phân tích xác định niên đại một số mẫu

vật khảo cổ học, từ đó đánh giá khả năng sử dụng của phương pháp cũng như thang

niên đại tuyệt đối của khu di tích đó.

Các nội dung nghiên cứu chính của luận án

Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp đo tuổi carbon phóng xạ và đo tuổi

nhiệt huỳnh quang trong nước và quốc tế. Từ đó, đề xuất giải pháp lựa chọn và thực

hành ứng dụng kết hợp hai phương pháp này trong giải quyết nhiệm vụ xác định niên

đại cổ vật ở Việt Nam.

Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật trong thực hành đo tuổi carbon phóng xạ các

mẫu hữu cơ (có chứa carbon) trên hệ đo nhấp nháy lỏng, Tri-Carb 2770 TR/SL, bao

gồm: gia công làm giàu mẫu, phân tích xác định hoạt độ phóng xạ của đồng vị 14C,

xử lý số liệu và tính toán tuổi cho mẫu vật.

Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật trong thực hành đo tuổi nhiệt huỳnh quang

các mẫu gốm cổ (có chứa thạch anh) trên hệ đo nhiệt huỳnh quang, RGD-3A, bao

gồm: gia công làm giàu mẫu, phân tích xác định liều phóng xạ tích lũy (P), phân tích

xác định suất liều chiếu xạ hằng năm (Do), xử lý số liệu và tính toán tuổi cho mẫu vật.

Áp dụng các giải pháp kỹ thuật đã nghiên cứu phân tích xác định niên đại tuyệt đối

cho một số mẫu gốm có chứa chất hữu cơ nhằm so sánh tương quan kết quả đo giữa hai

phương pháp và đề xuất giải pháp lựa chọn phép đo phù hợp.

Theo phương pháp đã lựa chọn phân tích xác định niên đại cho một số mẫu

vật tại một số địa điểm: Khu di tích Hoàng Thành Thăng Long; Khu di tích quốc

gia đặc biệt Gò Tháp; Các lỗ khoan địa chất ven biển ở Bến Tre. So sánh kết quả đo

được với các phòng thí nghiệm khác, từ đó đánh giá độ tin cậy của kết quả đo và

góp phần cung cấp số liệu vào đánh giá niên đại chung của khu di tích.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Đã xác định được những giải pháp kỹ thuật thích hợp và đã được sử dụng hiệu

quả để đo tuổi mẫu vật hữu cơ (chứa carbon) bằng phương pháp carbon phóng xạ trên

hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770 TR/SL và đo tuổi mẫu vật vô cơ (chứa hạt thạch

anh) bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang trên hệ đo nhiệt huỳnh quang RGD-3A

tại phòng thí nghiệm ở Việt Nam.

Các số liệu đo tuổi của luận án có độ chính xác tương ứng với phân tích của các

phòng thí nghiệm khác, đã góp phần đánh giá và khẳng định niên đại các giai đoạn

phát triển văn hóa của các khu tích khảo cổ học, cũng như quá trình biến động môi

trường trầm tích khu vực Bến Tre và ranh giới Pleistocene - Holocen ở vùng hạ lưu

sông Mê Kông.

Tính mới của luận án

Luận án đã xác định được các giải pháp gia công và xử lý mẫu thích hợp trong

phân tích xác định niên đại cổ vật bằng phương pháp carbon phóng xạ cho các mẫu

vật hữu cơ (gỗ, than cháy, vải, vỏ sò ốc...) trên hệ thống tổng hợp benzen TASK

BEZENE SYNTHESISER và máy đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770 TR/SL tại Phòng

thí nghiệm, Viện Khảo cổ học Việt Nam.

Luận án đã xác định được các giải pháp gia công và xử lý mẫu thích hợp trong

phân tích xác định niên đại cổ vật bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang hạt thạch

anh thô (Quartz Coasre Grain Technique) cho các mẫu vật vô cơ (gạch, ngói, gốm

cổ, đồ đất nung...) trên hệ đo nhiệt huỳnh quang RGD-3A tại Phòng thí nghiệm, Viện

Khảo cổ học Việt Nam.

Luận án đã phân tích xác định niên đại cho một số mẫu vật và các kết quả đo

được đã có giá trị tương ứng với kết quả đo của các phòng thí nghiệm khác. Những

kết quả này đã trực tiếp góp phần đánh giá và khẳng định niên đại các giai đoạn văn

hóa của các khu di tích Gò Tháp, khu di tích Hoàng Thành Thăng Long, cũng như

quá trình biến động môi trường trầm tích khu vực Bến Tre và ranh giới Pleistocene -

Holocen ở vùng châu thổ hạ lưu sông Mê Kông.

Kết cấu của luận án

Ngoài mở đầu và kết luận, luận án gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu

- Chương 2: Xác định niên đại bằng phương pháp carbon phóng xạ và phương

pháp nhiệt huỳnh quang

- Chương 3: Thực nghiệm và đánh giá

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NIÊN ĐẠI PHỔ BIẾN HIỆN NAY

1.1.1. Giới thiệu chung về các phương pháp xác định niên đại

Xác định niên đại di tích, di vật bao giờ cũng là một trong những yêu cầu quan

trọng hàng đầu đối với nghiên cứu khảo cổ học. Như GS. Hà Văn Tấn đã từng nhận

định “Có di vật, song nếu không biết rõ niên đại, thì người làm khảo cổ học cũng

chẳng biết dùng vào việc gì” [25]. Đến nay, phương pháp thường được sử dụng là

xác định niên đại một cách tương đối, nghĩa là dựa trên những so sánh về loại hình,

màu sắc, hoa văn và trình độ chế tác,... Chẳng hạn như, “Các mẫu trông giống nhau

thì cùng niên đại”, “mẫu đẹp hơn, hoàn hảo hơn” thì muộn hơn “mẫu chưa đẹp, chưa

hoàn hảo”… Tuy nhiên, các niên đại xác định bằng phương pháp này cho thấy còn

rất nhiều điều “thiếu thuyết phục” và không thể áp dụng với những hiện vật mới.

Chính vì vậy, cần phải có các phương pháp xác định niên đại có tính khách quan và

tin cậy hơn.

Với mục tiêu xác định niên đại cổ vật, cho đến nay các phương pháp vật lý hạt

nhân luôn đóng vai trò quan trọng bởi độ tin cậy và khả năng ứng dụng hiệu quả. Bởi

các phương pháp xác định tuổi theo phương pháp hạt nhân đều chủ yếu dựa vào quy

luật suy giảm của số hạt nhân phóng xạ hoặc những biến đổi bên trong của mẫu vật

theo thời gian.

1.1.2. Phương pháp vòng sinh trưởng thực vật và phương pháp hydrat

Phương pháp vòng sinh trưởng thực vật (Dendrochronology) được 2 nhà khoa

học A. E. Douglas và A. S. Astrnomer (Phòng thí nghiệm Tree-ring, Đại học Arizona)

đề xuất năm 1937 [23]. Đến năm 1963, Bryant Bannister đã xây dựng và tạo ra dãy

vòng hàng năm chuẩn của cây và mẫu hình vòng của gỗ cây (cùng loại) được so sánh

với dãy vòng hàng năm chuẩn đó để tìm vị trí (tương ứng với nó là thời điểm) mà

chúng khớp nhau [22, 23]. Đến nay, sau nhiều công trình nghiên cứu, phương pháp

này vẫn được sử dụng để xác định niên đại trong khảo cổ, đặc biệt là với nhu cầu

chuyển đổi các kết quả đo tuổi 14C sang Công lịch [15, 34]. Ngoài ra, phương pháp

này cũng có thể được sử dụng để xác định niên đại của các cấu trúc gỗ hiện thời và

xác định niên đại các đồ mỹ thuật, kiến trúc và dùng trong hiệu chỉnh đo tuổi của một

số phương pháp khác. Khoảng niên đại xác định hiệu quả của phương pháp này

khoảng 11 000 năm trở lại đây [30, 34].

Phương pháp hydrat là cách xác định niên đại theo lớp hydrat hóa (hydration)

được tạo thành trên bề mặt đá obsidian. Phương pháp này đã được các nhà khoa học

Irving Friedma, Robert L. Smith và Donovan Clark (Đại học Standford, Mỹ) đề xuất

và nghiên cứu từ những năm 1960-1970 [34, 46]. Obsidian là một dạng thủy tinh được

tạo ra trong quá trình núi lửa phun trào. Sau đó, trong quá trình tồn tại đá này sẽ hấp

thụ nước từ môi trường tự nhiên xung quanh để dần dần tạo thành một lớp hydrat hóa

ở trên bề mặt và có thể đo được. Lớp này không thể nhìn thấy bằng mắt thường nên

không thể nhầm với lớp gỉ được tạo thành do vật liệu thay đổi hoặc phong hóa. Người

xưa lấy đá này để chế tác công cụ và quá trình tách đá sẽ tạo ra các mặt tiếp xúc mới.

Do đó, đo độ dày của lớp hydrat hóa này, chúng ta có thể xác định được khoảng thời

gian từ khi công cụ đã được sử dụng đến nay. Phương pháp này có khả năng xác định

tuổi từ khoảng 15 000 năm trở lại đây [46].

1.1.3. Các phương pháp vật lý hạt nhân xác định niên đại

1.1.3.1. Phương pháp phân rã hạt nhân

a) Nguyên lý chung:

Khi phân rã, số lượng các hạt nhân phóng xạ sẽ suy giảm theo quy luật:

N(t1) =N(t0) e-λt (1.1)

Trong đó: N(t0) là số hạt nhân tại thời điểm t0

N(t1) là số hạt nhân tại thời điểm t1

λ là hằng số phân rã

] (1.2)

1 𝑙𝑛 [ ∆t = t1 - t0 = λ

𝑁(𝑡0) 𝑁(𝑡1)

Theo đó, khoảng thời gian từ thời điểm t0 đến t1 sẽ được tính, theo công thức:

Trong một số trường hợp, do không thể xác định được số hạt nhân tại thời điểm

(t0), thì có thể sử dụng phương pháp tỷ số hạt nhân. Nội dung như sau: Giả thiết ban

đầu không có hạt nhân con, số hạt nhân con chỉ do hạt nhân mẹ sinh ra, cả hạt nhân

mẹ lẫn hạt nhân con đều không có sự thất thoát ra khỏi mẫu, không có hạt nhân mẹ

mới được thêm vào và không có hạt nhân con được sinh bởi phản ứng hạt nhân gây

bởi tia vũ trụ.

Gọi Np là số hạt nhân mẹ, ND là số hạt nhân con. Từ hệ phương trình:

NP (t0) = NP (t1) + ND(t1) (1.3)

NP (t1) = NP (t0) exp[ − λ(t1 – t0)]

] (1.4)

1 λ ln ∆ t = t1 – t0 =

1 λ ln [1 + =

𝑁𝑃(𝑡0) 𝑁𝑃(𝑡1)

𝑁𝐷(𝑡1) 𝑁𝑃(𝑡1)

ta thu được phương trình xác định tuổi như sau:

Phương trình (1.4) cho thấy khi xác định được tỷ số hạt nhân mẹ và hạt nhân

con có thể tính được tuổi của mẫu vật. Khoảng tuổi đo được của phương pháp phụ

thuộc vào chu kỳ bán rã của hạt nhân được sử dụng, thay đổi từ vài chục năm tới hàng

tỷ năm. Do vậy, dựa vào chu kỳ bán rã của hạt nhân mẹ, người ta phân phương pháp

xác định tuổi phóng xạ thành hai nhóm phương pháp như sau:

 Xác định tuổi của các mẫu già theo phương pháp Uran - Chì, Argon - Kali, tỷ

số đồng vị Uran (238U/235U), Thori - Chì, Rubidi - Strontri,.

 Xác định tuổi của các mẫu trẻ theo phương pháp Triti (3H), Carbon phóng xạ,

Nhiệt huỳnh quang, Chì 210, Radi - Radon (226Ra - 222Rn).

b) Các phương pháp phân rã hạt nhân xác định niên đại đối tượng “già”

i) Phương pháp Rubidi - Strontri.

Rubidi có hai đồng vị tự nhiên là 85Rb và 87Rb, trong đó 87Rb chiếm (87,835

± 0,013)% và là đồng vị phóng xạ - có chu kỳ bán rã T1/2 = (5,0 ± 0,2).1010 năm.

Strontri trong tự nhiên có bốn đồng vị 84Sr - 0,55%; 86Sr - 9,9%; 87Sr - 7,0% và

88Sr - 88% [8, 21]. Đối với một mẫu xác định, tỷ số

tăng còn tỷ số giảm

theo thời gian. Phương trình xác định tuổi như sau:

(1.5)

trong đó là tỷ số hai đồng vị Strontri tại thời điểm hiện tại t, là tỷ số hai

đồng vị Strontri tại thời điểm ban đầu; còn là tỷ số giữa hạt nhân 87Rb và 86Sr

tại thời điểm hiện tại [28]. Do chu kỳ bán rã của 87Rb rất lớn (cỡ 5.1010 năm), nên phương

pháp này chỉ áp dụng cho các mẫu có tuổi hàng tỷ năm.

ii) Phương pháp Argon - Kali

Phương pháp Argon - Kali là một trong các phương pháp để xác định tuổi của các đối tượng già. Trong các mẫu đất đá luôn chứa Kali tự nhiên (39K, 40K và 41K), trong đó 40K là hạt nhân phân rã β- có chu kỳ bán rã T1/2 = 1,4.109 năm [8, 21]. Năm

1973, Wezsacker đưa ra giả thiết về sự hình thành các đồng vị này trong mẫu vật với

40K  40Ca + β- + 

2 khả năng biến đổi trạng thái là:

40K + ek  40Ar +  (12%)

(88%) (1.6)

Do đồng vị 40Ca khá phổ biến trong tự nhiên, nên tuổi của mẫu vật sẽ được xác định dựa vào tỷ số 40Ar/40K và được gọi là phương pháp Argon - Kali. Phương trình

tính tuổi như sau:

(1.7)

Nhược điểm chính của phương pháp này là khi các mẫu tồn tại ở nhiệt độ cao

thường dẫn tới sự khuếch tán của 40Ar, do đó tỷ số sai số với giá trị thực. Xác

định tuổi theo phương pháp Argon - Kali đối với loại mẫu này sẽ mắc phải sai số lớn.

Khoảng tuổi đo được từ vài trăm nghìn năm đến hàng chục triệu năm.

iii) Phương pháp Chì - Uran (210Pb)

Phương pháp Chì - Uran được sử dụng sớm nhất để xác định tuổi tuyệt đối của

206Pb (chiếm 23,6%); 207Pb (chiếm 22,6%); 208Pb (chiếm 52,3%).

các mẫu đất đá [8, 28]. Trong tự nhiên Chì có các đồng vị sau: 204Pb (chiếm 15%);

238U; 235U; 232Th, các dãy phóng xạ như sau:

Các đồng vị 206Pb; 207Pb, 208Pb là các sản phẩm phân rã phóng xạ tương ứng của

(1.8)

Phân tích hàm lượng của U, Th và Pb trên cùng một đối tượng sẽ thu được ba

tỷ số sau:

Căn cứ vào giá trị của một trong ba tỷ số trên suy ra tuổi của đối tượng nghiên

cứu. Do chu kỳ bán rã của Thori rất lớn so với chu kỳ bán rã của 235U và 238U, nên tỷ

số nhỏ hơn nhiều so với hai tỷ số kia. Vì vậy việc xác định tuổi theo tỷ số

có độ nhạy kém, không chính xác, hầu như không sử dụng [8]. Do đó, tuổi của các

đối tượng “già” thường được xác định theo hai tỷ số và .

Phương pháp xác định tuổi tương ứng được gọi là phương pháp Chì – Uran, và

tuổi được xác định theo các phương trình sau:

(1.9)

(1.10)

Trong thực tế, thường có sự mất mát hoặc bổ sung đồng vị Chì hoặc Uran, do

đó để tăng độ tin cậy, người ta sẽ kết hợp 2 phương trình trên thành đường đẳng thời

gian cho cặp tỉ số Pb/U. Dựa vào đường đẳng thời gian ta xác định được tuổi của mẫu

vật. Phương pháp phân tích tỷ số Chì - Uran của hệ mẫu được trình bày ở trên không

những xác định được tuổi của các mẫu mà còn cho biết thời điểm hệ mẫu trên không

còn là hệ kín. Và khoảng thời gian mà phương pháp này xác định được từ vài chục

triệu năm cho đến hàng nghìn triệu năm.

iv) Phương pháp tỉ số đồng vị Uran - Radi.

Phương pháp tỉ số đồng vị Uran - Radi được áp dụng xác định tuổi của mẫu khi

trạng thái cân bằng thế kỉ giữa Uran và Radi chưa được thiết lập. Giả thiết là Radi tại

thời điểm ban đầu chưa có, Radi trong mẫu hoàn toàn do Uran sinh ra, sau thời gian

khoảng 106 năm lượng radi và Uran trong mẫu sẽ đạt cân bằng với tỉ lệ 1g U có (3,4

± 0,1).10-7 g Radi [8, 21, 28].

Trong tự nhiên, nhiều thành tạo địa chất thường ở trạng thái thiếu Radi và tuổi

của chúng sẽ được xác định theo mức độ thiếu hụt này. Sai số của tuổi phụ thuộc vào

độ chính xác khi xác định tỉ số Ra/U và khoảng thời gian xác định của phương pháp từ

100.000 năm đến hàng triệu năm.

c) Các phương pháp phân rã hạt nhân xác định niên đại đối tượng trẻ

Tritri (3H) là một đồng vị phóng xạ của hidro, nó phân rã - với năng lượng

i) Phương pháp xác định niên đại Tritri (3H)

cực đại là 18,6keV và chu kì bán rã 12,43 năm. Trong tự nhiên, đồng vị 3H được hình

thành ở tầng trên của khí quyển, nó nhanh chóng kết hợp với Oxi để tạo thành phân

tử nước (3H2O). Chính vì lí do này, 3H là một chất chỉ thị rất tốt trong nghiên cứu

khảo sát các nguồn nước. Khi đó, lượng 3H trong nguồn nước sẽ được làm giàu bằng

thiết bị chuyên dụng và xác định hoạt độ bằng các phép đo phóng xạ - trên hệ đo

nhấp nháy hoặc các khối phổ kế có độ nhạy cao.

Phương pháp này có hiệu quả khi cần nghiên cứu các nguồn nước có tuổi trong

khoảng trăm năm trở lại đây [24, 28, 29].

ii) Phương pháp carbon phóng xạ (14C)

Ý tưởng sử dụng đồng vị carbon phóng xạ (14C) để xác định tuổi mẫu khảo cổ

học được Williard Libby đề xuất vào năm 1949 [5, 103]. Trong tự nhiên, đồng vị 14C

14N theo phản ứng:

chủ yếu được tạo thành trong khí quyển, từ các tương tác của nơtron với hạt nhân nitơ

(1.11)

Tính từ mặt đất, hiệu suất tạo 14C đạt giá trị cực đại ở độ cao 15km đến 20km.

Đồng vị 14C được tạo ra có tính chất hoá học giống với 12C và 13C. Khi được tạo thành

nó nhanh chóng bị ôxi hoá để thành 14CO2. Hình 1.1 mô tả quá trình tạo thành và chu

chuyển của 14C trong môi trường.

Hình 1.1. Sơ đồ hình thành và chu chuyển 14C trong môi trường tự nhiên [104]

Sơ đồ Hình 1.1 cho thấy, đồng vị carbon phóng xạ sinh ra từ khí quyển, do tác

dụng của tia vũ trụ với hạt nhân 14N. Sau khi tạo thành khí 14CO2 nó sẽ nhanh chóng

đi vào các nguồn chứa trên mặt đất (khí quyển, thuỷ quyển và sinh quyển) và duy trì

sự cân bằng ở mức độ toàn cầu giữa tốc độ tạo thành và phân rã phóng xạ của đồng

vị 14C [7, 10, 22]. Nghĩa là, tỷ lệ 14C/12C trong sinh vật ở trạng thái cân bằng sẽ không

đổi và bằng ~1,3.10-12. Khi sinh vật chết (ngừng trao đổi chất sinh học), thì lượng

đồng vị 14C trong chúng sẽ giảm do phân rã phóng xạ và tuổi của đối tượng có thể

được xác định theo sự suy giảm của tỷ lệ 14C/12C [23, 68].

Trong tự nhiên, carbon có 3 đồng vị cơ bản đó là: 12C, 13C, 14C. Trong đó 12C

và 13C là các đồng vị bền, 14C là đồng vị không bền. Tỷ số phổ biến các đồng vị của

carbon trong tự nhiên được chỉ ra trong Bảng 1.1.

Bảng 1.1. Tỷ số các đồng vị của carbon trong tự nhiên [57]

12C

Đồng vị Số proton Số neutron Tỷ số (%) Chu kỳ bán rã

13C

6 6 98,93 Bền

14C

6 7 ~1,07 Bền

6 8 1,2.10-12 5730 ± 40 năm

Như đã thấy, carbon phóng xạ (14C) là một đồng vị phóng xạ không bền, sau khi

14N. Phương trình phân rã phóng xạ - tạo ra 14N của 14C như sau:

được tạo thành, nó có sẽ phát ra một electron và antineutrino để trở thành đồng vị bền

(1.12)

Hạt nhân con được tạo ra ở trạng thái cơ bản nên không có bức xạ gamma

đi kèm. Trong quá trình phân rã hạt nhân, đồng vị 14C sẽ phát ra tia bêta có năng

lượng cực đại là Emax =156 keV. Đó là một quá trình phát ra bức xạ bêta mềm thuần

túy và lượng đồng vị 14C trong mẫu sẽ suy giảm dần theo quy luật phân rã phóng xạ.

Sinh vật trong quá trình sinh trưởng, nhờ trao đổi chất với môi trường bên ngoài

nên luôn giữ được tỷ lệ đồng vị 14C/12C ở một giá trị nào đó. Do vậy, tuổi của mẫu kể

từ khi sinh vật chết được tính theo phương trình sau:



) (1.13) 𝑡 = 𝑙𝑛 (𝑁0 𝑁

trong đó: N và N lần lượt là số hạt nhân 14C còn lại trong quá trình phân rã sau thời

gian t và số hạt nhân phóng xạ ban đầu;  là hằng số phóng xạ của 14C.

Trên thực tế bài toán xác định tuổi 14C đưa về dạng xác định hoạt độ phóng xạ

riêng của đồng vị 14C trong 1gC (hoặc 1kgC) của mẫu nghiên cứu [7, 8, 52]. Phương

𝑇

trình (1.13) chuyển về dạng phương trình quen thuộc sau:

0.693

) (1.14) 𝑡 = 𝑙𝑛 (𝐴0 𝐴

trong đó: A, A0 là hoạt độ phóng xạ riêng của 14C tại thời điểm t và tại thời điểm ban

đầu; T là chu kỳ bán rã của 14C (T= 5730 ± 40 năm) [56].

Ngoài ra, theo quy ước của Hiệp hội các phòng thí nghiệm đo tuổi carbon phóng

xạ quốc tế, giá trị A0 trong phương trình trên được lấy là 13,556 dpm/1gC (hay 226

Bq/1kgC) [56, 66, 92, 103].

Phạm vi ứng dụng của phương pháp xác định tuổi theo hoạt độ 14C là các mẫu

có nguồn gốc từ sinh vật, tức là đã hấp thụ 14CO2 từ trong khí quyển. Các mẫu như

đá, gốm, nếu có chứa chất hữu cơ thì cũng có thể xác định tuổi của chúng bằng

phương pháp này.

Để xác định chính xác tuổi của mẫu vật cần phải xác định chính xác hoạt độ

phóng xạ A, A . Với các mẫu vật có tuổi càng lớn, hoạt độ phóng xạ 14C càng nhỏ,

giá trị A càng nhỏ. Vì vậy bài toán xác tuổi của các mẫu vật theo phương pháp đo

hoạt độ 14C gắn liền bài toán xác định hoạt độ phóng xạ nhỏ.

Ý tưởng đo tuổi cổ vật theo phương pháp này đã được rất nhiều nhà khoa học

tiếp tục phát triển với nhiều công trình nghiên cứu và luận giải nhằm ngày càng nâng

cao độ tin cậy của các kết quả đo tuổi 14C, bởi vì các so sánh với cách tính tuổi theo

vòng sinh trưởng thực vật đã cho thấy còn có sự sai khác nào đó [10, 23, 30, 34].

Nhìn chung, phổ biến hiện nay thì khoảng đo hiệu quả của phương pháp carbon

phóng xạ là từ khoảng 60 000 năm đến 100 năm trở lại đây [76, 90].

1.1.3.2. Phương pháp tích lũy liều bức xạ hạt nhân

a) Nguyên lý chung

Phương pháp xác định tuổi mẫu vật dựa theo sự tích lũy liều bức xạ hạt nhân

mà thực chất là phương pháp đo liều nhiệt huỳnh quang. Hiện tượng nhiệt huỳnh

quang lần đầu tiên được đề cập đến trong thông báo của Hiệp hội Hoàng gia Anh vào

năm 1663 về sự kiện làm nóng kim cương trong bóng tối. Năm 1895, Weidemann và

các cộng sự đã tiến hành những nghiên cứu đầu tiên về hiện tượng này. Năm 1905,

Marie Curie đã lưu ý đến hiệu ứng nhiệt huỳnh quang của canxiflorua (CaF2) khi

chúng được chiếu bởi bức xạ Radium [39, 45, 47, 70, 99]. Năm 1925, Wick thông

báo về hiệu ứng nhiệt huỳnh quang của một số khoáng vật tự nhiên và ông cũng thấy

rằng hiện tượng này chỉ xảy ra với các chất rắn không dẫn điện (hay bán dẫn) và được

giải thích là bởi tồn tại của mức năng luợng phụ có vai trò là những bẫy bắt giữ

electron [34, 35]. Sơ đồ mô tả cơ chế hình thành bức xạ nhiệt huỳnh quang trong mẫu

được nêu trong Hình 1.2.

Hình 1.2. Sơ đồ mô tả cơ chế tạo bức xạ nhiệt huỳnh quang trong mẫu [1, 3]

Hình 1.2. cho thấy trong tinh thể chất bán dẫn (hoặc không dẫn điện) tinh khiết,

mức năng lượng của nó được chia thành 2 vùng: Vùng hóa trị và vùng dẫn. Hai vùng

này cách nhau bởi một vùng cấm có năng lượng cỡ vài eV. Tuy nhiên, với những tinh

thể không tinh khiết thì trong vùng cấm sẽ xuất hiện một số mức năng lượng phụ. Khi

bị chiếu bởi bức xạ hạt nhân, các electron trong tinh thể sẽ dời lên vùng dẫn, dịch

chuyển và bị giữ lại ở các mức năng lượng phụ này (nên chúng còn được gọi là các

bẫy electron). Số lượng các electron bị giữ ở các bẫy sẽ tỷ lệ thuận với tổng liều bức

xạ hạt nhân đã chiếu lên mẫu (quá trình 1, 2, 3).

Khi mẫu vật được bổ sung thêm một nguồn năng lượng nào đó (ở đây chính là

nhiệt năng) các electron sẽ được giải phóng khỏi bẫy và tái hợp với các lỗ trống để

tạo ra ánh sáng nhiệt huỳnh quang (quá trình 4,5,6).

b) Phương pháp đo tuổi nhiệt huỳnh quang.

Năm 1960, Grogler, Houstermans và Stauffer (đại học Bern); Kennedy và Knoff

(đại học California) đã phát hiện ra hiện tượng nhiệt huỳnh quang từ đồ gốm cổ [55,

91, 102]. Nhóm các nhà nghiên cứu Aitken, Tile, Reid Zimmerman và Fleming (đại

học Oxford, Anh) đã nghiên cứu hiện tượng này để xác định tuổi khảo cổ trên mẫu

gốm. Năm 1965 có Ichikawa tại trường đại học Kyoto (Nhật Bản); năm 1969 nhóm

các nhà khoa học Mazess, Zimmerman, Ralph và Han ở đại học Wisconsin (Mỹ), ở

đại học Denmark (Đan Mạch) là Mejdahl đã tiếp tục nghiên cứu theo hướng ứng dụng

này [53, 78, 79].

Kết quả cho thấy, nếu đo được lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang phát ra và so

sánh với các mẫu chuẩn thì sẽ xác định được lượng liều bức xạ hạt nhân đã chiếu lên

mẫu. Từ đó, tính được tuổi nhiệt huỳnh quang của mẫu vật kể từ khi nó bị chiếu xạ

đến nay theo công thức:

(1.15)

𝑡 =

𝐷 𝐷0

trong đó: D là tổng liều bức xạ hạt nhân chiếu lên mẫu (Gy); D0 là suất liều bức

xạ hạt nhân hằng năm chiếu lên mẫu (Gy/năm).

Khoảng tuổi có thể đo được của phương pháp này được đánh giá từ vài chục

năm cho đến vài trăm nghìn năm cách nay [1, 3, 16, 17].

Ngoài ra, hiệu ứng nhiệt huỳnh quang còn được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều

ngành khoa học, đặc biệt là lĩnh vực liều lượng y học hạt nhân với những công trình

nghiên cứu tiêu biểu về liều kế nhiệt huỳnh quang LiF(Mg,Cu,P); CaSO(Dy); CaF2...

với các nhà khoa học như: Patil và Moharil (1995), Nakajima (1978, 1979), Wang

Shoushan (1986), Horowitz (1990) và Kolotilin (1993) [49, 51, 80, 98].

1.1.3.3. So sánh về khả năng đo tuổi của một số phương pháp

Cho đến nay, nhờ tiến bộ khoa học đã có khá nhiều phương pháp vật lý hạt nhân

được dùng để xác định tuổi, song mỗi phương pháp thường lại có những yêu cầu riêng

về chuyên môn và kinh phí. Đặc biệt, là mỗi phương pháp cũng chỉ có thể đáp ứng nhu

cầu xác định niên đại cho một loại đối tượng, một loại chất liệu và chỉ trong một khoảng

niên đại nhất định. Nghiên cứu so sánh về các phương pháp sẽ giúp cho các nhà nghiên

cứu dễ dàng lựa chọn phương pháp phù hợp mục tiêu nghiên cứu của mình. Giới thiệu

một số phương pháp và khoảng đo tuổi phù hợp được chỉ trong Hình 1.3.

Hình 1.3. Giới thiệu một số phương pháp đo tuổi và khoảng đo tương ứng [30, 34]

Hình trên cho thấy với nhu cầu xác định niên đại từ khoảng một triệu năm đến

hàng tỷ năm thì các phương pháp Chì – Uran; Rubidi – Strontri, Argon – Kali; Uran –

Radi là thích hợp. Khoảng niên đại này phần lớn thích hợp cho những nghiên cứu về

lịch sử Trái đất. Còn trong khoảng thời gian từ 100 000 năm trở lại đây thì phương

pháp carbon phóng xạ và phương pháp nhiệt huỳnh quang là sự lựa chọn thích hợp.

Chúng có khoảng đo phù hợp với khảo cổ học và địa chất trầm tích trẻ. Phương pháp

carbon phóng xạ áp dụng cho loại mẫu hữu cơ, còn phương pháp nhiệt huỳnh quang

áp dụng cho loại mẫu vô cơ. Kết hợp cả hai phương pháp sẽ có khả năng đáp ứng các

nhu cầu xác định niên đại phổ biến ở nước ta. Ngoài ra, qua tìm hiểu các phương

pháp, chúng tôi cũng nhận thấy phương pháp carbon phóng xạ và phương pháp

nhiệt huỳnh quang có yêu cầu đầu tư kinh phí không nhiều, hệ thống thiết bị thí

nghiệm không quá phức tạp, có khả năng cho kết quả nhanh chóng, đáp ứng yêu

cầu thời sự trong nghiên cứu khoa học ở nước ta.

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Để xác định niên đại mẫu vật hữu cơ, người ta chủ yếu sử dụng phương pháp

đo tuổi carbon phóng xạ (radiocarbon dating) và để xác định niên đại mẫu vật vô cơ

(đồ gốm) người ta chủ yếu sử dụng phương pháp đo tuổi nhiệt huỳnh quang

(thermoluminescence dating). Ở nhiều nước phát triển (Mỹ, Pháp, Anh, Đức...) đã và

đang xuất hiện nhiều phòng thí nghiệm, với nhiều trang thiết bị hiện đại để giải quyết

bài toán xác định niên đại theo các phương pháp trên [34, 56]. Tuy nhiên, các nghiên

cứu này thường dừng lại theo mỗi phương pháp riêng lẻ, hoặc chuyên về phương

pháp carbon phóng xạ hoặc chuyên về phương pháp nhiệt huỳnh quang. Yêu cầu

nghiên cứu ứng dụng kết hợp cả hai phương pháp này ít được quan tâm

1.2.1.1. Về phương pháp xác định hoạt độ carbon phóng xạ.

Như đã nêu, nhiệm vụ xác định hoạt độ carbon phóng xạ trong mẫu gắn liền

với nhiệm vụ xác định phóng xạ bêta mềm với hoạt độ nhỏ. Cho đến nay, trên thế

giới có 3 kỹ thuật đo hoạt độ carbon phóng xạ chính là: Kỹ thuật ống đếm tỷ lệ chứa

khí (GPC - gas proportional counter); Kỹ thuật đo nhấp nháy lỏng (LSC - Liquid

scintillation Counter) và Kỹ thuật khối phổ gia tốc kế (AMS - Accelerator Mass

Spectrometer).

a) Kỹ thuật ống đếm tỷ lệ chứa khí (GPC-gas proportional counter)

Kỹ thuật này rất phát triển vào khoảng những năm 1950-1960. Đó là thời kỳ

đầu của triển khai ứng dụng đo tuổi carbon phóng xạ. Mô hình nguyên lý chung của

kỹ thuật được trình bày trong Hình 1.4

Hình 1.4. Mô tả nguyên lý đo đồng vị 14C bằng ống đếm chứa khí [105]

Nội dung cơ bản của kỹ thuật này là lượng carbon trong mẫu đo sẽ được chuyển

về dạng khí carbonnic (CO2) tinh khiết. Sau đó, khí này sẽ được nạp vào ống đếm tỷ lệ

chứa khí để đo lượng bức xạ bêta phát ra khi đồng vị carbon phóng xạ (14C) phân rã.

Kỹ thuật này có ưu điểm là dễ áp dụng, không đòi kinh phí đầu tư ban đầu lớn,

giá thành phân tích thấp. Song nhược điểm là quá trình gia công tạo mẫu phức tạp,

không ổn định, thiết bị cồng kềnh, phông nhiễu cao, hiệu suất đo thấp. Nên hiện nay

ít được sử dụng trong các phòng thí nghiệm đo tuổi.

b) Kỹ thuật đo nhấp nháy lỏng (LSC - Liquid scintillation Counter)

Kỹ thuật này đã được đề xuất ngay từ những năm 1960, song ít được sử dụng

nhiều bởi quá trình làm mẫu khá phức tạp, thiết bị đo thường không ổn định [80]. Tuy

nhiên, kể từ những năm 1995 đến nay nhờ những tiến bộ về công nghệ vi xử lý và

phần mềm điều khiển linh hoạt, kỹ thuật này đang được chú trọng phát triển nhiều,

đặc biệt đo tuổi cổ vật hay kiểm soát môi trường phóng xạ [14, 20, 43].

Nội dung cơ bản của kỹ thuật này là lượng carbon trong mẫu đo sẽ được chuyển

về benzen (C6H6) tinh khiết, dạng lỏng. Sau đó, lượng benzen này sẽ được bổ sung

các chất phát sáng nhạy với tương tác của hạt bêta. Xung sáng do hạt bêta tạo ra sẽ

được chuyển thành xung điện nhờ các ống nhân quang điện (PMT) và đếm trên hệ

thiết bị phân tích tín hiệu. Sơ đồ đơn giản mô tả nguyên lý đo bức xạ bêta bằng nhấp

nháy lỏng được trình bày trong Hình 1.5.

Hình 1.5. Sơ đồ mô tả nguyên lý đo bức xạ bêta bằng nhấp nháy lỏng [106]

Kỹ thuật này có ưu điểm là lượng kinh phí đầu tư ban đầu không quá lớn, giá

thành phân tích vừa phải, thiết bị đo không quá phức tạp, có độ nhạy và độ ổn định

đáp ứng nhu cầu xác định tuổi trong nghiên cứu địa chất hay khảo cổ học. Kỹ thuật

này hiện đang được dùng nhiều trong các phòng thí nghiệm, đặc biệt là với mục tiêu

phân tích xác định tuổi carbon phóng xạ đại trà.

c) Kỹ thuật khối phổ gia tốc kế (AMS-Accelerator Mass Spectrometer)

Kỹ thuật này đã được đề xuất vào khoảng những năm 1960 và hiện nay đang được

áp dụng khá rộng rãi. Sơ đồ nguyên lý chung của một hệ đo AMS được trình bày trong

Hình 1.6

Hình 1.6. Sơ đồ đơn giản của khối phổ gia tốc kế dùng đếm các đồng vị 14C trong

xác định niên đại carbon phóng xạ [34, 54]

Nội dung cơ bản của kỹ thuật này là lượng carbon trong mẫu đo sẽ được

chuyển về dạng rắn bia graphit carbonnic tinh khiết. Từ bia này các ion C- được tạo

ra và sẽ được chuyển vào buồng gia tốc, ở đó các ion carbon sẽ được gia tốc, định

hướng và tách thành các dải tương ứng với đồng vị 12C; 13C và 14C. Theo đó, ứng

14C có trong mẫu, từ đó tính được tuổi của mẫu [98].

với mỗi cửa sổ đo, người ta có thể đo trực tiếp số lượng từng đồng vị 12C, 13C và

Kỹ thuật này có ưu điểm là độ nhạy cao, kết quả chính xác và thời gian đo ngắn.

Song, nhược điểm cần phải có kinh phí đầu tư ban đầu lớn, giá thành phân tích cao.

Nên hiện nay, kỹ thuật này chỉ thấy ở những nước kinh tế phát triển.

1.2.1.2. Phương pháp đo tuổi nhiệt huỳnh quang

Trên thực tế không có một phương pháp nào có khả năng xác định niên đại

chung cho mọi loại đối tượng. Tuy nhiên, sự tồn tại của môi trường phóng xạ tự nhiên

lại chính là một yếu tố rất quan trọng để từ đó các nhà khoa học đã tìm ra nhiều cơ

chế khác nhau có thể sử dụng xác định niên đại và nhiệt huỳnh quang là một phương

pháp như vậy. Phương pháp này đã và đang được nghiên cứu phát triển ở nhiều phòng

thí nghiệm trên thế giới với các nhà khoa học tiêu biểu như Fleming, Zimmerma

(Mỹ), Aitken (Anh), Valladas (Pháp), Wang, Zhou (Trung Quốc) ...Và, ngày càng trở

thành một trong những công cụ xác định niên đại hiệu quả trong nghiên cứu địa chất

và khảo cổ học.

Trong mục tiêu xác định tuổi đồ gốm cổ bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang,

thạch anh luôn là một khoáng vật quan trọng. Theo đánh giá chung, cho đến nay có

2 kỹ thuật xác định tuổi nhiệt huỳnh quang mẫu gốm là: Kỹ thuật thạch anh hạt mịn

(Quart Fining Grain) và Kỹ thuật thạch anh hạt thô (Quart Coarse Grain)

a) Kỹ thuật thạch anh hạt mịn (Quartz Fine-Grain Techniquae)

Kỹ thuật này đã được Zimmerman đề xuất từ những năm 1971 và sau đó được

Huxtable (1978) và Aitken (1980) tiếp tục nghiên cứu phát triển từ những năm 1980

[33, 34]. Nội dung chủ yếu của kỹ thuật như sau:

Trong vật liệu chế tạo gốm luôn có chứa những hạt thạch anh tự nhiên, người ta

tách lấy những hạt có kích thước từ 1 µm đến 8 µm, sau đó những hạt mịn này sẽ được

tẩy bỏ các tạp nhiễm và làm sạch trong bể siêu âm với dung dịch hóa chất thích hợp.

Mẫu đo sẽ được làm lắng đọng trên các khay chứa mẫu và sẽ được đặt vào máy đo

nhiệt huỳnh quang chuyên dụng để đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang và so sánh với các

mức liều chiếu xạ chuẩn để xác định tổng liều phóng xạ đã chiếu lên mẫu. Từ đó, nếu

xác định được mức liều phóng xạ hằng năm chiếu lên mẫu, thì theo công thức (1.15)

sẽ tính được tuổi của mẫu kể từ lần đốt nóng trên 5000C cuối cùng đến nay [33, 34].

Kỹ thuật này này có ưu điểm là có thể áp dụng được cho hầu hết các loại gốm.

Song, nhược điểm là tín hiệu nhiệt huỳnh quang phát ra từ mẫu rất yếu đòi hỏi máy

đọc phải có độ nhạy cao chuyên dụng mới đo được [63, 100]. Loại thiết bị này hiện

ở nước ta chưa có.

b) Kỹ thuật thạch anh hạt thô (Quartz Coarse Grain Technique)

Kỹ thuật này đã được Fleming đề xuất từ những năm 1970, sau đó Valladdas

(1980), Agrawal (1981), Bailiff (1982) và Aitken (1985) tiếp tục phát triển [31, 102].

Nội dung chủ yếu của kỹ thuật như sau:

Thay vì lấy những hạt mịn có kích thước (1 - 8 µm) như trên, mẫu gốm được

nghiền nhỏ một cách cẩn thận, sau đó tách lấy những hạt có kích thước tự nhiên từ

98 µm đến 125 µm. Xử lý hóa học mẫu với các loại axit chlohydric (HCl) và flohydric

(HF), để loại bỏ được các hạt không phải là thạch anh và làm sạch bề mặt của các hạt.

Tín hiệu nhiệt huỳnh quang từ mẫu sẽ được xác định trên máy đo chuyên dùng và so

sánh với liều chiếu chuẩn sẽ xác định tổng liều bức xạ hạt nhân đã chiếu lên mẫu. Và,

cũng như phương pháp hạt mịn, nếu xác định được mức liều bức xạ hạt nhân hằng

năm chiếu lên mẫu thì cũng sẽ tính được tuổi của mẫu kể từ lần đốt nóng trên 5000C

cuối cùng đến nay, theo phương trình (1.13).

Phương pháp này có ưu điểm là tín hiệu nhiệt huỳnh quang phát ra từ mẫu đo

khá tốt, có thể đo được bằng các máy đo liều nhiệt huỳnh quang thông thường, loại

thiết bị này hiện có ở phòng thí nghiệm viện Khảo cổ học Việt Nam [63, 100]. Song,

phương pháp này có nhược điểm là không thể làm với các loại mẫu gốm, mà chỉ có

thể áp dụng cho những mẫu có chứa các hạt cát thô (gốm thô có chứa cát sạn).

1.2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Cho tới nay, ở nước ta đang có hai phương pháp chủ yếu để xác định niên đại

là phương pháp carbon phóng xạ và phương pháp nhiệt huỳnh quang. Mỗi phương

pháp này đều đã phát huy tác dụng tốt trong nghiên cứu khảo cổ và địa chất. Tuy

nhiên, trải qua gần 50 năm nghiên cứu, mặc dù đã có sự hiểu biết cơ bản về các

phương pháp hạt nhân trong xác định niên đại cổ vật, nhưng vẫn còn không ít những

vấn đề liên quan tới kỹ thuật đo, ưu điểm, nhược điểm của từng phương pháp, do đó

cần tiếp tục được nghiên cứu làm sáng tỏ.

1.2.2.1. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp carbon phóng xạ

Ở nước ta, công tác nghiên cứu đo tuổi carbon phóng xạ cũng đã được thực hiện

bởi một số phòng thí nghiệm (Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Khảo cổ

học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Thành

phố Hồ Chí Minh, ...) [11, 20]. Qua tìm hiểu thì thấy có một số lượng đáng kể các

công trình xác định tuổi 14C cho nghiên cứu địa chất và khảo cổ học Việt Nam, nhưng

chủ yếu được tiến hành ở nước ngoài; Đó là các phòng thí nghiệm thuộc Trung tâm

Cổ sử Viện Hàn lâm CHDC Đức trước đây, Trường Đại học Quốc gia Austrialia (Úc),

Trường Đại học Miami (USA), Trường Đại học Belfast (Ireland), Trường Đại học

Bắc Kinh (Trung Quốc) [30]. Công việc đo tuổi carbon phóng xạ hiện chỉ tập trung

ở một số ít các nhà khoa học (Nguyễn Diệu Minh, Nguyễn Kiên Chính (1995),

Nguyễn Quang Miên, Phạm Lý Hương (2000), Nguyễn Quang Miên, Bùi Văn Loát

(2006)... và trong khoảng 10 năm trở lại đây ít thấy có công trình nghiên cứu lĩnh vực

này được công bố [68, 69].

Ngoài ra, vẫn còn có một số điểm chưa rõ ràng và sẽ được các tác giả đề cập

đến như: kỹ thuật gia công mẫu, tổng hợp benzen, tạo detetor nhấp nháy lỏng, thời

gian đo, kiểm soát chất lượng mẫu đo, giải pháp giảm nhiễu phép đo,... do đó cần

nghiên cứu hiệu chỉnh, kiểm soát chặt chẽ chế độ đo [35, 41, 43, 44].

1.2.2.2. Nghiên cứu đo tuổi nhiệt huỳnh quang

Phương pháp này cũng mới áp dụng ở Việt Nam từ năm 2008, nên sự hiểu biết

về tổng liều chiếu mà mẫu vật nhận được trong khoảng thời gian từ khi mẫu vật bị

nung nóng trên 5000C cuối cùng đến nay còn nhiều hạn chế, chưa đầy đủ, do đó cần

tiếp tục được nghiên cứu. Hiện nay, một số phòng thí nghiệm hàng đầu trong nước

về nghiên cứu nhiệt huỳnh quang là Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa

học và Công nghệ Việt Nam, Viện Khảo cổ học, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt

nhân, Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang, ... [2, 3, 6, 13].

Nhiều công trình về nghiên cứu tính chất nhiệt huỳnh quang của vật liệu đã

được thực hiện và công bố. Năm 2007, tại hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân

toàn quốc lần thứ VII tổ chức tại Đà Nẵng, các tác giả Marco Martini và Vũ Xuân

Quang (Viện khoa học vật liệu) đã trình bày công trình về “Tính tuổi bằng phương

pháp nhiệt huỳnh quang: một số kết quả nghiên cứu vật lý, kỹ thuật thực nghiệm ứng

dụng trong tính tuổi khảo cổ”. Đây là công trình nghiên cứu mang tính giới thiệu khả

năng ứng dụng cao nhằm đóng góp cho việc xác định niên đại của di tích cổ ở nước

ta. Công trình nghiên cứu này có sự tham gia hợp tác với Phòng thí nghiệm tính tuổi

tại Đại học Milano (Ý). Bên cạnh đó, năm 2007 tại Viện Khoa học và Vật liệu – Viện

Khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng có đề tài nghiên cứu về việc hoàn thiện hệ đo

với qui trình tính tuổi khảo cổ bằng nhiệt huỳnh quang [62, 64, 67].

Ứng dụng đo tuổi nhiệt huỳnh quang mẫu gốm cổ Việt Nam cũng đã được

nghiên cứu từ những năm 1995 với các nhóm tác giả như: Phạm Lý Hương, Đặng

Thanh Lương và nnk (1995), Nguyễn Quang Miên, Nguyễn Quang Liêm (2001), Bùi

Văn Loát, Nguyễn Quang Miên (2007), Marco Martini, Vũ Xuân Quang (2007),

Nguyễn Quang Miên, Trình Năng Chung (2010), ... Kết quả nghiên cứu đã cho thấy

khả năng ứng dụng của phương pháp và đã có những kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh

quang sử dụng trong khảo cổ học [68, 70, 71].

Ngoài ra, các nghiên cứu trên cũng đã chỉ ra những hạn chế cần được khắc phục

trong hướng tiếp tục triển khai ứng dụng ở nước ta, như: Sự cần thiết trong đảm bảo độ

nhạy nhiệt huỳnh quang của các mẫu đo, sự cần thiết trong đảm bảo độ tinh khiết của

các vật liệu đo tuổi, sự cần thiết trong đảm bảo độ chính xác của giá trị suất liều chiếu xạ

hằng năm, sự cần thiết trong đảm bảo độ tin cậy của giá trị liều bức xạ ion hóa tích lũy

trong mẫu, hay sự cần thiết phối hợp giữa phân tích trong phòng thí nghiệm và thực

địa [50, 62, 65, 72].

Nhìn chung, có thể thấy trên khắp thế giới ngày nay đã có hàng trăm phòng thí

nghiệm chuyên về đo tuổi nhiệt huỳnh quang của đồ gốm. Vấn đề này cũng đã được

các nhà khoa học trong nước rất quan tâm nghiên cứu qua việc đã có rất nhiều đề tài

về lĩnh vực này, đặc biệt là lĩnh vực tính tuổi khảo cổ, một lĩnh vực còn tương đối

mới đối với chúng ta.

Ngoài ra, việc nghiên cứu phát triển kết hợp hai phương pháp trên phục vụ nhu

cầu xác định niên đại phổ biến cho các loại mẫu vật vẫn là vấn đề còn chưa được

nhiều nhà khoa học quan tâm.

1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Nghiên cứu tìm hiểu các công trình nghiên cứu từ trước đến nay, Luận án có

một số nhận xét sau:

Nhu cầu xác định niên đại trong nghiên cứu địa chất và khảo cổ học bằng các

phương pháp khoa học tự nhiên ở nước ta hiện nay là rất lớn. Trong đó, các phương pháp

vật lý hạt nhân đã cho thấy có nhiều khả năng ứng dụng hiệu quả. Với yêu cầu xác định

tuổi trong khoảng từ 100.000 năm trở lại đây thì phương pháp carbon phóng xạ và

phương pháp nhiệt huỳnh quang là hai phương pháp phù hợp, có độ tin cậy và chính xác

cao. Phương pháp carbon phóng xạ thích hợp với các mẫu hữu cơ có chứa carbon,

Phương pháp nhiệt huỳnh quang thích hợp với các mẫu vô cơ có chứa hạt thạch anh.

Sử dụng kỹ thuật đo nhấp nháy lỏng để đo hoạt độ carbon phóng xạ có trong

các mẫu đo tuổi là giải pháp có tính khoa học và thực tiễn, có giá thành phù hợp, có

độ nhạy và độ chính xác cao đáp ứng yêu cầu nghiên cứu địa chất và khảo cổ học

nước ta. Kỹ thuật này phù hợp với các loại mẫu có chứa nguyên tử carbon (gỗ, than,

vải, vỏ sò ốc...) và có khả năng đo tuổi tính từ khi sinh vật bị chết (mất sự trao đổi

chất sinh học) đến nay. Sử dụng kỹ thuật thạch anh hạt thô để đo tổng liều bức xạ hạt

nhân chiếu lên trên mẫu vật trong đo tuổi nhiệt huỳnh quang là giải pháp thích hợp

với điều kiện nước ta hiện nay và đáp ứng yêu cầu nghiên cứu khảo cổ học. Kỹ thuật

này này phù hợp với loại mẫu vô cơ có chứa các hạt khoáng nhiệt huỳnh quang

(quartz, fenspat, zinriconi..) và có khả năng xác định tuổi của mẫu vật kể từ lần cuối

cùng bị nung nóng trên 5000C đến nay.

So sánh và đánh giá khả năng thực hành đo tuổi của phương pháp nhiệt huỳnh

quang và phương pháp carbon phóng xạ ở nước ta, luận án cũng nhận thấy rằng:

Phương pháp nhiệt huỳnh quang có nhiều khả năng xác định tuổi trực tiếp mẫu vật

còn phương pháp carbon phóng xạ có khả năng xác định địa tầng (lớp văn hóa) chứa

mẫu vật. Do vậy, nếu lựa chọn phù hợp loại chất liệu phân tích và sử dụng kết hợp,

hợp lý hai phương pháp trên, không những sẽ giúp làm giảm đáng kể giá thành phân

tích mà còn góp phần nâng cao độ tin cậy của các kết quả niên đại cổ vật.

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP CARBON PHÓNG XẠ VÀ PHƯƠNG

PHÁP NHIỆT HUỲNH QUANG TRONG XÁC ĐỊNH NIÊN ĐẠI

2.1. XÁC ĐỊNH TUỔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CARBON PHÓNG XẠ

2.1.1. Phương trình tính tuổi mẫu vật

Như đã nêu, tuổi carbon phóng xạ của mẫu vật được tính từ khi sinh vật đó bị

chết (ngừng trao đổi chất sinh học) đến nay và được tính theo phương trình (1.12). Tuy

nhiên, trong thực tế để nâng cao độ chính xác của kết quả đo, Hiệp hội Carbon phóng xạ

quốc tế đã đề xuất bổ sung hệ số hiệu chỉnh phân li đồng vị (fractionation); hệ số này

được ký hiệu là δC13 và được xác định theo công thức sau [8, 76]:

(2.1)

trong đó tương ứng là tỷ số trong mẫu đo và mẫu chuẩn

Hệ số δC13 được xác định bằng khối phổ kế hoặc tra bảng theo từng loại mẫu đo.

Theo đó, từ phương trình 1.12 có phương trình tính tuổi carbon phóng xạ cho

mẫu vật như sau:

𝑡 =

. 𝐿𝑛 [

𝑇1 2 𝐿𝑛2

𝐴𝑡(1−

𝐴0 ] 2(𝐶13+25) ) 1000

(2.2)

trong đó: T1/2 - Chu kỳ bán rã của đồng vị 14C

δC13 - Hệ số hiệu chỉnh phân li đồng vị, được xác định theo bảng tra cho từng

loại mẫu (Phụ lục C)

A0 - Hoạt độ phóng xạ riêng của 14C trong 1kg carbon tự nhiên, theo quy ước

của Hiệp hội carbon phóng xạ, quốc tế là 226Bq/kgC, là giá trị của mốc năm 1950 theo

đó giá trị tuổi được tính theo năm BP (Before Present).

At là Hoạt độ phóng xạ riêng của 14C trong mẫu vật và sẽ được xác định tại

phòng thí nghiệm bằng kỹ thuật detector nhấp nháy lỏng

Như vậy, để xác định tuổi của mẫu vật theo phương pháp carbon phóng xạ cần xác

định được giá trị hoạt độ phóng xạ riêng (At) có trong mẫu, và độ chính xác của tuổi

carbon phóng xạ phụ thuộc rất nhiều và độ chính xác của giá trị hoạt độ riêng này.

Với các mẫu vật có tuổi càng lớn, hoạt độ phóng xạ 14C càng nhỏ, giá trị At càng

nhỏ. Vì vậy bài toán xác định tuổi theo hoạt độ 14C sẽ gắn liền bài toán xác định hoạt

độ phóng xạ nhỏ.

Đến nay, trên thế giới có 3 kỹ thuật chủ yếu để xác định hoạt độ phóng xạ carbon

trong mẫu. Trên cơ sở nghiên cứu so sánh mỗi kỹ thuật và khả năng hiện có, luận án đề

xuất lựa chọn giải pháp đo nhấp nháy lỏng với máy đo Tri-carb 2770 TR/SL để thực hiện

xác định hoạt độ 14C trong mẫu đo tuổi. Kỹ thuật này sẽ bao gồm hai phần việc chính là:

Gia công chế tạo detetor và đo hoạt độ phóng xạ của tia bêta

2.1.2. Tương tác của hạt bêta trong chất nhấp nháy lỏng

Khi tương tác với chất nhấp nháy lỏng, năng lượng của hạt bêta sẽ phân chia

theo dải liên tục. Phổ năng lượng của các hạt bêta của đồng vị carbon phóng xạ thu

được như Hình 2.1.

Hình 2.1. Phổ năng lượng bêta của đồng vị carbon phóng xạ [5]

Hình trên cho thấy, do sự phân chia động năng giữa electron, antineutrino và

hạt nhân 14N, phổ năng lượng của bức xạ bêta là dạng phổ liên tục với một đỉnh rộng

ở khoảng 1/3 năng lượng cực đại. Có thể thấy quãng chạy của hạt bêta sinh ra trong

quá trình phân rã của đồng vị 14C không lớn (chỉ khoảng vài mm) và hoạt độ 14C trong

mẫu carbon cũng không cao (khoảng 226Bq/kg với mẫu hiện đại). Do vậy, để nâng

cao hiệu suất ghi và giảm nhiễu trong đo tuổi carbon phóng xạ, chúng ta phải tạo

detector nhấp nháy lỏng bằng cách trộn trực tiếp chất phát quang và chất dung môi

vào trong mẫu đo.

2.1.3. Gia công chế tạo detector nhấp nháy lỏng

2.1.3.1. Chất phát quang PPO và POPOP

Chất phát quang dùng trong chế tạo detector nhấp nháy lỏng được phân thành

hai loại là chất phát quang sơ cấp và chất phát quang thứ cấp. Các chất phát quang

thường được sử dụng để chế tạo detector nhấp nháy lỏng có một số tính chất lý hóa

được trình bày trong Bảng 2.1 [76, 80, 94].

Bảng 2.1. Một số chất phát quang thường dùng trong detector nhấp nháy lỏng.

Bước Bước sóng phổ

sóng phổ phát xạ (A) Chất phát quang hấp thụ Thời gian phân rã (ns) max mean (A) max

PPO 3030 3640 3703 1,6 Chất phát quang

sơ cấp butyl-PBD 3070 3670 ~ 1,2

POPOP 3630 4290 4270 1,5

Chất phát quang thứ cấp bis-MSB 3470 4120 4219 1,3

Trong đó, chất phát quang sơ cấp làm nhiệm vụ chuyển năng lượng mang của

electron thành xung sáng, cường độ phát quang của detector sẽ thay đổi theo lượng

chất phát quang sơ cấp trong dung dịch, chất phát quang thứ cấp được dùng để dịch

chuyển bước sóng của xung sáng sơ cấp, nhờ đó xung sáng trong detector sẽ được

chuyển về phía có bước sóng dài hơn. Đặc biệt, khi trong detector có chất có phổ hấp

thụ che lấp phổ phát xạ của chất phát quang sơ cấp thì sự có mặt của chất phát quang

thứ cấp trong chất nhấp nháy lỏng sẽ làm tăng hiệu suất ghi của detector. Tuy nhiên,

cũng lưu ý rằng nếu lượng chất phát quang “dư thừa” trong dung dịch, thì sẽ xuất

hiện hiệu ứng co phổ làm suy giảm tín hiệu phát sáng dẫn đến suy giảm hiệu suất đo

ghi bức xạ ion hóa của detector.

2.1.3.2. Chất dung môi

Yêu cầu về lựa chọn chất dung môi để chế tạo detector trong phép đo hoạt độ

phóng xạ bêta của đồng vị 14C là:

- Có khả năng chuyển đổi hiệu quả năng lượng mang của bức xạ bêta;

- Phổ hấp thụ của dung môi không che lấp phổ phát xạ của chất phát

quang;

- Hòa tan được với mẫu đo, chất phát quang thành một thể thống nhất.

Đặc tính lý-hóa của một số chất dung môi tạo detector nhấp nháy lỏng được

trình bày trong Bảng 2.2 [94, 95].

Bảng 2.2. Đặc tính lý-hóa của một số dung môi dùng làm detector nhấp nháy lỏng

Bước sóng phổ phát xạ (A) Dung môi Biên độ xung tương đối Trọng lượng phân tử Điểm đóng rắn (C) max mean Bước sóng phổ hấp thụ (A) max

Toluene 92,13 -95 2620 2870 2840 1,00

Xylene 106,16 -20 2660 2890 2880 1,09

Pseudocumene 120 -60,5 2690 2930 2900 -

Dioxane 88,1 +12 1880 2470 - 0,65

2.1.3.3. Gia công tổng hợp benzen mẫu đo

a) Sơ đồ quá trình tổng hợp benzen

Để xác định được lượng 14C, mẫu phải được chuyển về dạng hợp chất duy nhất,

có tính đồng nhất và trong suốt, thường là Benzene (C6H6).

Benzene được chọn do chúng có

một số đặc tính ưu việt sau:

- Tỷ lệ cacbon cao nhất trong các

loại hợp chất hữu cơ chiếm 92,31% thành

phần khối lượng.

- Benzene là chất lỏng trong suốt, là

hợp chất phù hợp với phương pháp đo

nhấp nháy lỏng, có thể hòa tan mạnh các

hợp chất hữu cơ thành thể thống nhất.

- Benzene tổng hợp tương đối dễ

dàng và có nhiều khả năng cho mẫu có độ Hình 2.2. Sơ đồ quá trình tổng hợp tinh khiết cao. Benzen

Quá trình tổng hợp Benzene, thực chất là quá trình làm giàu mẫu đo được thực

hiện theo thứ tự các công đoạn được biểu diễn tóm tắt theo sơ đồ Hình 2.2 [76, 80].

Cụ thể, đưa lượng carbon trong đó có carbon phóng xạ từ một thể tích lớn chứa carbon

về dạng hợp chất benzene có thể tích nhỏ so với thể tích ban đầu phù hợp với đầu đo.

b) Quá trình tạo khí CO2

Lượng carbon có trong mẫu phân tích ban đầu được đưa về dạng khí CO2 bằng

phương pháp sau:

*Với các mẫu thực vật, phương pháp tạo khí CO2 được sử dụng là phương pháp

đốt bom, bằng cách dùng một bình thép đặc biệt gọi là bình kích nổ. Mẫu sau khi làm

sạch, được đưa vào trong bình nổ để đốt hết.

(2.3) CnHm(…)  CO2  + H2O + ….

Các thao tác thực hiện:

- Đưa mẫu vào trong hộp đựng mẫu trong bình kích nổ, đậy kín bình và hút chân

không.

- Bơm ôxi tinh khiết vào bình.

- Kích điện để mẫu trong bình được đốt hoàn toàn, quá trình này sẽ xảy ra hiện

tượng nổ trong bình nên được gọi là phương pháp đốt bom. Sau khi đốt, một thời gian

nhiệt độ trong bình giảm xuống gần với nhiệt độ phòng.

- Bình kích nổ độc lập với thiết bị tổng hợp benzene. Sau khi nhiệt độ trong bình

nổ xuống tới nhiệt độ phòng, bình nổ được nối với hệ tổng hợp benzene.

Khí CO2 từ bình nổ sẽ được dẫn tới các ống thuỷ tinh ngâm trong nitơ lỏng đã

được hút chân không. Các ống thuỷ tinh này được gọi là các bẫy khí.

Hệ thống thu thập khí CO2 được nối với áp suất kế để đo áp suất, nhờ đó sẽ tính

được lượng khí thu được. Sau khi đã thu hết khí CO2 từ bình kích nổ, đóng van các bẫy

khí của hệ thống và tháo bình kích nổ khỏi hệ thống (Hình 2.3).

Hình 2.3: Hệ thống Task Benzene Synthesiser (Mỹ)

* Với các mẫu các-bon-nát (như san hô, vỏ sò, ốc, …) sau khi rửa sạch, mẫu

được sấy khô, nghiền nhỏ, cân và đưa vào một bình phản ứng bằng thuỷ tinh chuyên

dụng. Rót vào bình phản ứng một lượng axít phốt phoríc H3PO4 vừa đủ cho phản ứng

hoàn toàn. Bình này được nối kín với hệ tổng hợp benzene, sau đó dùng máy khuấy

từ khuấy liên tục trong khoảng 30 phút để phản ứng xảy ra hoàn toàn.

(2.4) Ca, Mg(CO3) + H3PO4  CO2 + H2O + Ca, Mg(P2O5)

Thu khí CO2 bay lên trong suốt quá trình phản ứng và đưa vào hệ tổng hợp

benzene. Bắt đầu từ quá trình thu khí CO2 cho đến công đoạn tạo benzene, tất cả các

bước đều được thực hiện theo một chu trình khép kín trên Hệ thống Task Benzene

Synthesiser như Hình 2.3 [68, 75].

c) Tạo li-ti-các-bít (Li2C2)

Căn cứ lượng khí CO2 thu được theo biểu đồ trên máy, xác định khối lượng Liti

để cho phản ứng xảy ra vừa đủ. Kim loại Liti dạng thanh sẽ được cắt nhỏ và nung

nóng chảy trong một bình phản ứng bằng thép trên hệ thống.

Bình phản ứng được hút chân không và được đốt nóng bằng một lò điện với

nhiệt độ 850oC để làm cho Liti nóng chảy hoàn toàn. Khi đó, mở van buồng chứa để

dẫn khí CO2 vào bình phản ứng có Liti nóng chảy. Quá trình tạo Liti-các-bít (Li2C2)

sẽ diễn ra, theo phương trình phản ứng hóa học sau:

(2.5)

Trong quá trình này, bình phản ứng được đốt nóng liên tục ở nhiệt độ 850oC

trong khoảng 2 giờ

Hình 2.4. Bình thép dùng trong quá trình carbide hóa

d) Tạo khí axêtylen

Phản ứng tạo Li-ti-các-bít xảy ra hoàn toàn sau khi ủ trong 12 giờ. Li2C2 được

tạo ra có dạng rắn và nằm ở đáy bình phản ứng. Hạ nhiệt độ lò ủ xuống 100oC. Hút

khí để tạo chân không trong bình phản ứng. Trong quá trình tạo axêtylen thì tỷ lệ

Li/CO2 nên để trong khoảng từ 1.0-1.05. Với tỷ lệ này vừa đảm bảo hiệu suất tạo

Li2C2 cao vừa tiết kiệm được nguyên liệu.

Cho nước vào bình phản ứng để xảy ra phản ứng thuỷ phân Li-ti-các-bít. Nước

nguyên chất được phun vào trong bình dưới dạng tia, từ trên xuống dưới, để làm tăng

hiệu suất phản ứng tạo axêtylen theo phương trình phản ứng hóa học sau:

(2.6)

Khí axêtylen C2H2 tạo ra được thu thập bằng các đường dẫn và các bẫy khí đã

được hút chân không làm sạch khí dư. Sau đó được đẩy vào trong các bình chứa của

hệ thống.

Lượng hydoxyt liti (LiOH) và nước còn lại trong bình phản ứng có dạng lỏng

được lấy ra dễ dàng.

e) Tổng hợp benzene

Để bình xúc tác đạt tới nhiệt độ 100oC, bỏ lò ủ ra, mở van bình chứa xúc tác để

đưa khí C2H2 vào trong bình một cách từ từ nhằm thực hiện quá trình tổng hợp hoá,

tạo benzene có hiệu suất cao nhất:

(2.7)

Khi thấy chất xúc tác chuyển màu xám thì tiếp tục ngâm bình xúc tác bằng nước

nóng ở nhiệt độ khoảng 70-800C.

Phản ứng trimer hoá xảy ra hoàn toàn trong khoảng từ 3 đến 3,5 giờ. Lượng

benzene tạo ra nằm trong bình chứa xúc tác ở dạng hấp thụ trong chất xúc tác.

Kết thúc quá trình trimer hoá, rút bình nước nóng ra. Đóng chặt các van của

bình phản ứng. Bơm chân không để rút hết khí dư trong các ống dẫn.

Lượng benzene từ bình xúc tác sẽ được thu bằng cách dùng một bẫy lạnh làm

bằng bình thủy tinh đã rút chân không và làm lạnh bằng nitơ lỏng.

Nối thông bẫy lạnh với bình xúc tác và nâng nhiệt độ bình xúc tác lên khoảng

1000C đến 110OC, benzene từ bình xúc tác sẽ được chuyển dần sang bẫy lạnh, sau

khoảng từ 3,0 giờ đến 3,5 giờ quá trình sẽ kết thúc.

2.1.4. Chuẩn hóa thể tích mẫu đo

2.1.4.1. Định lượng thể tích mẫu đo

Để giảm phông nhiễu, ngoài việc sử dụng các giải pháp che chắn thông thường

bằng các tấm chì không phóng xạ, Luận án còn sử dụng loại detector chống phông

BGO [41, 44]. Detector BGO là loại chất nhấp nháy rắn, trong suốt, đặc, có khối

lượng riêng lớn, hình trụ ở giữa khoét rỗng để có thể đặt được lọ thủy tinh chứa

detector nhấp nháy lỏng vào trong đó. Do vậy, để phù hợp với các detector BGO,

Luận án đã lựa chọn loại lọ thủy tinh không phóng xạ có thể tích chứa 7,0ml do phòng

thí nghiệm CAIS, đại học Georgia cung cấp.

2.1.4.2. Định lượng benzen mẫu đo

Thông thường, lượng mẫu được đo càng nhiều thì phép đo càng chính xác hơn.

Tuy nhiên, trong phép đo tuổi carbon phóng xạ bằng detector nhấp nháy lỏng có hai

yếu tố đặc thù cần quan tâm là: Lượng mẫu được sử dụng thường rất hạn chế và tăng

lượng benzen tổng hợp là càng tăng thêm chi phí và thời gian [46, 62].

Do vậy, căn cứ vào thể tích của các detector nêu trên, chúng tôi đã lựa chọn

lượng benzen cho các mẫu đo hoạt độ 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL là 3,5ml

(tương đương 2,615g). Thể tích này cũng tương đương với nghiên cứu của một số

phòng thí nghiệm trên thế giới, như: USA:1-800-526-3867. LSC Concepts-

Fundamental of Liquid Scintillation Counting [20, 34, 66].

2.1.4.3. Định lượng chất dung môi

Từ những đặc tính đã nêu trong Bảng 2.2, trong thí nghiệm chế tạo detector

nhấp nháy lỏng để đo tuổi carbon phóng xạ, Luận án đã lựa chọn chất dung môi là

Toluen với tỷ lệ như sau:

500 ml Toluen + 0,3 mg PPO + 3 mg POPOP

2.1.4.4. Định lượng chất phát quang PPO và POPOP

Sau khi khảo sát tác dụng của các chất phát quang đến hiệu suất ghi đồng

vị 14C trong mẫu benzene trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL, kết quả cho thấy để

đo tuổi 14C trong mẫu benzene, tỷ lệ chất phát quang POPOP/PPO thích hợp của

detector là khoảng (1-2).10-4 / (2-3).10-3, nếu “quá dư” lượng chất phát quang thì

hiệu suất ghi của detector sẽ giảm. Kết quả này cũng phù hợp với những nghiên

cứu của Cook và Andenson [41, 43, 44].

Từ số liệu trong Bảng 2.1, Bảng 2.2 và tham khảo các tài liệu [41, 63, 66], Luận

14C trên hệ đo Tri – carb 2770 TR/SL như sau:

án đưa ra công thức chế tạo detector nhấp nháy lỏng cho đo tuổi bằng phương pháp

3 mL C6H6 + 3.10-4 g PPO + 3.10-6 g POPOP + 0,5 mL Toluene.

2.1.5. Đo bức xạ bêta trên hệ đo Tri carb 2770TR/SL

2.1.5.1. Nguyên lý chung của hệ đo

Để nâng cao hiệu suất ghi bức xạ bêta trong mẫu đo tuổi, Luận án đã sử dụng một

bộ phận làm bằng vật liệu BGO (Bi4Ge3O12) trong suốt, mật độ cao ~7,13g/cm3, hình

giếng, do hãng Packard phát triển, vừa làm nhiệm vụ bảo vệ detector nhấp nháy

lỏng, vừa là loại detector nhấp nháy rắn cho phép loại trừ hiệu quả các tín hiệu nhiễu

gây ra từ các đối tượng bên ngoài mẫu đo (Hình 2.5).

Hình 2.5. Sơ đồ lắp đặt bộ phận BGO bảo vệ detector nhấp nháy lỏng [14, 69]

Hệ thống detector này sẽ được đặt giữa hai bộ ống nhân quang điện (PMT) có

tính chất đối trùng nhau, cho phép loại bỏ được các tín hiệu sáng không xuất phát từ

trong lòng mẫu đo. Ngoài ra, hệ thống thiết bị đo còn được bao bởi lớp vỏ bảo vệ

bằng chì dày 1cm (Hình 2.6).

Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý máy đo Tri carb 2770 TR/SL [63]

2.1.5.2. Các giải pháp giảm nhiễu khi đo

Như đã trình bày trên, hoạt độ phóng xạ bêta trong mẫu đo tuổi thường rất nhỏ,

do đó công tác giảm trừ các loại phông nhiễu phép đo là rất quan trọng, với mục

tiêu như vậy chúng tôi đã nghiên cứu áp dụng một số giải pháp sau:

a) Giảm nhiễu bằng kỹ thuật phân giải thời gian

Biên độ của xung sáng tạo thành trong chất nhấp nháy lỏng bao giờ cũng là một

hàm toán học theo thời gian, phụ thuộc vào khả năng tương tác của bức xạ ion hóa

với chất nhấp nháy chúng đặc biệt khác nhau giữa bức xạ bêta và nhiễu [46]. Căn cứ

14C, kỹ thuật này được gọi là giảm nhiễu bằng phân giải thời gian. Sự khác biệt về

vào sự khác biệt này có thể tách biệt được tín hiệu trong phép đo xác định hàm lượng

hình dạng xung điện tại đầu ra ống nhân quang điện (PMT) do tương tác bêta và

tương tác nhiễu được trình bày trong Hình 2.7.

Hình 2.7 cho thấy, có một sự khác biệt rõ về độ láy của xung trong mỗi tương

tác. Ở bức xạ bêta, xung thu được bao gồm một thành phần tức thời kéo dài từ 2 ns

đến 8 ns và một thành phần trễ phía sườn xuống với độ dài khoảng 900 ns. Trong

khi đó, xung do bức xạ nhiễu ngoài một thành phần tức thời kéo dài 2 đến 8 ns có

thêm khoảng 3 đến 5 xung tiếp theo, gọi là xung đuôi. Hiện tượng này đã được giải

thích như là do tác dụng năng lượng cao đã gây nên trạng thái kích thích láy trong

chất phát quang tạo ra chùm xung lặp sau xung tức thời với khoảng thời gian chừng

5 s.

Hình 2.7. Dạng xung của bức xạ - và xung nhiễu gây ra trong chất

nhấp nháy lỏng [41,63]

b) Giảm nhiễu bằng kỹ thuật phân biệt xung

Trong detector nhấp nháy lỏng, bức xạ alpha cũng có khả năng tạo ra các xung

sáng có năng lượng trùng với bức xạ bêta, do đó loại trừ tín hiệu do bức xạ alpha gây

ra có ý nghĩa quan trọng đến độ chính xác của phép đo tuổi 14C. Theo Horrocks (1970)

và Winyard, et al (1971) các bức xạ alpha trong detector nhấp nháy lỏng cũng gây lên

quá trình phát sáng tương tự như hạt bêta, song thành phần xung trễ của bức xạ alpha

kéo dài hơn. Mô tả dạng xung sáng do bức xạ alpha và bêta gây ra trong detector nhấp

nháy lỏng theo được chỉ trong Hình 2.8 [41, 94,95].

Hình 2.8. Sơ đồ dạng xung sáng do bức xạ  và  tạo ra

trong nhấp nháy lỏng [18, 41, 80]

Hình 2.8 cho thấy có thể căn cứ vào sự khác biệt về độ trễ sườn xuống của xung

14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL được thực hiện thông qua chỉ số phân biệt xung

để tách riêng biệt tín hiệu bức xạ  và . Khảo sát tách tín hiệu  và  trong đo tuổi

trên cặp nguồn  và  (210Po và 14C) khi đo cùng một cấu hình đo. Hình 2.9 cho thấy

khi tăng chỉ số phân biệt, nhiễu  sang kênh  tăng (đường nét liền) ngược lại khi giảm

chỉ số này phần bức xạ  bị mất sang kênh  tăng (đường nét đứt).

Hình 2.9. Sơ đồ thực nghiệm chọn tham số phân biệt tách tín hiệu  khỏi kênh 

trong phép đo tuổi 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL [11, 63]

Theo đó, Luận án đã lựa chọn hệ số phân biệt là 122 nhằm tách tối ưu tín hiệu

alpha khỏi phổ tín hiệu bêta của đồng vị 14C khi thiết lập cấu hình phép đo.

2.1.5.3. Lựa chọn cửa sổ đo tối ưu

Trên cơ sở so sánh tỷ số ghi nhận bức xạ - từ mẫu đo và mẫu phông theo các

khoảng năng lượng khác nhau, từ đó sẽ lựa chọn được khoảng lấy số liệu đo tối ưu, nơi

có tỷ số phân biệt tín hiệu đo lớn nhất và sẽ được xem là cửa sổ đo tối ưu của phép đo

tuổi 14C trên hệ đo này (Hình 2.10).

Hình 2.10. Sơ đồ chọn cửa sổ đo bức xạ bêta tối ưu từ đồng vị 14C

trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL [11, 14, 41]

Kết quả khảo sát cửa sổ đo tối ưu với mẫu chuẩn 14C và phông cho đo tuổi 14C

trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL được trình bày trong Bảng 2.3.

Bảng 2.3. Kết quả xác định độ nhạy phép đo hàm lượng 14C trên hệ

đo Tri-carb 2770 TR/SL theo các của sổ đo khác nhau

Cửa sổ (0-156keV) Cửa sổ (6-102keV) Cửa sổ (16-102keV) Mẫu đo CPM Chỉ số E2/B CPM Chỉ số E2/B CPM Chỉ số E2/B

Mẫu 14C 38,580 34,407 26,884 2387 1520 1785 Mẫu phông 0,933 0,639 0,296

Bảng 2.3 cho thấy trong cửa sổ từ 16 keV đến 102 keV, số đo có tỷ số E2/B lớn nhất (2358) cho nên nó được coi là cửa sổ tối ưu cho phép đo tuổi 14C trên hệ đo nhấp

nháy lỏng Tri-carb 2770 TR/SL. Với cửa sổ này với độ nhạy phép đo đã được tăng

hơn 1,57 lần so với cửa sổ thông thường từ 0-156 keV.

2.1.6. Xử lý số liệu theo phép đo phóng xạ hoạt độ nhỏ

Như đã trình bày ở Chương 1, hoạt độ phóng xạ trong các phép đo tuổi carbon

phóng xạ thường rất thấp (có thể thấp hơn phông môi trường cỡ 1000 lần), do vậy để

đảm bảo tính khách quan của các kết quả đo, luận án đã nghiên cứu sử dụng giải pháp

đánh giá kết quả đo phóng xạ bêta theo phép đo phóng xạ hoạt độ nhỏ, gồm:

2.1.6.1. Tiêu chuẩn đánh giá thực nghiệm

a) Hàm phân bố gần đúng chuẩn thực nghiệm fem(n)

exp [− ] (2.8) 𝑓(𝑛) = Xuất phát từ hàm phân bố thống kê gần đúng: (𝑛𝑖 − 𝑛̅)2 2𝑑 (2𝜋𝑑)1/2

Trong các phép đo phóng xạ bêta hoạt độ nhỏ, sai số của bản chất hiện tượng

phân rã hạt nhân đóng vai trò đáng kể, khi phép đo có số thăng giáng đo nhỏ hơn sai

số bản chất hiện tượng và các số đo thỏa mãn các yêu cầu:

NM = nM .tM  100, N = n t   100 và √𝑛∅/𝑛𝑀 = 𝑡∅/𝑡𝑀

 n - n  3√𝑛∅/𝑡∅ ; (2.9)

|𝑛𝑀 − 𝑛̅𝑀| < 3√𝑛𝑀/𝑡𝑀

√[(𝑛 /𝑡 + 𝑛𝑀/𝑡𝑀)/(𝑛𝑀 − 𝑛̅𝑀)] ≤ 10%

Từ phương trình 2.8

] exp [− (2.10) 𝑓(𝑛𝑖) = (𝑛𝑖 − 𝑛̅)2 2𝑑 1 2 (2𝜋𝑑)

Thay giá trị phương sai trung bình (d(n)) bằng giá trị độ phân tán ( (n)) nhận

được hàm phân bố gần đúng chuẩn thực nghiệm.

exp [− ] (2.11) 𝑓э (𝑛) = (𝑛𝑖 − 𝑛̅)2 2𝜕 (2𝜋𝜕)1/2

trong đó:n là trung bình số đo, tính theo công thức:n = ni/k;  (n) là độ phân tán

số đo do bản chất phân rã hạt nhân, được tính theo phương trình:

(2.12) 𝜕(𝑛) = 𝑛̅ 𝐾. 𝑡

trong đó: n - Số đo trung bình được tính theo công thứcn = ni/k; K - số lần đo lặp;

t - thời gian thực hiện một phép đo.

Như vậy, so với thống kê gần đúng Dementiev trong công thức 2.12 đã đưa vào

chỉ số 1/K liên quan trực tiếp đến số lần đo của thực nghiệm thay cho hệ số tùy chọn

() mà ít nhiều còn thiếu tính khách quan bởi sự chọn của người xử lý [26, 27].

b) Điều kiện ứng dụng hàm phân bố chuẩn thực nghiệm fem(n)

Một tất yếu đi cùng với việc tăng thời gian đo là sự tăng ảnh hưởng can nhiễu đến

độ chính xác của phép đo và để khắc phục trở ngại này, xét chỉ số s đánh giá mức độ

phân tán số đo do bản chất thăng giáng của quá trình phân rã hạt nhân với mức độ phân

𝜕(𝑛)

tán số đo ngẫu nhiên trong quá trình đo như sau:

𝑠 =

𝑑(𝑛)

(2.13)

trong đó: d(n) - thăng giáng về tốc độ đếm trong quá trình đo, với số lần đo lặp k nó

được xác định theo công thức

(2.14)

Như vậy, ngoài những điều kiện kế thừa theo công thức (2.10), để thực hiện đánh

giá kết quả đo bức xạ - hoạt độ nhỏ trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL theo hàm phân bố

thống kê trong xác định tuổi 14C đã bổ sung thêm tiêu chí: s  1 (tức là d(n)   (n)).

c) Kiểm định giả thiết thống kê

Thực nghiệm kiểm định giả thiết thống kê các kết quả đo hoạt độ phóng xạ bêta từ

đồng vị 14C trên hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770 TR/SL theo hàm phân bố chuẩn

thực nghiệm được tiến hành bằng cách đánh giá mức độ phù hợp giữa qui luật phân bố

thống kê các số liệu đo hàm phân bố f (n) nêu trên theo tiêu chuẩn đánh giá phù hợp

Poisson nội dung như sau:

Từ những kết quả thực nghiệm đo hàm lượng 14C trên mẫu đo tuổi carbon phóng

xạ sử dụng các tiêu chuẩn đánh giá phù hợp Poisson để kiểm nghiệm mức độ phù hợp

của các kết quả đo với hàm phân bố chuẩn thực nghiệm [9, 35]. Nội dung như sau.

Xét đại lượng:

2 =n  (wi -pi)2/pi (2.15)

trong đó wi là các tần số tương đối cho trước bởi bảng thống kê, còn pi là xác suất

nhận được theo phân phối gần đúng chuẩn thực nghiệm fem(n).

Với số bậc tự do bằng 3 (tương tự phân bố chuẩn) và giá trị 2 tính được ở trên

xác định được đại lượng P đặc trưng cho sự phù hợp giữa phân phối lý thuyết và phân

phối thống kê. Theo đó, căn cứ vào tiêu chuẩn Poisson, nếu giá trị P > 0,1 chúng ta

có thể kết luận rằng hàm phân phối fem(n) phản ánh được những đặc tính thống kê,

không mâu thuẫn với các số liệu thực nghiệm.

Minh họa về sử dụng hàm phân bố gần đúng chuẩn thực nghiệm trong đánh giá

kết quả đo hàm lượng đồng vị 14C trên hệ đo nhấp nháy lỏng được chỉ trong Hình

2.11.

Hình 2.11. Minh họa về so sánh hàm phân bố thống kê gần đúng chuẩn thực nghiệm f(n) và hàm phân bố chuẩn thông thường f (n)

2.1.6.2. Đánh giá kết quả đo

Trên cơ sở hàm phân bố gần đúng chuẩn thực nghiệm fem(n) như đã nêu ở công

thức 2.11, Luận án xây dựng một số tiêu chuẩn đánh giá kết quả đo hoạt độ phóng

xạ bêta hoạt độ nhỏ trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL dùng trong xác định tuổi 14C

như sau:

a) Sai số tương đối của số đo tốc độ đếm

Từ công thức (2.11), xác định lượng số đếm hạt nhân ghi được qua số đo tốc

độ đếm, số lần đo lặp và thời gian đo như:

(2.16) N = n.k.t

trong đó:n là trung bình số đo tốc độ đếm qua k lần đo lặp, t là khoảng thời gian

một phép đo.

Theo công thức truyền sai số, tính được công thức đánh giá độ phân tán cho

phép đo tốc độ đếm như sau:

(2.17)

Bỏ qua sai số về thời gian trong các phép đo, thiết lập được tiêu chuẩn đánh giá sai

số tuyệt đối số đo tốc độ đếm (n) của phép đo như sau:

(2.18)

Và sai số tương đối cho số đo tốc độ đếm là

(2.19)

b) Sai số tuyệt đối của số đo tốc độ đếm

Thông thường, qui trình thực hiện một phép phân tích mẫu phóng xạ bao gồm

các phép đo: Phép đo mẫu phông, phép đo mẫu phân tích và phép đo mẫu chuẩn.

Như vậy, bài toán gặp ở đây là xác định sai số hiệu của hai phép đo (hiệu hai

cường độ), và xác định sai số tỷ đối của hai phép đo (tỷ số hai cường độ). Theo

đó, bài toán đánh giá sai số số đo hiệu dụng tốc độ đếm trong đo phóng xạ - hoạt

độ nhỏ được xem xét như sau:

 Phép đo mẫu phông ký hiệu số đo tốc độ đếm là: n

 Phép đo mẫu phân tích ký hiệu số đo tốc độ đếm là: n

Từ biểu thức xác định số đo hiệu dụng tốc độ đếm trong phép đo bức xạ hạt

nhân của mẫu như công thức.

(2.20) n = n - n

Bằng phép đạo hàm theo các tham số nhận được phương trình xác định phương

sai số đo tốc độ đếm như sau:

(2.21) (n) = (n)+ (n)

Thay những giá trị (n) xác định từ công thức (2.18) và giả thiết khoảng thời

gian đo mỗi lần như nhau, nhận được công thức xác định sai số tuyệt đối của số đo

𝜎(𝑛∋𝜙) = √𝜕(𝑛∋𝜙) = √𝜕(𝑛𝑚) + 𝜕(𝑛𝜙) = √

tốc độ đếm.

𝑛𝑚 𝐾𝑚. 𝑡

𝑛𝜙 𝐾𝜙. 𝑡

(2.22)

trong đó: Km , K là số lần đo lặp mẫu phân tích và mẫu phông;

Từ đó, sai số tương đối số đo tốc độ đếm

(2.23) (n) = (n)/n . 100%

c) Độ nhạy của phép đo phóng xạ bêta hoạt độ nhỏ

Độ nhạy của phép đo xác định tuổi 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL được

xác đinh từ số đo hiệu dụng về tốc độ đếm, nội dung gồm: Với những khoảng thời

gian đo bằng nhau, xác định được số đo hiệu dụng từ hai phép đo mẫu phân tích và

mẫu phông theo công thức:

(2.24) N = NM - N

Một cách tương ứng, ta có biểu diễn số đo hiệu dụng tốc độ đếm:

thực chất là các đại lượng ngẫu nhiên, nên có thể xảy ra

(2.25) n = (NM - N)/(t) = nM - n

Do các số đo NM, N

trường hợp (NM -N) > 0 và vấn đề là như thế nào để có thể coi giá trị của n > 0.

Xét đại lượng:

(2.26)

Đại lượng p xác định theo phương trình 2.26 có giá trị rất nhỏ (0) và được đánh

giá qua so sánh với p (độ phân tán của phân bố gần đúng chuẩn thực nghiệm); p

thường được xem xét nhỏ hơn p, với một xác suất tin cậy là  nào đó. Chẳng hạn

với độ tin cậy , nếu p  p thì có thể kết luận mẫu có cường độ phóng xạ bằng không,

ngược lại, mẫu đó có cường độ phóng xạ lớn hơn không. Trong phép đo phóng xạ hoạt

độ nhỏ, thường áp dụng chỉ tiêu  = 0,997 với xác suất đánh mất sự kiện  =1- = 0,003;

khi đó p = 3. Nghĩa là với độ tin cậy 99,7%, khi giá trị số đo mẫu phân tích và mẫu

phông thoả mãn bất đẳng thức.

𝑛 𝑡

(2.27) (𝑁𝑀 − 𝑁) > 3. √𝑁 hay (𝑛̅𝑀 − 𝑛̅) > 3. √

Có thể kết luận mẫu có hoạt độ lớn hơn không, ngược lại mẫu có hoạt độ bằng

không và sai khác giữa hai phép đo thuộc thăng giáng ngẫu nhiên [9, 35].

Công thức 2.27 còn được gọi là tiêu chuẩn “3 sigma” cho phép đo phóng xạ hoạt

độ nhỏ. Từ đó, độ nhạy của phép đo được qua đánh giá theo mức phóng xạ nhỏ nhất

có thể phát hiện được (AMIN) như sau:

(2.28)

(2.29)

trong đó: KM; K là số lần đo lặp mẫu phân tích và mẫu phông, t thời gian thực

hiện một lần đo;  là hiệu suất ghi bức xạ bêta của hệ đo, được xác định theo phép

đo nguồn phóng xạ chuẩn.

Một cách gần đúng, khi coi n  n, nhận được công thức xác định hoạt độ

phóng xạ nhỏ nhất còn có thể phát hiện được của phép đo như sau:

(2.30)

Thí nghiệm đánh giá độ nhạy của thiết bị trên mẫu chuẩn NOX1 (hoạt độ

19,36dpm/g) và mẫu phông (không phóng xạ), nhận được số đo tương ứng:n

=10,50cpm/g vàn = 0,113cpm/g với k=30, t=1000 theo phương trình 2.30 xác

định được: AMIN = (4,24 x 0,3362) / (0,5355 x 173,21) = 0,0154 dpm/g, trong đó:

dpm/g là hoạt độ phóng xạ của nguồn tính theo số phân rã trong một phút, đổi sang

đơn vị Bequerel, AMIN = 0,257mBq/g

d) Khoảng đo của phép đo phóng xạ bêta trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL

Khoảng đo của phép đo (tMAX) được hiểu là giá trị tuổi 14C lớn nhất có thể đo

được trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL, được xác định theo công thức:

(2.31) 𝑡𝑀𝐴𝑋 = 𝐾. ln (𝐴0/𝐴𝑀𝐼𝑁)

trong đó: AMIN là giá trị hoạt độ nhỏ nhất phát hiện được của phép đo, tính theo công thức 2.30; K là giá trị của tỷ số T1/2/ln2; A0 là giá trị hoạt độ 14C trong mẫu tại thời điểm bắt đầu (theo qui ước A0 =13,556 dpm/g).

Thay vào công thức tính được tMAX = 54460 năm cách ngày nay. Kết quả này cũng tương đương với kết quả do M. J. Aitken, F. E. Angiolini và J. Charles đã công

bố [34, 35, 56].

e) Sai số phép đo xác định niên đại carbon phóng xạ

Từ công thức tính tuổi 14C và sai số hiệu dụng tốc độ đếm dẫn ra phương trình

đánh giá sai số đo tuổi 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL như sau:

(2.32)

trong đó: K = 8267 năm, A0 =13,554 dpm/g;  là hiệu suất ghi bức xạ bêta của phép đo và do tính phi tuyến của hàm logarit, sai số đo tuổi 14C được lấy theo giá trị sai số lớn nhất.

f) Đánh giá khoảng phân biệt của phép đo

Khoảng phân biệt của phép đo là khoảng thời gian nhỏ nhất có thể phân biệt được bằng phương pháp đo tuổi 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL. Từ hàm phân bố gần đúng chuẩn thực nghiệm nêu trên và các kết quả thực nghiệm đo trên mẫu

phông, mẫu chuẩn. Khoảng phân biệt của phép đo được đánh giá thông qua chỉ tiêu

phân biệt n xác định theo công thức:

(2.33) ∆𝑛 = 2. √𝜎2(𝑛𝑀) + 𝜎2(𝑛∅)

trong đó: (nM) và (n) là sai số tuyệt đối tốc độ đếm mẫu và phông, thừa số 2 chỉ

cấp độ mức tin cậy là 95%.

Theo đó, khoảng phân biệt tuổi của phép đo tuổi 14C trên hệ đo nhấp nháy lỏng

Tri-carb 2770 TR/SL được xác định theo công thức:

(2.34) t = tUP - tLO

(2.35) trong đó: tUP = 8270.ln [AO /(n - n)/]

tLO = 8270.ln [AO /(n +n)/]

(2.36)

Như vậy, khoảng phân biệt tuổi theo phương pháp 14C phụ thuộc không những

vào chất lượng phép đo mà còn phụ thuộc vào khoảng tuổi đo, khảo sát về khoảng

phân biệt trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL cho kết quả trình bày trong Bảng 2.4.

Bảng 2.4. Đánh giá khoảng phân biệt tuổi 14C trên hệ đo Tri- carb 2770 TR/SL

Số đo mẫu Kết quả tuổi

Số đo phông (cpm/g) (cpm/g) (năm BP)

14C

Sai số Khoảng phân biệt Số Tuổi Số đếm Sai số đếm Tuyệt đối Tương đối Tuyệt đối Tương đối

0.113 0,0045 0,132 0,007 5,30% 49 280 2 780 5,6%

0.113 0,0045 0,215 0,009 4,19% 35 380 690 2,0%

0.113 0,0045 0,815 0,017 2,09% 19 420 170 0,9%

0.113 0,0045 2,315 0,029 1,25% 9 970 85 0,9%

0.113 0,0045 4,315 0,039 0,90% 4 630 55 1,2%

0.113 0,0045 5,815 0,047 0,81% 2 100 50 2,4%

0.113 0,0045 6,565 0,049 0,75% 1 080 45 4,2%

0.113 0,0045 7,065 0,050 0,71% 460 40 8,7%

Bảng 2.4 cho thấy khoảng phân biệt của phương pháp đo tuổi 14C thay đổi theo

tuổi mẫu đo, với những mẫu có tuổi cách nay chừng 50 000 năm, khoảng phân biệt

là 2 800 năm, với những mẫu có tuổi cách nay chừng 20 000 năm, khoảng thời gian

là 170 năm. Tuổi đo càng muộn thì khoảng thời gian phân biệt của phương pháp càng

hẹp dần. Với mẫu cách nay chừng 1 000 năm khoảng phân biệt là 45 năm và giá trị

phân biệt nhỏ nhất của kỹ thuật đo tuổi14C trên hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770

TR/SL cỡ 40 năm. Tuy nhiên, cần lưu ý là các tính toán trên là với một mẫu đo, theo

tiêu chuẩn Student, khả năng phân giải của phương pháp sẽ tăng khi tăng số mẫu phân

tích, theo hệ số √𝑛 (với n là số mẫu đo).

g) Dự tính khoảng thời gian đo tối ưu

Từ yêu cầu về độ chính xác hay sai số phép đo (giá trị ), theo phương trình:

(2.37)

2 = 100.2.(n)/n

thay giá trị (n) từ công thức 2.18 thu được:

(2.38)

Khi mẫu đo có hoạt độ nhỏ, gần bằng phông, coi số lần đo mẫu như nhau

(KM = K = K) ta có:

(2.39)

14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL và kết quả trình bày trong Bảng 2.5.

Công thức (2.39), cho phép xác định khoảng thời gian đo tối ưu trong đo tuổi

Bảng 2.5 cho thấy khi mẫu có tuổi càng lớn thì thời gian đo càng phải kéo

dài và cố gắng giảm sai số đo cũng dẫn đến yêu cầu tăng lượng thời gian đo. Ngoài

ra, việc tăng lượng mẫu đo cũng sẽ giúp làm giảm thời gian nâng cao độ chính xác

của phép đo, vấn đề được trình bày trong phần dưới.

Bảng 2.5. Dự tính khoảng thời gian tối ưu đo tuổi 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL

TT Tuổi dự báo (năm BP) Sai số đặt trước (%) Thời gian đo 1 lần (phút) Tổng thời gian đo (phút) Số lần đo (tính tròn)

50 000 10 1 000 47 050 47 1

30 000 5 300 9510 32 2

20 000 5 100 1 980 20 3

10 000 3 50 1 380 28 4

6 000 3 50 830 16 5

2 000 2 50 1 120 22 6

1 000 2 50 989 20 7

500 2 50 939 19 8

h) Dự tính khối lượng mẫu đo thích hợp

Từ công thức (2.39) với giả thiết hàm lượng 14C hiện tại là 13,556 dpm/g

theo tuổi và sai số đo cho trước, tính được lượng mẫu cần thiết cho đo tuổi bằng

phương pháp 14C trên hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770 TR/SL, kết quả trình bày

trong Bảng 2.6.

Bảng 2.6. Dự tính khối lượng mẫu cần cho đo tuổi 14C

trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL

TT Tuổi dự báo (năm) Sai số đặt trước (%) Quy theo carbon sạch (g)

1 50 000 10 2,5

2 30 000 5 2,0

3 20 000 3 2,0

4 10 000 3 1,0

5 6 000 2 0,5

6 2 000 2 0,5

7 1 000 2 0,5

8 500 2 0,5

Bảng 2.6 cho thấy phép đo tuổi 14C trên hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL các chỉ

tiêu thời gian, lượng mẫu và sai số đo liên hệ chặt chẽ với nhau. Do đó, khi thực hiện phân tích xác định tuổi 14C trên hệ đo này cần căn cứ vào yêu cầu và điều kiện

cụ thể để chọn lựa được các chỉ tiêu phân tích cho phù hợp.

Từ yêu cầu về lượng carbon sạch trong Bảng 2.6 có thể dự tính lượng mẫu cần

thu thập ngoài thực địa như sau: cứ 1 gam carbon sạch tương ứng với khoảng 20 gam

vỏ sò ốc, hay 2,2 gam gỗ, hay 1,5 gam than hóa đã được làm sạch, rửa sấy khô ngoài

hiện trường. Tuy vậy, cũng lưu ý rằng nếu lượng mẫu thu thập được càng nhiều thì

cơ hội lựa chọn được lượng mẫu tin cậy càng dễ dàng hơn.

i) Đánh giá độ ổn định của hệ đo theo tham số kiểm định 2

Trong quá trình đo luôn xảy ra những thăng giáng phép đo, đặc biệt khi thời gian

đo dài có ảnh hưởng lớn tới kết quả đo, do đó cần thường xuyên kiểm tra độ ổn định

của thiết bị đo.

2) được sử

Công tác kiểm tra ổn định hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL được tiến hành với mẫu

chuẩn 14C và tham số đánh giá độ lệch số đo so với phân phối chuẩn (t,n

dụng để đánh giá độ ổn định phép đo, được xác định theo công thức:

2 =

∑(𝑛𝑖−𝑛)2 𝑛̅

(2.40) 𝜒𝑡,𝑛

trong đó:n giá trị trung bình số đo của mẫu chuẩn; ni giá trị đo mẫu chuẩn lần đo thứ

2 tương ứng với trạng thái làm việc tốt của máy

i và số bậc tự do (t) bằng số lần đo lặp trừ đi 1.

Theo đó, vùng giá trị của t,n

phải là nghiệm đúng của bất phương trình:

2 < t,n

2 < 1-p,k

2 được lấy từ bảng tra. Thực nghiệm đánh giá ổn định của

(2.41) p,k

2 và p,k

Các giá trị p,k

hệ đo Tri-carb 2770 TR/SL trên bộ mẫu chuẩn NOX-1 với số lần đo lặp là 20 cho

thấy: Với độ tin cậy 99%, các giá trị 2 thu được thỏa mãn.

(2.42) 7,633  2  36,191

Cho phép kết luận về trạng thái làm việc tốt của thiết bị. Khi thiết bị đo có giá

trị kiểm định 2 vượt ra ngoài phạm vi trên cần kiểm tra khắc phục để loại trừ những

sự cố gây bất ổn định trong máy đo trước khi tiến hành đo.

2.1.7. So sánh kết quả đo hoạt độ 14C với đơn vị khác.

Để đánh giá chất lượng phép đo hoạt độ 14C bằng nhấp nháy lỏng, luận án đã có

một số mẫu đo tại phòng thí nghiệm của Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân. Phổ

của các mẫu đo được chỉ trong Hình 2.12

Hình 2.12. Phổ bêta từ các mẫu chuẩn 14C đo đối sánh tại phòng thí nghiệm

Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân

Kết quả đo theo các cửa sổ tương ứng được chỉ trong Bảng 2.7.

Bảng 2.7. Kết quả đo đối sánh hoạt độ 14C

Mẫu đo Hoạt độ CPMa Ghi chú

OX-1 19,36dpm/g

STD-1 9,68dpm/g

STD-2 4,84dpm/g

BKG-1 0,0dpm/g

BKG-2 0,0dpm/g 38,580 39,104 19,325 19,340 10,904 10,940 0,933 1,075 0,932 1,021 CPMb CPMc 34,407 26,884 Luận án 34,811 26,886 Viện KH&KTHN 17,030 12,553 Luận án 17,045 12,575 Viện KH&KTHN 6,844 Luận án 6,880 Viện KH&KTHN 0,296 Luận án 0,407 Viện KH&KTHN 0,297 Luận án 0,407 Viện KH&KTHN 9,300 9,336 0,639 0,787 0,638 0,727

Bảng 2.7 cho thấy, giải pháp đo đồng vị carbon phóng xạ bằng nhấp nháy lỏng

của luận án tương đương với các kết quả đo từ phòng thí nghiệm Viện Khoa học và

Kỹ thuật Hạt nhân. Trong đó, kết quả đo của luận án có phông nhiễu nhỏ hơn một

chút, lý do là đã có sử dụng thêm loại detector BGO có tác dụng giảm nhiễu do hãng

Packard cung cấp.

2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NIÊN ĐẠI NHIỆT HUỲNH QUANG

2.2.1. Mô hình bài toán đo tuổi nhiệt huỳnh quang mẫu gốm cổ

2.2.1.1. Quá trình biến đổi tín hiệu nhiệt huỳnh quang trong mẫu gốm

Thành phần cấu tạo phổ biến của mẫu gốm cổ là các hạt khoáng thạch anh,

feldspar, cao lanh,... Khi các khoáng vật này bị chiếu bởi các bức xạ hạt nhân, các

electron trong chúng sẽ được giải phóng khỏi nguyên tử và bị giữ bởi các bẫy electron

(do khuyết tật tinh thể). Thời gian chiếu càng lâu thì số lượng các electron bị giữ ở

các bẫy càng nhiều. Sau đó, nếu được cung cấp nhiệt (đốt nóng), các electron sẽ thoát

khỏi các bẫy đó và trở về vùng tái hợp, cùng với đó sẽ phát ra tín hiệu nhiệt huỳnh

quang. Tín hiệu nhiệt huỳnh quang này sẽ được sử dụng trong bài toán xác định niên

đại mẫu vật. Quá trình biến đổi tín hiệu nhiệt huỳnh quang trong mẫu gốm cổ khá

phức tạp và có thể diễn tả tóm tắt như chỉ trong Hình 2.13 [34, 64]

Hình 2.13. Quá trình biến tín hiệu nhiệt huỳnh quang trong mẫu gốm cổ [34, 64]

Hình 2.13 cho thấy, ở điều kiện tự nhiên, trước khi được dùng để chế tác thành

đồ gốm, các hạt thạch anh có trong sét nguyên liệu đã có sẵn một lượng tín hiệu nhiệt

huỳnh quang nào đó (giai đoạn 1). Khi nung nóng gốm ở nhiệt độ trên 5000C, tín hiệu

nhiệt huỳnh quang trong nó sẽ được làm hết hoàn toàn đến mức "0" (đường dốc đứng).

Sau đó, trong thời gian tồn tại, các hạt thạch anh trong đồ gốm luôn bị chiếu bởi các

bức xạ hạt nhân, mà kết quả là tín hiệu nhiệt huỳnh quang trong nó sẽ được tích lũy

dần dần (giai đoạn 2). Lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang tích lũy này tương ứng với

tổng liều bức xạ hạt nhân đã chiếu lên mẫu. Theo đó, nếu xác định được suất liều bức

xạ hạt nhân hằng năm chiếu lên mẫu thì sẽ xác định được niên đại của đồ gốm đó, kể

từ lần cuối cùng bị đốt nóng trên 5000C đến nay [19,33,34].

Trên cơ sở, tham khảo các công trình nghiên cứu [3, 33, 65, 72] và tìm hiểu về

điều kiện trang thiết bị trong nước, Luận án đã lựa chọn tập trung nghiên cứu đo tuổi

nhiệt huỳnh quang mẫu gốm theo kỹ thuật thạch anh hạt thô (Quartz Coarse Grain

Technique).

2.2.1.2. Khoáng vật nhiệt huỳnh quang trong mẫu gốm

Các khoáng chất có tính chất nhiệt huỳnh quang phổ biến trong tự nhiên là

thạch anh (quartz), trường thạch (fenspat), canxi-cacbonnat (CaCO3), canxi sunphat

(CaSO4). Các khoáng vật này đều có sẵn trong tự nhiên, vì vậy ngày nay trong nghiên

cứu địa chất hay khảo cổ học, tuổi của một số thành tạo trẻ thường được xác định

theo phương pháp nhiệt huỳnh quang từ các khoáng vật này này [77].

Gốm là loại hiện vật khá phổ biến được tìm thấy hầu hết trong các di tích khảo

cổ. Nguyên liệu để sản xuất các đồ gốm cổ thường là đất sét pha trộn thêm một số

chất như: cát sạn, vụn vỏ nhuyễn thể và mùn thực vật.

Đồ gốm thường chứa các hạt thạch anh, trong quá trình bị chôn vùi các hạt

thạch anh chịu tác động bởi các tia phóng xạ từ môi trường đất đá vây quanh. Về cơ

bản, có 3 loại bức xạ hạt nhân chủ yếu có thể tác dụng lên hạt thạch anh trong mẫu

gốm là bức xạ alpha, bức xạ bêta và bức xạ gamma. Tuy nhiên, do tính chất khác nhau

nên tác dụng của ba tia này vào quá trình ion hóa trong mẫu thạch anh cũng khác nhau.

Cụ thể là, tia gamma có khả năng đâm xuyên lớn nên có tác dụng gần như giống

nhau ở mọi chỗ của hạt thạch anh. Tia bêta có khả năng đâm xuyên kém hơn, quãng

chạy của nó trong hạt thạch anh cỡ ~100 µm, nên có thể coi tác dụng tới hầu hết hạt

thạch anh có đường kính 98-125 µm. Trong đó tia alpha có quãng chạy ~6 µm nên

hầu như chỉ có tác dụng tại lớp vỏ ngoài cùng của hạt thạch anh (Hình 2.14)

D, P: mô tả tác dụng của bức xạ anpha

D, P: mô tả tác dụng của bức xạ beta

D, P: mô tả tác dụng của bức xạ gamma

Hình 2.14. Mô hình tác động của các bức xạ , ,  trong hạt thạch anh [33]

Khi bị chiếu bởi bức xạ hạt nhân, các electron trong thạch anh sẽ dần thoát ra

khỏi ô trống, dịch chuyển và bị bắt giữ tại các bẫy năng lượng. Số lượng electron bị

giữ tại các bẫy này tỷ lệ với tổng liều bức xạ ion hóa chiếu vào mẫu. Bức xạ alpha

tuy có khả năng ion hóa lớn hơn song chỉ có tác dụng ở lớp vỏ ngoài với chiều dày

khoảng 5mm. Do vậy, khi xử lý mẫu bằng axit HF với thời gian thích hợp thì lớp này

hầu như bị loại bỏ và trong mẫu chỉ còn lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang do bức xạ

gamma và bêta gây ra [32, 53].

2.2.1.3. Đặc tính nhiệt huỳnh quang của các khoáng vật.

Một đặc tính quan trọng của hiện tượng nhiệt huỳnh quang là chúng ta chỉ có

thể quan sát được tín hiệu nhiệt huỳnh quang ở lần đốt nóng đầu tiên (First heating).

Ở các lần đốt nóng sau (Second heating) hầu như không còn thấy tín hiệu nhiệt huỳnh

quang. Giải thích hiện tượng này là do ngay lần đốt đầu tiên, hầu hết các electron bị

giữ ở các tâm bắt trước đó đã được giải phóng, nên lần đốt sau sẽ không còn tín hiệu

nhiệt huỳnh quang.

Nghiên cứu đặc tính nhiệt huỳnh quang của các khoáng vật này được chỉ trong

các Hình 2.15; Hình 2.16 và Hình 2.17.

Hình 2.15. Phổ nhiệt huỳnh quang của mẫu thạch anh với các mức liều chiếu từ

1Gy - 5Gy, đo trên máy RGD-3A với tốc độ gia nhiệt 150C/s [17, 65]

Hình 2.15 cho thấy phổ nhiệt huỳnh quang của mẫu thạch anh có hai đỉnh khá

riêng biệt, một ở trong khoảng từ 1200C đến 1800C và một ở khoảng từ 2600C đến

3750C. Tuy nhiên, bức xạ nhiệt huỳnh quang của khoáng thạch anh ở vùng nhiệt độ

thấp liên quan đến những mức năng lượng “nông” không ổn định, dễ bị thất thoát

trong quá trình bảo quản vận chuyển, nên trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn

chỉ lấy số liệu trong khoảng nhiệt độ từ 2000C đến 4000C. Số liệu kết quả đo được

lấy trung bình qua 5 lần đo và được dẫn ra trong Bảng 2.8. Phổ bức xạ nhiệt huỳnh

quang của fenspat ở trên máy RGD-3A với tốc độ gia nhiệt 150C/s được chỉ trên Hình

2.16, cho thấy có nhiều can nhiễu ở vùng nhiệt độ thấp và một đỉnh khá rộng trải suốt

khoảng nhiệt độ từ 2000C đến 4000C

Hình 2.16. Phổ nhiệt huỳnh quang của mẫu fenspat với các mức liều chiếu từ

1Gy - 5Gy, đo trên máy RGD-3A với tốc độ gia nhiệt 150C/s [17, 65]

Theo đó, cửa sổ thu thập tín hiệu nhiệt huỳnh quang trên mẫu fenspat được chọn

trong khoảng nhiệt độ từ 2500C đến 4000C. Số liệu kết quả được lấy trung bình qua

5 lần đo và được dẫn ra trong Bảng 2.8.

Kết quả khảo sát bức xạ nhiệt huỳnh quang của mẫu canxit với tốc độ gia tăng

nhiệt 15OC/s trên máy RDG-3A cho thấy loại vật liệu này có độ nhạy nhiệt huỳnh

quang thấp hơn so với hai vật liệu trên và có nhiều tạp nhiễu ở vùng năng lượng thấp

chứng tỏ trong cấu trúc tinh thể canxit có nhiều mức năng lượng “nông” và không ổn

định (Hình 2.17).

Hình 2.17. Phổ nhiệt huỳnh quang mẫu canxit với các mức liều chiếu

từ 1Gy - 5Gy, đo trên máy RGD-3A với tốc độ gia nhiệt 150C/s [17, 65].

Hình 2.17 cho thấy, trong toàn dải phổ bức xạ nhiệt huỳnh quang của canxit chỉ

có một đỉnh nhỏ trong vùng 2500C, do vậy số liệu nhiệt huỳnh quang cho khoáng vật

này được lấy trong khoảng nhiệt độ từ 2000C đến 3000C. Kết quả cũng được lấy trung

bình qua 5 lần đo và được dẫn ra trong Bảng 2.8.

2.2.1.4. Độ nhạy nhiệt huỳnh quang trong mẫu gốm

Tổng hợp những số liệu đo đạc đối với các mẫu Thạch anh, Fenspat và Canxit

trong các Hình 2.15, Hình 2.16 và Hình 2.17 trên được trình bày trong Bảng 2.8.

Bảng 2.8. Kết quả đo bức xạ nhiệt huỳnh quang trên thạch anh, fenspat và canxit

Loại Mức liều chiếu (xung/giây)

khoáng 1Gy 2Gy 3Gy 4Gy 5Gy

Thạch anh 192,28,5 339,215,4 547,825,9 647,630,8 920,4 42,7

Fenspat 24,99,5 53,520,5 97,7  28,4 117,631,4 133,435,4

Canxit 5,43,5 7,04,2 12,5  6,5 14,97,3 23,211,2

Từ những số liệu thu được trong Bảng 2.8 như đã nêu trên, để xác định giá trị

độ nhạy nhiệt huỳnh quang của mẫu đo chúng tôi sử dụng phương pháp hồi qui tuyến

tính, trong đó trục tung biểu diễn số liệu đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang, trục hoành

biểu diễn giá trị liều bức xạ gamma chiếu lên mẫu (Hình 2.18).

Hình 2.18. Đường hồi quy tuyến tính xác định độ nhạy nhiệt huỳnh

quang của các mẫu thạch anh, fenspat và canxit [17, 65]

Theo các đồ thị biểu diễn ở Hình 2.18, góc tạo bởi đường hồi quy tuyến tính với

trục hoành của đồ thị sẽ cho giá trị tương ứng về độ nhạy nhiệt huỳnh quang của các

loại vật liệu đo. Kết quả thu được độ nhạy của các khoáng vật như sau:

 Thạch anh: 176,5 (xung/giây)/Gy;

 Fenspat: 28,1 (xung/giây)/Gy;

 Canxit: 4,3 (xung/giây)//Gy

Kết quả trên cho thấy trong ba loại vật liệu được khảo sát, thạch anh có độ nhạy

nhiệt huỳnh quang cao nhất. Ngoài ra, đây cũng là loại khoáng vật có độ bền vững

cao trong điều kiện tự nhiên, chứng tỏ thích hợp cho mục tiêu nghiên cứu đo tuổi

nhiệt huỳnh quang mẫu địa chất, khảo cổ học. Độ nhạy nhiệt huỳnh quang của mẫu

gốm đo tuổi sẽ được xác định theo độ nhạy nhiệt huỳnh quang của thạch anh.

Khi đo nhiệt huỳnh quang từ khoáng vật này, để đảm bảo ổn định phép đo người

ta phải sử dụng các phin lọc sáng thích hợp. Tùy thuộc vào các mức năng lượng phụ

hình thành ở trong cấu trúc tinh thể mà phổ nhiệt huỳnh quang của mẫu sẽ có các mức

năng lượng khác nhau. Mức năng lượng này được xác định dựa vào nhiệt độ nung mẫu

trong quá trình nhiệt huỳnh quang.

2.2.2. Phương trình tính tuổi cổ vật theo liều bức xạ hạt nhân qua hiệu

ứng nhiệt huỳnh quang

Dùng các mẫu có chứa các khoáng chất trong tự nhiên, các khoáng chất này có

tính chất nhiệt huỳnh quang. Khi nung nóng mẫu với tốc độ gia nhiệt thích hợp ta thu

được các tín hiệu nhiệt huỳnh quang tương đương với số lượng các electron bị giữ ở

các bẫy năng lượng [33, 67]. Cường độ tín hiệu nhiệt huỳnh quang phát ra được mô

tả bằng công thức sau:

(2.43) I = f(n0,S, E, )

trong đó: n0 là số tâm bắt; S là hệ số đặc trưng cho cấu trúc mạng; E là mức năng

lượng của tâm bắt trong vật liệu;  là tốc độ gia tăng nhiệt độ khi nung mẫu.

Khi xác định được cường độ nhiệt huỳnh quang, ta xác định được liều bức xạ

hạt nhân đã tác dụng lên mẫu theo công thức:

D = I/µ (2.44)

trong đó: D là liều bức xạ hạt nhân đã chiếu lên mẫu vật; µ là độ nhạy nhiệt huỳnh

quang của vật liệu.

Tuổi mẫu vật được tính theo công thức sau:

(2.45) 𝑡 = 𝐷 ⁄ 𝐷0

với D0 là suất liều chiếu hằng năm lên mẫu vật

Phương pháp này có thể xác định tuổi từ vài trăm năm đến vài trăm nghìn năm

2.2.3. Gia công xử lý mẫu đo

2.2.3.1. Làm nhỏ mẫu và tách mẫu theo độ hạt

Trong phòng thí nghiệm, mẫu gốm sẽ được mài bỏ một lớp vỏ mỏng do tín hiệu

nhiệt huỳnh quang của chúng có thể bị thất thoát trong quá trình thu thập, bảo quản

và vận chuyển ngoài thực địa (thường là 2 mm). Để bóc bỏ lớp vỏ gốm bên ngoài, ta

sử một máy mài chuyên dụng (lượng bột gốm loại bỏ này được dùng để phân tích xác

định thành phần các nguyên tố phóng xạ K, U, Th trong mẫu gốm) (Hình 2.19).

Mẫu sau khi bóc lớp vỏ ngoài sẽ

được nghiền vỡ vụn và tách lấy các hạt

khoáng cần thiết cho thí nghiệm đo tuổi.

Việc nghiền nhỏ mẫu là làm thoát các

hạt khoáng cứng (chủ yếu là thạch anh)

ra khỏi cấu trúc kết khối của mảnh gốm

song không làm chúng vỡ thêm. Nếu

làm vỡ thêm các hạt khoáng, sẽ dẫn đến Hình 2.19. Sử dụng máy mài MD3212F

những sai số kết quả đo. để loại bỏ lớp gốm ngoài

Trong thực tế, có thể kết hợp ngâm trước những mảnh gốm trong nước ấm để

gốm mềm và dễ gia công hơn. Quá trình nghiền mẫu gốm, ta sử dụng một bàn kẹp

kỹ thuật (êtô) để làm vỡ dần các mảnh gốm (Hình 2.20).

Hình 2.20. Sử dụng kẹp cơ khí để làm nhỏ từ từ các mảnh gốm

Sử dụng hệ thống sàng có độ mau - thưa thích hợp, ta thu được các hạt gốm có

kích thước từ 98 m đến 125 m, với kích thước này sẽ đáp ứng yêu cầu đo tuổi nhiệt

huỳnh quang theo kỹ thuật thạch anh hạt thô. Sơ đồ bố trí sàng tách mẫu theo độ hạt

được trình bày trong Hình 2.21 và Hình 2.22.

Hình 2.21. Sơ đồ bố trí

Hình 2.22. Các hạt gốm và vụn thực vật tách từ sàng tách độ hạt

mẫu gốm cổ

Trong Hình 2.21, sàng S1 có kích thước lỗ cỡ 0,150 mm, sàng S2 có kích thước

lỗ cỡ 0,105 mm; còn K1 là khay chứa mẫu bột.

Chú ý rằng lượng hạt được tách ra ở công đoạn này sẽ bao gồm cả hạt thạch

anh, fenspat và những hạt sét cứng, do vậy lượng mẫu cần cho thí nghiệm đo tuổi cần

chuẩn bị nhiều hơn. Trước khi làm thí nghiệm ở giai đoạn này ta phải ước lượng được

phần đóng góp của các hạt khoáng thạch anh bao thể có trong mẫu gốm đó. Nếu làm

quá nhiều mẫu sẽ gây tổn hại mẫu vật và lãng phí hóa chất thí nghiệm, nhưng nếu ít

quá sẽ không đủ lượng mẫu để đo tuổi. Với các mẫu gồm thông thường, khối lượng

hạt gốm sẽ cần khoảng 15g.

2.2.3.2. Xử lý hóa học mẫu

Các hạt khoáng không phải là thạch anh bao thể sẽ được loại bỏ bằng những xử

lý hóa học thích hợp. Công đoạn xử lý hóa học này không những có tác dụng loại bỏ

những thành phần không phải thạch anh (fenspat hoặc canxit) mà còn góp phần làm

sạch bề mặt bên ngoài các hạt thạch anh.

Trình tự các bước thực hiện bao gồm:

+ Bước 1: Ngâm và khuấy liên tục các hạt gốm trong dung dịch gồm:

pehydroxyt (H2O2) và 10% axi clohydrric (HCl) ở nhiệt độ 50 - 600C trong khoảng

thời gian từ 30 - 60 phút. Liên tục quan sát, khi nào thấy các hạt gốm đã có màu trắng

sáng thì có thể dừng để chuyển sang bước tiếp theo.

+ Bước 2: Tiếp tục ngâm và khuấy liên tục các hạt gốm thu được từ bước xử

lý trên trong dung dịch axit flohydric (HF) nồng độ 1%. Chú ý rằng đây là axit có độc

tố cực mạnh, có khả năng bốc hơi và ăn mòn rất cao nên mọi thí nghiệm cần phải

được thực hiện trong tủ hút độc và tránh không làm lây lan dung dịch ra ngoài.

Thời gian xử lý mẫu ở nhiệt độ phòng chừng 5 – 10 phút, mục đích của xử lý

này là làm sạch mẫu và bóc bỏ một phần vỏ bao ngoài của các hạt thạch anh, vùng

mà có thể đã bị tác động của các hạt alpha. Tuy nhiên, người theo dõi thí nghiệm

cũng cần chú ý rằng nếu xử lý axit flohydric quá lâu sẽ làm mất một lượng đáng kể

mẫu. Yêu cầu kỹ thuật cho công đoạn này là bóc bỏ chừng 5 m lớp vỏ ngoài của hạt

thạch anh, tương ứng sẽ làm mất chừng 25% khối lượng mẫu.

Do độ tiêu hao của mẫu hạt thạch anh tùy thuộc vào ba yếu tố: nồng độ axit HF,

nhiệt độ và thời gian xử lý mẫu, nên quá trình này cần kinh nghiệm theo dõi và xử lý,

thông thường, với nồng độ và nhiệt độ như trên, để có lượng mẫu đạt yêu cầu thì thời

gian xử lý sẽ từ 15 - 25 phút. Khối lượng mẫu còn lại cũng cần được cân một cách

cẩn thận để kiểm tra tỷ lệ thu hồi mẫu qua quá trình gia công trên. Kết quả kiểm tra

cho thấy lượng hạt có kích thước 100 đến 125 m ở trong mẫu gốm trung bình bằng

1/3 tổng lượng mẫu (Bảng 2.9).

Bảng 2.9. Khảo sát lượng mẫu tách theo độ hạt (g)

TT Tổng > 125 µm 98-125 µm <98 µm Thất thoát

1 12,5 1,3 3,8 7,1 0,3

2 12,7 1,5 3,8 6,8 0,6

3 13,1 1,3 4,3 7,3 0,2

4 12,5 1,4 3,5 7,2 0,4

5 12,7 1,1 3,7 7,4 0,5

6 13,2 1,2 3,9 7,8 0,3

8 12,3 1,2 3,8 6,9 0,4

9 12,7 1,3 3,7 7,2 0,5

10 13,1 1,4 3,7 7,4 0,6

Bảng 2.9 cho thấy lượng hạt gốm có kích thước từ 98 - 125 µm thu được từ mẫu

gốm (được phân loại trong khảo cổ học là gốm thô có pha lẫn cát sạn), qua quá trình

xử lý chiếm khoảng 30% tổng lượng mẫu (Hình 2.23).

Hình 2.23. Biểu đồ phân bố độ hạt qua quá trình gia công xử lý mẫu đo tuổi

Quá trình xử lý bóc mòn mẫu thạch anh bằng axit flohydric (HF) nêu trên cũng

làm giảm liều bức xạ bêta và alpha trong mẫu. Theo đánh giá chung của các phòng

thí nghiệm đo tuổi nhiệt huỳnh quang [18, 33, 82] thì khi bị bóc bỏ mất 5µm lớp vỏ

ngoài, tác động gây liều của bức xạ alpha lên mẫu hạt thạch anh gần như không còn

đáng kể và có thể bỏ qua, và tác động gây liều của bức xạ bêta lên mẫu hạt thạch anh

còn khoảng 90%.

Lượng mẫu bị mất trong quá trình xử lý chủ yếu là các tạp chất hữu cơ như:

dầu, mỡ và các axit humic từ môi trường bên ngoài dính bám vào hạt, loại tạp chất

này sẽ được loại bỏ bằng cách ngâm mẫu trong dung dịch pehydroxyt 90%, nhiệt độ

40 - 500C, thời gian 10 phút.

Với mỗi mẫu gốm đo tuổi, khối lượng mẫu hạt thạch anh thu được sau quá trình

gia công xử lý hóa học này cần đạt khoảng 1000 mg và sẽ được kiểm tra trước khi xử

lý tiếp theo bằng phương pháp quang tinh trên kính hiển vi quang học có độ phóng đại

20 - 50 lần để thấy rằng các mẫu đo tuổi đã sáng, sạch, cỡ hạt tương đối đồng đều và

độ đồng nhất cao. Thông thường, mẫu sau quá trình xử lý này đã chứng tỏ có độ nhạy

nhiệt huỳnh quang cao, phổ bức xạ nhiệt huỳnh quang phản ánh rõ ràng dạng phổ chung

của khoáng thạch anh. Lượng mẫu này sẽ được chia thành 5 phần (mỗi phần đảm bảo

đủ đo lặp ít nhất 6 lần) cho các thí nghiệm tiếp theo như sau:

 1/5 lượng mẫu cho đo bức xạ nhiệt huỳnh quang tự nhiên (N)

 1/5 lượng mẫu dùng để chiếu mức liều bổ sung 5 Gy.

 1/5 lượng mẫu dùng để chiếu mức liều bổ sung 10 Gy.

 1/5 lượng mẫu dùng để chiếu mức liều bổ sung 15 Gy.

 1/5 lượng mẫu dùng để chiếu mức liều bổ sung 25 Gy.

Lượng mẫu sau khi đo bức xạ nhiệt

huỳnh quang liều tự nhiên sẽ được nung

ở 4000C khoảng 2 phút, sau đó được đóng

vào các ống đựng mẫu để chiếu liều bổ

sung với 3 mức là 1 Gy, 2 Gy và 3 Gy.

Các ống đựng mẫu sẽ được gắn vào các

khay chuyên dụng dùng để chiếu liều bổ Hình 2.24. Sơ đồ lắp ống đựng mẫu

sung Hình 2.24. chiếu liều bổ sung trong đo tuổi nhiệt

huỳnh quang

Tóm lại, lượng hạt thạch anh có kích thước từ 98 µm -125 µm cần thiết cho đo

tuổi nhiệt huỳnh quang mẫu gốm phải đóng đủ ít nhất 7 ống, mỗi ống chứa được 140

mg thì phải có ít nhất là 1000 mg. Mỗi phép đo cần được lặp lại ít nhất 5 lần, có nghĩa

là để xác định tuổi một mẫu gốm cổ bằng

kỹ thuật hạt thạch anh thì số lần đo nhiệt

huỳnh quang trên máy khoảng 40 lần tương

ứng là có 40 file số liệu phổ cần phải xử lý.

Để định lượng mẫu theo mỗi lẫn đo,

chúng ta sử dụng hệ thống đong mẫu như

trong Hình 2.25. Hình 2.25. Dụng cụ dùng để định

lượng mẫu đo trong đo tuổi nhiệt

huỳnh quang

2.2.4. Đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang

2.2.4.1. Hệ đo nhiệt huỳnh quang RGD – 3A

Máy đo nhiệt huỳnh quang

RGD – 3A sẽ được sử dụng để đo

tín hiệu nhiệt huỳnh quang của

mẫu sau khi chiếu liều bức xạ hạt

nhân. Trong nghiên cứu này,

chúng tôi sử dụng thiết bị đo tín

hiệu nhiệt huỳnh quang của

Hình 2.26. Máy đo nhiệt huỳnh quang RGD- Phòng thí nghiệm Viện khảo cổ

3A, tại Phòng thí nghiệm Viện khảo cổ học học (Hình 2.26).

Thiết đo nhiệt huỳnh quang cũng có cấu tạo chung tương tự, như những thiết bị

đo bức xạ hạt nhân, điều khác biệt là cần có thiết bị kiểm soát nhiệt độ, lò nung mẫu,

và đường dẫn khí nitơ (Các đặc trưng kỹ thuật, phần mềm điều khiển và xử lý tín hiệu

đo của hệ đo RGD-3A chi tiết ở Phụ lục A và Phụ lục B). Khi đo, tín hiệu nhiệt huỳnh

quang (xung sáng) từ các mẫu hạt thạch anh phát ra khi khay đựng mẫu được nung

nóng nhờ sợi đốt điện sẽ được truyền tới ống nhân quang điện. Trong ống nhân quang

điện, các xung sáng này sẽ được chuyển thành các xung điện. Từ đầu ra của anot, xung

điện này sẽ được khuếch đại và chuyển tới máy đếm xung và bộ xử lý số liệu, sau đó

được chuyển vào máy tính và nhờ phần mềm chuyên dụng được biểu diễn trên màn

hình máy tính. Sơ đồ nguyên lý hệ đo nhiệt huỳnh quang được chỉ trong Hình 2.27.

Hình 2.27. Sơ đồ nguyên lý hệ đo bức xạ nhiệt huỳnh quang

Khi xác định được lượng bức xạ nhiệt huỳnh quang phát ra và so sánh với mẫu

chuẩn thì có thể xác định được giá trị liều bức xạ hạt nhân đã chiếu lên mẫu. Đây

cũng chính là cơ sở của kỹ thuật đo liều bằng nhiệt huỳnh quang trong y học phóng

xạ. Với thiết bị này, chúng ta có thể sử dụng để đo liều cá nhân, đo liều bức xạ hạt

nhân tích lũy trong môi trường với những hình dạng khác nhau của detector nhiệt

huỳnh quang. Bên cạnh đó, thiết bị này còn được sử dụng để nghiên cứu các tính chất

của vật liệu nhiệt huỳnh quang.

Để cải thiện độ chính xác của phép đo, người ta đã sử dụng các Chip vi xử lí để

điều khiển hệ thống cấp nhiệt và xử lí số liệu. Các photon từ detector nhiệt huỳnh

quang được đưa đến ống nhân quang điện với hệ thống quang học phù hợp và chuyển

đổi thành dòng. Độ nhạy quang học của thiết bị có thể được chuẩn với nguồn sáng

chuẩn có cường độ không đổi trong thiết bị. Dòng tín hiệu ánh sáng khi đó được biến

đổi thành tín hiệu xung qua bộ biến đổi 1-F và được đếm và biểu diễn bởi điều khiển

bộ xử lí (Hình 2.28).

Hình 2.28. Sơ đồ khối của hệ đo RGD-3A

Tín hiệu xuất ra ngoài được hiển thị bởi 4 đèn LED và qua hệ dẫn truyền tín

hiệu được đưa vào máy vi tính có cài đặt phần mềm xử lí phổ. Cường độ nhiệt huỳnh

quang, hay tần số của xung, được hiển thị trên màn hình với cả tín hiệu số và tín hiệu

tương tự. Trong hệ thống này, người ta sử dụng buồng lạnh bán dẫn để giữ nhiệt độ

của ống nhân quang điện không đổi, đồng thời để tránh sự nhiễu do nhiệt gây ra và

giữ sự ổn định hiệu suất ghi của thiết bị.

2.2.4.4. Xây dựng cấu hình phép đo

Thiết lập chế độ đo là một khâu rất quan trọng trong khi đo tín hiệu nhiệt huỳnh

quang phát ra từ các vật liệu. Thông thường, chế độ đo được thiết lập dựa trên các

khuyến cáo của nhà sản xuất và tùy vào từng loại vật liệu. Trong phạm vi của luận án

này, loại vật liệu được sử dụng là hạt thạch anh nên chế độ đo được thiết lập với các

thông số như sau:

 T1= 250 (Nhiệt độ nung đầu là 2500C).

 T2= 400 (Nhiệt độ nung sau là 4000C).

 D = 2 (Khoảng đo từ 0,1- 99,99 Gy).

 0C/s=15 (Tốc độ tăng nhiệt là 150C/s).

2.2.4.5. Phổ bức xạ nhiệt huỳnh quang mẫu hạt thạch anh

Phổ bức xạ nhiệt huỳnh quang từ mẫu thạch anh trong đồ gốm thu được trên

máy đo RGD-3A có dạng trên Hình 2.29.

Hình 2.29. Phổ nhiệt huỳnh quang mẫu thạch anh trong đồ gốm theo kênh đo

Trong Hình 2.29 các đường phía trên là tín hiệu nhiệt huỳnh quang của mẫu

tự nhiên có chiếu thêm liều phóng xạ nhân tạo tương ứng với các giá trị liều là

Dn+5, Dn+10, Dn+15 và Dn+20; đường Dn là bức xạ nhiệt huỳnh quang mẫu tự

nhiên, đường D0 là bức xạ nhiệt huỳnh quang từ mẫu đã qua xử lý nhiệt >4000C,

đường thẳng màu đỏ biểu diễn biến đổi của nhiệt độ nung trên khay đốt.

Thực hiện phép chuyển đổi phổ bức xạ nhiệt huỳnh quang của mẫu thạch anh

trên từ biểu diễn theo chỉ số kênh đo sang biểu diễn theo chỉ số nhiệt độ nung có

biểu diễn như Hình 2.30.

Hình 2.30. Phổ nhiệt huỳnh quang mẫu thạch anh theo nhiệt độ

Trong Hình 2.30 các đường cong có ký hiệu Dn+k là biểu diễn nhiệt huỳnh

quang của mẫu thạch anh tự nhiên đã có chiếu thêm liều nhân tạo, đường có ký hiệu

Dn là biểu diễn nhiệt huỳnh quang của mẫu thạch anh tự nhiên được tích lũy tự nhiên

trong quá trình bị vùi lấp và đường có ký hiệu D0 là tín hiệu nhiệt huỳnh quang

“phông” (tức là mẫu thạch anh đã được nung 4000C trong thời gian 2 phút), đây cũng

chính là phông của tín hiệu nhiệt huỳnh quang.

2.2.4.6. Kiểm tra plateau

Trong thực hành phân tích xác định tuổi mẫu gốm cổ, do hiệu ứng tẩy quang

học “Bleaching” của vật liệu nhiệt huỳnh quang, nên thường diễn ra sự thất thoát

đáng kể các tín hiệu nhiệt huỳnh quang ở vùng năng lượng thấp. Do vậy, để nâng cao

độ chính xác của kết quả đo, chúng ta không lấy hết tín hiệu nhiệt huỳnh quang của

cả dải đo được mà cần lấy trong dải đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang có độ ổn định.

Công tác kiểm tra xác định khoảng năng lượng có tín hiệu nhiệt huỳnh quang ổn định

được gọi là “Test Plataeu”.

Kiểm tra plateau của mẫu đo tuổi được thực hiện bằng cách xây dựng đường

tương quan giữa lượng bức xạ nhiệt huỳnh quang thu theo các cửa sổ đọc khác nhau

với những giá trị liều chiếu xạ tương ứng, từ đó sẽ tìm được khoảng đo tối ưu cho

tương quan giữa lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang và liều chiếu là ổn định nhất.

Thí nghiệm với mẫu hạt thạch anh với hệ số tỷ lệ R là 0,47 thì plateau tương

ứng sẽ từ kênh 315-4000C (Hình 2.31).

Hình 2.31. “Test plateau” mẫu hạt thạch anh trên máy RGD-3A

Trên Hình 2.31 cho thấy phổ TL của những mẫu được chiếu thêm liều có đỉnh

phổ ở khoảng 1100C và dải nền kéo sang khoảng 2000C trong khi đó ở mẫu tự nhiên

(ký hiệu Dnat) không có. Hiện tượng này là do bức xạ nhiệt huỳnh quang ở vùng nhiệt

độ thấp đã bị giải phóng hết trong quá trình tồn tại của mẫu. Các mẫu khác là đã được

đo luôn sau khi chiếu thêm liều phóng xạ. Do đó, khi xử lý số liệu nhiệt huỳnh quang,

chúng ta cần loại bỏ sai số do hiện tượng này gây ra. Kiểm tra plataeu “Test Plataeu”

nghĩa là cần lựa chọn khoảng tính liều tương đương trên phổ nhiệt huỳnh quang có

khả năng ít bị thay đổi nhất (trên Hình 2.31 chính là đường có giá trị R=0,47).

2.2.5. Xác định liều tích lũy trong mẫu

2.2.5.1. Xác định liều tương đương “Q”

Từ những số liệu đo cường độ bức xạ nhiệt huỳnh quang phát ra trong mẫu theo

cửa sổ đo đã được lựa chọn và biểu diễn chúng theo các giá trị liều chiếu tương ứng.

Sau đó, sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu sẽ thu được hàm tương quan

tuyến tính phản ánh mối tương quan giữa những thay đổi của lượng bức xạ nhiệt

huỳnh quang phát ra khi lượng liều bức xạ ion hóa tác động lên mẫu thay đổi [34,

62]. Căn cứ vào phương trình tương quan tuyến tính này sẽ xác định được giá trị liều

tương đương “Q”, như chỉ trên Hình 2.32.

Hình 2.32. Đường hồi qui tuyến tính xác định liều tương đưong “Q”

Trong Hình 2.32 trục tung biểu diễn lượng bức xạ nhiệt huỳnh quang ghi được

tương ứng với các mức liều chiếu. Trục hoành biểu diễn các giá trị liều chiếu (cụ thể

là: Dnat; Dnat + 5 Gy; Dnat + 10 Gy; Dnat + 15 Gy; Dnat + 20 Gy).

Phương trình hồi quy tuyến tính nhận được là: y = 210x + 700 với hệ số tương

quan R2 = 0,9757

Liều tương đương “Q” là giá trị của một liều chiếu xạ nhân tạo nào đó mà nó

cho lượng bức xạ nhiệt huỳnh quang phát ra tương đương với lượng bức xạ nhiệt

huỳnh quang tự nhiên đã ghi được. Do đó, trên đường bình phương tối thiểu trên Hình

2.32 được xác định bằng cách ngoại suy tuyến tính, và giao điểm của nó với trục

ngang cho biết giá trị của liều tương đương “Q” (trong ví dụ này là 3,33Gy).

2.2.5.2. Xác định liều hiệu chỉnh “I”

Liều hiệu chỉnh “I” là một giá trị liều nào đó cần được cho thêm vào liều tương

đương để bù cho sự tăng không tuyến tính của bức xạ nhiệt huỳnh quang khi mẫu

được chiếu ở mức liều thấp (thường là ở khoảng bắt đầu của quá trình tích lũy). Để

xây dựng đường hiệu chỉnh “I”, trước tiên cần rửa nhiệt các mẫu đo ở nhiệt độ 400 

50C trong khoảng 5 phút, sau đó chiếu mẫu đo trên nguồn phóng xạ gamma nhân tạo

(60Co) với các mức liều chiếu là: 1Gy, 2Gy và 3Gy. Biểu diễn lượng tín hiệu nhiệt

huỳnh quang thu được theo các mức liều chiếu tương đương như Hình 2.33.

Hình 2.33. Đường tương quan tuyến tính xác định giá trị hiệu chỉnh “I”

Từ đường tương quan tuyến tính giữa lượng tín hiệu nhiệt huỳnh quang thu

được và các mức liều chiếu tương ứng, nơi giao cắt của đường này với trục hoành

cho ta giá trị liều hiệu chỉnh “I” (trên hình 2.33 giá trị liều hiệu chỉnh I = 0,41 Gy).

Tổng liều tích lũy “D” được hiểu như là tổng liều bức xạ ion hóa đã tác động

lên các mẫu thạch anh bao thể đang được sử dụng để đo tuổi nhiệt huỳnh quang. Giá

trị của nó được xác định bằng công thức:

D = Q + I (2.46)

Theo ví dụ nêu trên, ta có D = 3,33 + 0,41 = 3,74 Gy.

2.2.6. Xác định suất liều chiếu hằng năm lên mẫu (D0)

Đến nay, có nhiều kỹ thuật khác nhau để xác định suất liều bức xạ hạt nhân hằng

năm chiếu lên mẫu, như: sử dụng các liều kế nhiệt huỳnh quang (TLD) dạng

LiF(Mg,Cu,P) hay CaSO4(Dy)...đo trực tiếp ngay tại hiện trường. Song, đây là những

kỹ thuật khá phức tạp và đòi hỏi khoảng thời gian tích lũy khá lâu [71, 72]. Do vậy,

trong nghiên cứu này, Luận án lựa chọn giải pháp Xác định suất liều bức xạ hạt nhân

chiếu hằng năm lên mẫu theo cách đo hoạt độ phóng xạ. Nội dung như sau:

Ngay tại hiện trường, giá trị hàm lượng các nguyên tố phóng xạ U, Th và K

trong đất đá bao quanh vị trí đã lấy mẫu gốm được xác định ngay bằng phổ kế gamma.

Sau đó, từ các số liệu hàm lượng nguyên tố U, Th, K này, theo phương trình Aitken

(1985) sẽ xác định được suất liều bức xạ hạt nhân hằng năm chiếu lên mẫu. Ngoài ra,

giá trị hàm lượng các nguyên tố U, Th, K cũng có thể được xác định bằng cách lấy

mẫu về phòng thí nghiệm phân tích,...Ở nước ta, cũng đã có một số công trình nghiên

cứu triển khai ứng dụng giải pháp này [62, 67, 71]. Theo đó, với các kết quả xác định

hàm lượng U, Th, K trong đất đá như được trình bày trong Bảng 2.10

Bảng 2.10. Hàm lượng các nguyên tố U, Th, K trong mẫu đất [70, 71]

Mẫu phân tích Kali (%) Uran (pp.m) Thori (pp.m)

KT.01 1,20 2,30 6,60

KT.02 1,20 1,70 11,40

KT.03 1,30 3,80 11,50

KT.04 2,00 10,10 16,60

KT.05 1,20 2,50 24,40

Theo nghiên cứu của Aitken (1985), khi hàm lượng các nguyên tố phóng xạ

trong môi trường đất đá là: Kali: 1%; Uran: 1ppm và Thori: 1ppm thì có các kết quả

giá trị liều bức xạ hạt nhân lên mẫu nhiệt huỳnh quang như sau (Bảng 2.11).

Bảng 2.11. Liều chiếu gây bởi các nguyên tố U, Th, K (Gy/năm) [33, 34]

Bức xạ bêta Bức xạ gamma Nguyên tố

Kali Bức xạ alpha 830,0 244,0

Thori: Tổng cộng 738,0 28,6 51,4

Trước Thoron 308,0 10,3 20,8

Uran: toàn bộ Trước Radon 2779,0 1260,0 146,1 61,0 114,9 5,6

Từ đó, chúng ta có phương trình xác định liều bức xạ hạt nhân lên mẫu nhiệt

huỳnh quang theo hàm lượng các nguyên tố U, Th, K có trong đất đá bao quanh mẫu

như sau:

(2.47) D =   aij Qi.Dj

trong đó: D – Tổng liều bức xạ ion hóa hằng năm (Gy/năm).

Qi – Giá trị hàm lượng các nguyên tố; % với K và ppm với U, Th.

Dj – Giá trị suất liều bức xạ tính theo từng loại bức xạ (Gy/năm).

aij – Chỉ số tác dụng bức xạ ion hóa tương ứng theo Bảng (2.10) trên.

Áp dụng biểu thức trên cho các giá trị hàm lượng các nguyên tố phóng xạ U,

Th, K như nêu trong Bảng 2.10 thu được giá trị suất liều bức xạ ion hóa hằng năm

lên mẫu gốm cổ tại những vị trí khảo sát, kết quả được trình bày trong Bảng 2.12.

Bảng 2.12. Suất liều hằng năm tác động lên mẫu gốm (Gy/năm)

Đối tượng khảo sát Tia alpha Tia bêta Tia gamma Tổng

KT.01: Toàn chuỗi phân rã 11262,5 1520,8 896,3 13154,8

Trước Radon 2898,0 140,3 12,9 2910,9

Trước Thoron 2032,0 68,0 137,3 2170,1

KT.02: Toàn chuỗi phân rã 13137,5 1570,4 1074,1 15207,6

Trước Radon 2142,0 103,7 9,5 2151,5

Trước Thoron 3511,2 117,42 237,1 748,3

KT.03: Toàn chuỗi phân rã 19047,2 1963,1 1344,9 21471,1

Trước Radon 4788,0 231,8 21,3 4809,3

Trước Thoron 3542,0 118,5 239,2 3781,2

KT.04: Toàn chuỗi phân rã 40318,7 3610,4 2501,7 44480,4

Trước Radon 12726,0 616,1 56,6 13104,0

Trước Thoron 5112,8 171,0 345,3 5458,1

KT.05: Toàn chuỗi phân rã 24954,7 2059,1 1834,2 27784,9

Trước Radon 3150,0 152,5 14,0 3164,0

Trước Thoron 7515,2 251,3 507,5 8022,72

Kết quả trên cho thấy mức đóng góp vào giá trị tổng cộng của liều bức xạ hạt

nhân lên vật liệu nhiệt huỳnh quang theo từng loại bức xạ là khác nhau. Cụ thể là:

 Bức xạ alpha chiếm chủ yếu, khoảng từ 82  87%,

 Bức xạ bêta từ 7  11%,

 Bức xạ gamma thấp nhất, khoảng từ 5 7%.

Bảng trên cũng cho thấy, hiện tượng xạ khí cũng làm thay đổi đáng kể giá trị

liều bức xạ hạt nhân chiếu lên vật liệu nhiệt huỳnh quang, Trong đó, khi bị mất hoàn

toàn Radon và Thoron cùng các sản phẩm con cháu của chúng thì giá trị liều bức xạ

hạt nhân chỉ còn lại cỡ 10 đến 30% so với giá trị liều bức xạ tổng cộng.

2.2.7. Xác định độ ẩm môi trường, mẫu gốm

Sự có mặt của các phần tử nước trong đồ gốm cũng như trong môi trường đất

đá bao quanh làm giảm đáng kể tác động của tia bức xạ tới vật liệu nhiệt huỳnh quang.

Do vậy, để nâng cao độ chính xác cho kết quả đo tuổi cần chú trọng hiệu chỉnh ảnh

hưởng của độ ẩm đến giá trị suất liều chiếu hằng năm lên mẫu. Để xác định độ ẩm

của mẫu gốm và mẫu đất, cách đơn giản nhất là lấy mẫu về phòng thí nghiệm và đo

theo phương pháp cân tỷ trọng truyền thống.

Do vậy, ngay ngoài hiện trường mẫu cần phải được lấy tại hố khai quật và bảo

quản kín trong các túi nilon để nước trong mẫu không bị bay hơi đi, cũng như hút

thêm nước từ ngoài vào. Trong phòng thí nghiệm, độ ẩm của mẫu gốm cũng như mẫu

đất sẽ được xác định theo quy trình phân tích chung về nghiên cứu các đặc tính cơ lý

của đất đá [24, 36]. Theo đó, độ ẩm của mẫu sẽ được xác định qua các kết quả đo

khối lượng và tính theo công thức:

𝑊𝑓−𝑊𝑑 𝑊𝑑

(2.48) 𝑊 = 𝑥100%

trong đó: Wf là khối lượng của mẫu ướt, chưa được làm khô; Wd khối lượng của mẫu

đã được làm khô;

2.2.6.1. Hiệu chỉnh suất liều bức xạ ion hóa theo độ ẩm

Từ giá trị độ ẩm xác định được theo công thức (2.48) và giá trị suất liều bức xạ

ion hóa xác định được đối với mẫu khô, tính được giá trị suất liều thực tế cho mỗi

loại bức xạ ion hóa theo các công thức sau:

𝐷𝛼,𝑑𝑟𝑦 1+1,50𝑊𝐹

(2.49) 𝐷𝛼 =

𝐷,𝑑𝑟𝑦 1+1,25𝑊𝐹

(2.50) 𝐷 =

𝐷𝛾,𝑑𝑟𝑦 1+1,14𝑊𝑡𝐹

(2.51) 𝐷𝛾 =

trong đó: F là hệ số hiệu chỉnh liên quan tới độ giữ nước bão hòa của mẫu mà theo

Aitken M.J. nó thường được chấp nhận với giá trị phổ biến là: 0,8  0,2 [33, 83].

Trong các phương trình trên có một chú ý là: Phép hiệu chỉnh với các tia alpha

và bêta cần tính theo giá trị độ ẩm của mẫu gốm, còn với tia gamma thì cần tính theo

giá trị độ ẩm của mẫu đất đá vây quanh [33, 101].

2.2.6.2. Đánh giá kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang

Công tác kiểm tra và đánh giá kết quả phân tích xác định tuổi được thực hiện

theo mô hình sau (Hình 2.34).

Hình 2.34. Mô hình kiểm tra đánh giá kết quả phân tích xác định tuổi

Theo đó, sai số của phép đo tuổi nhiệt huỳnh quang được đánh giá thông qua

hai dạng sai số cơ bản là: Sai số tuyệt đối và sai số tương đối.

∆𝐷

+) Sai số tuyệt đối của phương pháp (A) được xác định theo công thức:

𝐷0

𝐷.∆𝐷0 𝐷0.𝐷0

(2.52) ∆𝐴 = +

trong đó: D0 là ký hiệu cho suất liều chiếu hằng năm và được tính theo công thức:

(2.53) D0 = 0,9.D + D + DC

từ đó có sai số D0 = 0,9D + D + DC; giá trị sai số (P) được xác định theo

công thức D = Q + I; các giá trị Q và I được xác định theo độ lệch bình phương

trung bình qua 5 lần đo lặp lại bức xạ nhiệt huỳnh quang trên cùng một mẫu đo.

∆𝐴

+) Sai số tương đối của phương pháp (A) được xác định theo công thức:

𝐴

(2.54) 𝐴 = . 100%

trong đó: A là giá trị tuổi nhiệt huỳnh quang xác định được; A là sai số tuyệt đối

của kết quả đo tuổi xác định theo công thức (2.52).

2.2.6.3. Sai số cho phép của phép đo

Sai số cho phép của phép đo tuổi được đánh giá thông qua độ lặp lại của các kết

√

∑(𝑋𝑚1−𝑋𝑚2)2

quả phân tích và nó được đánh giá theo công thức:

𝛿𝑋 =

. 100%

(𝑋𝑚1+𝑋𝑚2)

1 2𝑚−1 1 2𝑚

(2.55)

trong đó: Xm1 và Xm2 tương ứng là những kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang trên cùng

một mẫu ở lần phân tích thứ nhất và và lần phân tích thứ hai; m là số lượng mẫu tham

gia phân tích kiểm tra. Thông thường số mẫu phân tích kiểm tra phải đạt trên 10%

tổng số lượng mẫu đã phân tích.

Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm nhận được từ nghiên cứu đề tài, trong giai

đoạn áp dụng thử nghiệm phương pháp, chúng tôi đề xuất sai số cho phép của phép

đo tuổi nhiệt huỳnh quang mẫu gốm cổ theo kỹ thuật thạch anh bao thể thực hiện trên

máy đo RGD-3A tại phòng thí nghiệm Viện Khảo cổ học là  10%.

Sau này, khi có các thiết bị phân tích tốt hơn và kỹ năng làm việc của những

người tham gia phân tích thành thạo hơn, sai số cho phép của phép đo có thể sẽ được

giảm xuống thấp hơn.

2.3. ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP TUỔI 14C VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO

TUỔI NHIỆT HUỲNH QUANG

2.3.1. Về phương pháp đo 14C bằng nhấp nháy lỏng

Phương pháp có khả năng xác định tuổi có độ tin cậy cao, có khả năng thực

hiện ở Việt Nam và dễ dàng kiểm chứng bằng cách đo lặp từ nhiều phòng thí nghiệm

khác nhau.

Phương pháp này chỉ có thể đo được khoảng tuổi của các sinh vật kể từ khi

ngừng trao đổi chất sinh học (tức là tại thời điểm chết) đến nay.

Với thiết bị nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770 TR/SL, chúng ta có thể đo tuổi của

các mẫu trong khoảng từ 50.000 năm đến 100 năm cách ngày nay.

Vật liệu phù hợp cho đo tuổi carbon phóng xạ là các vật liệu có chứa nguyên tố

carbon (gỗ, than, vải, giấy, san hô, vỏ sò ốc...)

Có khả năng chuyển đổi tin cậy số liệu đo tuổi bằng phương pháp này thành kết

quả niên đại vòng sinh trưởng thực vật (dendro chrnology).

2.3.2. Về phương pháp đo tuổi nhiệt huỳnh quang từ thạch anh hạt thô

Phương pháp có khả năng xác định tuổi có độ tin cậy cao, có khả năng thực hiện

ở Việt Nam và dễ dàng kiểm chứng từ nhiều phòng thí nghiệm khác nhau.

Phương pháp chỉ có khả năng xác định tuổi mẫu vật kể từ lần bị nung nóng trên

5000C cuối cùng đến nay và với liều chiếu hằng năm không thay đổi.

Khoảng niên đại có thể xác định của phương pháp từ vài chục năm đến khoảng

500 000 năm trở lại đây.

Vật liệu phù hợp cho đo tuổi nhiệt huỳnh quang là các loại các mẫu vật vô cơ

có chứa các hạt khoáng huỳnh quang (quartz, fenspat, ziriconi…).

Phương pháp này đặc biệt hiệu quả với nhu cầu xác định tính chân thật của các

hiện vật gốm sứ.

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Trên cơ sở nghiên cứu tổng hợp các vấn đề lý thuyết và thực tiễn, chương 2 đã

định hình các giải pháp công nghệ sử dụng trong đo tuổi carbon phóng xạ và nhiệt

huỳnh quang tại phòng thí nghiệm của đề tài. Các kết quả nghiên cứu có thể tóm lược

như sau:

Sử dụng kỹ thuật tổng hợp benzen các mẫu đo tuổi các thành phần hữu cơ, trên

hệ thống TASK BENZENE SYNTHESISER và đo máy đo nhấp nháy lỏng Tri-carb

2770TR/SL theo chế độ đo siêu thấp (Ultra Low Level Counting) là giải pháp phù

hợp đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu của đề tài và nhu cầu kinh phí trong nước.

Sử dụng kỹ thuật nhiệt huỳnh quang thạch anh hạt thô, trong đó bao gồm: Lựa

chọn các hạt thạch anh có kích thước từ 98 µm đến 125 µm làm vật liệu đo nhiệt

huỳnh quang; Sử dụng các thiết bi đo hàm lượng các nguyên tố phóng xạ U, Th, K

trong đất đá để xác định các giá trị liều bức xạ hạt nhân hằng năm do các tia phóng

xạ bêta (D), tia gamma (D) và tia vũ trụ (DC) gây ra trên mẫu nhiệt huỳnh quang;

Sử dụng phương pháp bổ sung liều chiếu để xác định giá trị liều tích lũy (Paleodose)

có trong vật liệu nhiệt huỳnh quang thông qua xác định giá trị liều tương đương (Q)

và liều hiệu chỉnh (I) là giải pháp phù hợp với tình hình thiết bị hiện có trong nước

và đáp ứng yếu cầu khoa học của đề tài.

Nghiên cứu triển khai ứng dụng thành công hai phương pháp trên ở Việt Nam

không những là sự thành công của Luận án mà còn góp phần nâng cao hiệu quả ứng

dụng các phương pháp vật lý hạt nhân trong các ngành kinh tế quốc dân và nghiên

cứu khoa học của đất nước.

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

3.1. ĐO ĐỐI SÁNH HAI PHƯƠNG PHÁP

3.1.1. Lựa chọn mẫu đo

3.1.1.1. Yêu cầu về mẫu

Các mảnh gốm trong mẫu thu lượm được cần tương đối đồng nhất và tiêu biểu

cho một giai đoạn văn hóa.

Loại hình mẫu phải có chứa đồng thời chất hữu cơ (than bùn, vụn thực vật..)

để đo tuổi carbon phóng xạ và các hạt khoáng nhiệt huỳnh quang (thạch anh, can

xít...) để đo tuổi nhiệt huỳnh quang.

Lượng mẫu sử dụng phải đủ lớn để có thể vừa đáp ứng nhu cầu đo tuổi bằng

phương pháp carbon phóng xạ, vừa đáp ứng nhu cầu đo tuổi bằng phương pháp

nhiệt huỳnh quang.

3.1.1.2. Yêu cầu về niên đại

Để nâng cao độ tin cậy, các mẫu nghiên cứu cần có thể được xếp thành từng

nhóm, mỗi nhóm có khoảng niên đại tương đối xa nhau và tương ứng với một giai

đoạn văn hóa hay thời thời kỳ địa chất nào đó.

Theo điều kiện của phòng thí nghiệm, trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn

phân tích so sánh các mẫu ở 3 địa điểm khảo cổ với các khoảng niên đại dự đoán là:

+ Khu di tích Tháp bà Ponaga ở Nha Trang (Khánh Hòa) có niên đại xây dựng

ở khoảng thế kỷ 10-13AD [19, 25].

+ Khu di tích Gò Tháp ở Đồng Tháp (Tháp Mười) có niên đại mở đầu ở

khoảng thế kỷ 1-4AD [36, 60, 62]

+ Di tích khảo cổ học Xóm Rền ở xã Gia Thanh, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú

Thọ có niên đại khoảng 3500 năm cách nay [25, 71].

3.1.1.3. Mô tả mẫu

Để thực hiện so sánh kết quả xác định niên đại bằng phương pháp carbon phóng

xạ và xác định niên đại bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang, chúng tôi đã lựa chọn

tìm kiếm những mẫu gạch và mảnh gốm cổ đã được làm bằng cách trộn đất sét với

cát sạn và vụn thực vật hay vỏ trấu. Loại mẫu này thường được nung đốt ngoài trời

nên có nhiệt độ không cao, không quá 8500C [19, 60, 93]. Nhờ đó, mà trên các vết vỡ

gốm vẫn quan sát được tàn tích của vụn thực vật và các hạt sạn cát, còn ở các mẫu

gạch bên trong lõi vẫn còn màu xám đen dấu tích còn lại của các chất hữu cơ chưa

cháy hết. Mô tả các mẫu cho thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.1.

Bảng 3.1. Danh sách mẫu đo đối sánh hai phương pháp

TT Mẫu đo Mô tả

Mẫu là những mảnh gạch vỡ, nằm ở phần chân móng phía

đông của Tháp Bà Ponagar ở Nha Trang (Khánh Hòa) được

các thợ phục chế tháo rỡ bỏ khi cần phải thay viên gạch

1 18.TB.M01 mới. Phần vỏ ngoài màu hồng nhạt, giữa lõi có màu than

đen của vụn thực vật cháy dở. Gạch xốp nhẹ, dễ bở rời, vết

vỡ không sắc cạnh nổi rõ các hạt cát sạn.Tháp này được

đánh giá có niên đại xây dựng vào khoảng thế kỷ X-XIII.

Mẫu này tương tự như mẫu 18.TB.M01 và được dùng để 2 18.TB.M02 kiểm tra độ ốn định của phương pháp

Mẫu là những gốm, thô, dày, kết khối yếu, dễ bở vụn, vết

vỡ không sắc cạnh nổi rõ các hạt cát sạn và vụn thực vật.

Áo gốm có nhiều màu sắc khác nhau: Hồng nhạt; cam sậm,

3 18.GT.M01 xám vàng; xám đen…Gốm được làm theo kỹ thuật phối

trộn đất sét với sạn cát và vụn thực vật, và nung ở nhiệt độ

<8500C. Lấy tại hố đào trong khu di tích Gò Tháp, có niên

đại vào khoảng thế kỷ I-IV.

Mẫu này tương tự như mẫu 18.GT.M01 dùng để kiểm tra 4 18.GT.M02 độ ốn định của phương pháp

Mâu gồm những gốm thô, dày, kết khối yếu, dễ bở vụn, vết

vỡ không sắc cạnh nổi rõ các hạt cát sạn và vụn thực vật.

Áo gốm có nhiều màu sắc khác nhau: Hồng nhạt; nâu hồng,

5 18.XR.KTC …Gốm được làm theo kỹ thuật phối trộn đất sét với sạn cát

và vụn thực vật, và nung ở nhiệt độ <8500C. Lấy tại khu di

tích Xóm Rền, Phú Thọ, có niên đại vào khoảng 4000-3500

năm BP.

Hình ảnh thực tế các mẫu gốm cổ dùng đo tuổi nhiệt huỳnh quang và carbon

phóng xạ được chỉ trong các Hình 3.1

H.3.1a. Mẫu 18.TB.M01 và M02 H.3.1b. Mẫu 18.GT.M01

H.3.1c. Mẫu 18. GT.M02 H.3.1d. Mẫu 18.XR.KTC

Hình 3.1. Các mẫu sử dụng thí nghiệm so sánh 2 phương pháp

3.1.2. Xác định tuổi bằng phương pháp carbon phóng xạ

3.1.2.1. Gia công mẫu

Thành phần chất hữu cơ trong mẫu gốm, bao gồm: vụn thực vật, vụn than cháy

dở… được tách ra khỏi mẫu bằng phương pháp nghiền nhỏ và lọc bằng sàng có kích

thước ~1mm.

Sau khi sấy khô ~1100C trong khoảng 2giờ. Mẫu sẽ được đốt liên tục ở nhiệt độ

600oC trong dòng khí oxy tinh khiết, trên hệ thống thiết bị TASK BENZEN

SYNTHESISER. Cho phép đảm bảo lượng hữu cơ có trong mẫu sẽ được đốt cháy

hoàn toàn để chuyển thành lượng khí CO2. Quan sát trên buồng đốt sẽ thấy mẫu đốt

đã chuyển từ màu xám đen trở thành trắng nhạt, thì nghĩa là lượng chất hữu cơ chứa

carbon đã được đốt hết.

Thực nghiệm xác định khối lượng chất hữu cơ có trong các mẫu gốm đo tuổi

được xác định thông qua lượng khí carbonic (CO2) thu được trong hệ TASK

BENZEN sau quá trình đốt cháy mẫu trong dòng khí oxy bão hòa. Kết quả chỉ trong

Bảng 3.2.

Bảng 3.2. Lượng hữu cơ trong mẫu gốm đo tuổi carbon phóng xạ

Khối lượng Chỉ số áp lực Mẫu mẫu đốt (g) trên máy Thể tích lượng khí CO2 thu được (mol)*

18.TB.M01 147 -11” 0,13

18.TB.M02 148 -10” 0,14

18.GT.M01 150 -9” 0,15

18.GT.M02 145 -10” 0,14

18.XR.KTC 130 -15” 0,11

Ghi chú: *Giá trị mol được tính theo bảng tra trên đồ thị thực nghiệm

Kết quả trong Bảng 3.2 cho thấy lượng carbon chứa trong mẫu gốm thường rất

ít (chỉ khoảng 1%) và cũng rất khác nhau theo các loại đồ gốm, do vậy để đo tuổi

carbon phóng xạ mẫu gốm cần lựa chọn mẫu chứa vụn hữu cơ lấy dư ra một chút.

Lượng CO2 thu được sau quá trình đốt sẽ được carbit hóa trong buồng đốt có

kim loại lithium nóng chảy để chuyển thành Lithium carbit (Li2C2).

Sau khi để nguội ở nhiệt độ phòng, Lithium carbit sẽ được thủy phân và tạo ra

khí axêlylen (C2H2).

Khí axêtylen sẽ được chuyển tới buồng xúc tác và nhờ quá trình trime hóa để

trở thành benzen (C6H6) ở dạng lỏng, tinh khiết, không màu.

3.1.2.2. Tạo detector nhấp nháy lỏng

Chuẩn hóa thể tích mẫu đo.

Xác định khối lượng ben zen tổng hợp được và chuyển vào lọ thủy tinh loại kích

thước 7 ml, chuyên sử dụng để đo với máy đo Tri-carb 2770 TR/SL. Bổ sung thêm

vào vial lượng benzen không phóng xạ (non activity) cần thiết để đảm bảo các mẫu

phân tích thí nghiệm có khối lượng tương đương khối lượng mẫu chuẩn là 2,615 g.

Bổ sung 0,5 ml chất nhấp nháy lỏng (PPO + POPOP và napphanel) đã chuẩn bị

sẵn vào lọ thủy tinh đo và lắc đều để tạo thành detector nhấp nháy lỏng.

Để tăng cường khả năng giảm phông nhiễu trong quá trình đo detector nhấp

nháy lỏng có chứa mẫu đo tuổi sẽ được đặt kết hợp với một detector chống phông

hình giếng làm bằng vật liệu BGO. Hoạt độ carbon phóng xạ có trong các mẫu sẽ

được đo trên hệ đo nhấp nháy lỏng Tri-carb 2770 TR/SL tại phòng thí nghiệm. Hình

dạng phổ mẫu đo được chỉ trên Hình 3.2.

Hình 3.2. Phổ bêta của mẫu carbon phóng xạ trên máy đo Tri-carb 2770 TR/SL

Từ giá trị hàm lượng carbon phóng xạ thu được, theo theo công thức (2.5) xác

định giá trị tuổi carbon phóng xạ của mẫu nghiên cứu. Kết quả được trình bày trong

Bảng 3.3.

Bảng 3.3. Kết quả đo tuổi carbon phóng xạ của mẫu gốm nghiên cứu

Hoạt độ 14C Chỉ số Tuổi TT Mẫu đo (dpm/gC) (δ13C) (năm BP)*

1 18.GT.M01 -25%o 10,466  0,153 2080  120

2 18.GT.M02 -25%o 10,598  0,169 1980  130

3 18.TB.M01 -25%o 11,377  0,152 1410  120

4 18.TB.M02 -25%o 11,563  0,169 1280  130

5 18.XR.KTC -25%o 8,684  0,160 3580  150

Ghi chú: *Tuổi được tính theo giá trị T1/2 truyền thống là 5570 ± 30 năm

3.1.3. Xác định tuổi bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang

3.1.3.1. Gia công mẫu

Toàn bộ quá trình xử lý mẫu, được làm trong buồng kín, dưới ánh sáng hồng

ngoại. Các mảnh mẫu gốm có độ dày > 1 cm, được mài bỏ phần 2 mm bao ngoài. Sau

đó được nghiền nhỏ cẩn thận (chú ý không làm vỡ các hạt khoáng có trong mẫu gốm

nghiên cứu). Sau đó, sử dụng hệ thống sàng có ô lưới thích hợp ta tách được các hạt

khoáng có kích thước từ 100 - 200 µm.

Các hạt khoáng có kích thước thích hợp (100 - 200 µm) sẽ được làm sạch trong

bình siêu âm và bằng các dung dịch axit cloridric (HCl); flohydric (HF) và chất tẩy

chứa chất khử oxy. Thông thường qua quá trình hóa học này lượng mẫu sẽ bị hao hụt,

do đó cần chuẩn bị lượng mẫu dư ra một chút.

Mẫu sau quá trình xử lý hóa học trên sẽ được làm khô ở nhiệt độ không quá

800C và được đóng đầy vào 5 ống đựng mẫu. Theo nghiên cứu của Luận án, lượng

mẫu hạt thạch anh có kích thước từ 100 -125 µm cần thiết cho đo tuổi nhiệt huỳnh

quang thu được sau quá trình xử lý phải khoảng 2mg.

18.GT.M01 18.GT.M02

18.TB.M01 18.TB.M02

18.XR.KTC

Hình 3.3. Phổ nhiệt huỳnh quang của 5 mẫu đo đối sánh

3.1.3.2. Xác định liều tích lũy trong mẫu

Như đã trình bày ở chương 2, giá trị liều tích lũy (paleodose) có trong các hạt

thạch anh được xác định theo phương pháp bổ sung liều (additional dose). Nghĩa là,

4 trong 5 ống đựng mẫu hạt thạch anh chuẩn bị ở trên sẽ được chiếu với các mức liều

chiếu khác nhau. Tham khảo kết quả nghiên cứu từ các tác giả trước đây [19, 31, 33,

45]. Luận án lựa chọn mức liều chiếu bổ sung cho các mẫu là 2 Gy; 4 Gy; 6 Gy và

10 Gy

Tín hiệu nhiệt huỳnh quang từ các mẫu nghiên cứu sẽ được đo trên hệ đo RGD-

3A tại phòng thí nghiệm viện khảo cổ học. Lượng mẫu đối với mỗi phép đo được

định lượng bằng thiết bị chuyên dụng (Hình 2.25), mỗi phép đo được đo lặp 3 lần và

kết quả sẽ được biểu diễn trên đồ thị tuyến tính.

Mẫu hạt thạch anh sau khi đo nhiệt huỳnh quang, được nung ở 4000C, thời

gian 2 phút, sau đó được

chiếu các mức liều thấp là 1

Gy, 2Gy, 3Gy để xác định

giá trị hiệu chỉnh phi tuyến

dưới (I).

- Giá trị liều tích lũy tương

đương “Q” và liều hiệu

chỉnh phi tuyến dưới “I” sẽ

được xác định bằng phép

ngoại suy tương quan tuyến Hình 3.4. Sơ đồ xác định giá trị liều “Q” và “I” theo

tính (Hình 3.4). Kết quả phương pháp bổ sung liều

được trình bày trong Bảng 3.4.

Bảng 3.4. kết quả xác định liều tích lũy trong mẫu gốm

TT Mẫu Q(Gy) I(Gy) D(Gy)

1 18.GT.M01 1,520 ± 0,055 0,130 ± 0,019 1,650 ± 0,090

2 18.GT.M02 1,460 ± 0,074 0,109 ± 0,032 1,569 ± 0,106

3 18.TB.M01 3,703± 0,180 0,360 ± 0,040 4,063 ± 0,220

4 18.TB.M02 3,350 ± 0,170 0,503 ± 0,045 3,853 ± 0,215

5 18.XR.KTC 8,120 ± 0,430 0,513 ± 0,050 8,633 ± 0,480

3.1.3.3. Xác định suất liều chiếu hằng năm

Suất liều chiếu hằng năm lên mẫu hạt thạch anh đo tuổi được xác định thông

qua phép đo hàm lượng các nguyên tố phóng xạ U, Th, K có trong môi trường đất đá

bao quanh mẫu bằng máy phân tích phổ gamma đa kênh GMP-100 [19, 21]. Kết quả

được chỉ trong Bảng 3.5.

Hiệu chỉnh ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến tương tác của các tia phóng

xạ alpha, bêta và gamma lên hạt thạch anh, được tính theo các công thức (2.45) với

giá trị độ ẩm phổ biến tính chung cho các mẫu là 20%. Kết quả là kα = 1,30; kβ = 1,25

và kβ = 1,23.

Giá trị suất liều hằng năm của tia vũ trụ được tính theo kết quả đo với giá trị

phổ biến không đổi là 175µGy/năm.

Giá trị suất liều chiếu hằng năm lên mẫu hạt thạch anh đo tuổi nhiệt huỳnh quang

theo kỹ thuật hạt thô được tính theo công thức (2.50):

D0 = 0,9. Dβ + Dγ + Dc

trong đó: Dβ; Dγ; Dc lần lượt là liều chiếu của tia bêta, tia gamma và tia vũ trụ. Kết

quả xác định xuất liều chiếu hằng năm cho các mẫu đo được chỉ trong Bảng 3.5.

Bảng 3.5. Kết quả xác định hàm lượng các nguyên tố phóng xạ (U, Th, K)

trong đất đá vây quanh và suất liều chiếu hằng năm trên các mẫu

TT Mẫu U(ppm) Th(ppm) K(%) D0 (mGy/năm)

18.GT.M01 0,87 ± 0,04 2,43 ± 0,15 0,44 ± 0,01 0,834 ± 0,026 1

18.GT.M02 0,90 ± 0,03 2,36 ± 0,10 0,39 ± 0,01 0,803 ± 0,021 2

18.TB.M01 4,41 ± 0,20 16,32 ± 0,37 1,38 ± 0,03 3,242 ± 0,095 3

18.TB.M02 4,39 ± 0,20 16,67 ± 0,45 1,42 ± 0,04 3,324 ± 0,105 4

18.XR.KTC 3,60 ± 0,17 12,42 ± 0,42 1,31 ± 0,06 2,786 ± 0,080 5

3.1.3.4. Xác định tuổi nhiệt huỳnh quang mẫu gốm

Từ các kết quả xác định suất liều chiếu xạ hằng năm D0 ở Bảng 3.4 và liều tích

lũy (D) ở Bảng 3.5, theo công thức (2.44) và (2.50) tính được tuổi nhiệt huỳnh quang

cho các mẫu. Kết quả được chỉ trong Bảng 3.6.

Bảng 3.6. Kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang mẫu đối sánh

D(Gy) Tuổi (năm) D0(mGy/năm) TT Mẫu đo

18.GT.M01 0,834 ± 0,026 1,650 ± 0,091 1 980 ± 170 1

18.GT.M02 0,803 ± 0,021 1,569 ± 0,106 1 950 ± 180 2

18.TB.M01 3,242 ± 0,095 4,063 ± 0,220 1 250 ± 105 3

18.TB.M02 3,324 ± 0,105 3,853 ± 0,215 1 160 ± 100 4

18.XR.KTC 2,786 ± 0,080 8,633 ± 0,480 3 100 ± 260 5

3.1.4. Đánh giá kết quả

Từ những kết quả thu được trong Bảng 3.3 và Bảng 3.6 lập bảng so sánh kết

quả xác định tuổi các mẫu gốm theo hai phương pháp, kết quả nêu trong Bảng 3.7.

Bảng 3.7. Kết quả đo kiểm tra đối sánh với phương pháp carbon phóng xạ

TT Mẫu đo Tuổi theo phương pháp nhiệt huỳnh quang Tuổi theo phương pháp carbon phóng xạ

18.TB.M01 1 250 ± 105 1 1410  120

18.TB.M02 1 160 ± 100 2 1280  130

18.GT.M01 1 980 ± 170 3 2080  120

18.GT.M02 1 950± 180 4 1980  130

18.XR.KTC 3 100 ± 260 5 3580  150

Trong Bảng 3.7 nêu trên, theo quy trình kiểm tra chất lượng phân tích, trình

bày trong Hình 2.34, để kiểm tra đánh giá độ ổn định của phương pháp chúng tôi

đã tiến hành đo lặp hai mẫu là: 18.TB.M01, 18.TB.M02 và 18.GT.M01,

18.GT.M02. Đánh giá kết quả đo theo công thức 2.55 cho sai số tương đối của

phép đo giữa các lần phân tích là:

 Với phương pháp carbon phóng xạ: XC14 = 3.6%

 Với phương pháp nhiệt huỳnh quang: XTL = 5.6%

Kết quả trên cho thấy, sai số tương đối của hai phương pháp đều nằm trong

khoảng sai số cho phép của phòng thí nghiệm là ≤ 10%. Chứng tỏ nghiên cứu của

luận án đã đạt yêu cầu đặt ra cho phương pháp này.

Bảng 3.7 cũng cho thấy cả hai phương pháp đo tuổi nhiệt huỳnh quang và đo

tuổi carbon phóng xạ đều có khả năng xác định tuổi cho các mẫu nghiên cứu. Sai số

khác biệt tương đối về kết quả đo tuổi theo phương pháp 14C và phương pháp nhiệt

huỳnh quang của 5 mẫu trên, tính theo công thức (2.55) là 11,5%.

Ngoài ra, thực hiện đánh giá tương quan kết quả đo tuổi giữa hai phương pháp

này (Hình 3.5). Kết quả cho thấy hàm tương quan tuyến tính giữa hai phương pháp

này có dạng: y = 1.1668 x - 136 với hệ số R2 = 0.9834.

Hình 3.5. Đồ thị đánh giá tương quan kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang

và tuổi bằng phương pháp carbon phóng xạ

Kết quả trên sau khi tiến hành các hiệu chỉnh liên quan tới phép đo tuổi nhiệt

huỳnh quang và phương pháp carbon phóng xạ, trong phạm vi sai số của thực nghiệm

thì hai kết quả thu được trên cùng đối tượng phù hợp nhau.

3.2. XÁC ĐỊNH TUỔI TẠI KHU DI TÍCH HOÀNG THÀNH THĂNG LONG

3.2.1. Xác định tuổi bằng phương pháp carbon phóng xạ

3.2.1.1. Mẫu vật đo tuổi

Trong đợt nghiên cứu này chúng tôi tiến hành thí nghiệm xác định niên đại 03

mẫu gỗ sưu tầm tại các hố khai quật khu di tích Hoàng Thành Thăng Long (Hình 3.6)

còn lưu trữ tại Viện Khảo cổ học. Mẫu được bảo quản tốt, thuộc loại cây thân gỗ khá

rắn chắc, đã được dùng làm cột đỡ chính trong các công trình kiến trúc trước đây. Mô

tả mẫu được chỉ trên các Hình 3.6, 3.7 và Bảng 3.8.

Mẫu 18BĐ.A16.L3 Mẫu 18BĐ.B10.L9

Mẫu 18.TL.A16.L9a Mẫu đang được xử lý để tạo benzen

100

Hình 3.6. Mẫu ở di tích HTTL dùng đo tuổi carbon phóng xạ

Bảng 3.8. Mẫu đo tuổi carbon phóng xạ ở

khu di tích HTTL

TT Mẫu đo Mô tả

Mẫu cây cột gỗ tại 1 18.BĐ.A16.L3 hố A16, lớp 3

Mẫu cây cột gỗ tại 2 18.BĐ.B10.L9 hố B10, lớp 9

Mẫu cây cột gỗ tại 3 18..TL.A16.L9a hố A16, lớp 9a

Hình 3.7. Địa tầng lấy mẫu ở HTTL

3.2.1.2. Kết quả và thảo luận

Các mẫu được xử lý hóa học và đo tuổi carbon phóng xạ theo như quy trình đã

nêu trên. Kết quả xác định tuổi được chỉ tại Bảng 3.9.

Bảng 3.9. Bảng kết quả đo tuổi carbon phóng xạ khu di tích HTTL

Hoạt độ 14C Chỉ số Tuổi TT Mẫu đo (dpm/gC) (δ13C) (năm BP)*

18BĐ.A16.L3 -25%o 1 10,781  0,151 1 130  105

18BĐ.B10.L9 -25%o 2 10,577  0,142 1 270  100

18.TL.A16.L9a -25%o 3 11,606  0,144 1 250  105

Ghi chú: *Tuổi được tính theo giá trị T1/2 truyền thống là 5570 ± 30 năm

So sánh kết quả trên Bảng 3.9 với những kết quả đã được thực hiện trước đây bởi

101

các phòng thí nghiệm khác, hiện vẫn được lưu tại Viện Khảo cổ học (Bảng 3.10).

Bảng 3.10. Kết quả đo tuổi trước đây của các tác giả khác

Số hiệu phòng TT Mẫu đo Chỉ số (δ13C) Tuổi (năm BP)* thí nghiệm đo

02BĐ.A16.L3 HNK-226 -25%o 1220 ± 50 1

02BĐ.B10.L9 HNK-227 -25%o 1290 ± 50 2

3 02.TL.A16.L9a SNU04-061 -25%o 1310 ± 40

Ghi chú: Tuổi được tính theo giá trị T1/2 truyền thống là 5570 ± 30 năm; SNU-

là do phòng thí nghiệm Đại học Seoul đo, HNK-Do phòng thí nghiệm đo trước đây

Kết quả cho thấy đã có sự khá phù hợp giữa hai lần đo đã chứng tỏ nghiên cứu

của luận án đã có độ chính xác tương ứng với các phòng thí nghiệm Viện khảo cổ

học và trường Đại học Seoul, Hàn Quốc đã làm trước đó.

Trong Bảng 3.7 trên, theo quy trình kiểm tra chất lượng phân tích (Hình 2.34),

chúng tôi đã đo lặp hai mẫu để kiểm tra đánh giá độ ổn định của phương pháp là các

mẫu 18.TB.M01, 18.TB.M02 và 18.GT.M01, 18.GT.M02. Đánh giá kết quả đo theo

công thức 2.55 cho sai số tương đối của phép đo giữa các lần phân tích là:

 Với phương pháp carbon phóng xạ: XC14 = 3.6%

 Với phương pháp nhiệt huỳnh quang: XTL = 5.6%

3.2.2. Xác định tuổi bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang

3.2.2.1. Mẫu vật đo tuổi

Trong năm 2018, theo đề nghị của Ban quản lý khu di tích Hoàng thành Thăng

Long, Luận án cũng đã sử dụng phương pháp nhiệt huỳnh quang xác định tuổi cho

một số mẫu gốm cổ thuộc khu di tích Hoàng thành Thăng Long. Các mẫu được nghiên

102

cứu được chỉ trong Hình 3.8.

Mẫu 18.HTTL.M2 Mẫu 18.HTTL.M1

Mẫu 18.HTTL.M3 Địa tầng hố đào lấy mẫu

Hình 3.8. Mẫu ở di tích HTTL dùng đo tuổi nhiệt huỳnh quang

Đặc điểm của các mẫu được chỉ như trong Bảng 3.11.

Bảng 3.11. Mẫu đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại di tích HTTL

TT Mẫu đo Mô tả

1 18.HTTL.M01

103

Mẫu là những mảnh ngói màu hồng nhạt, làm bằng đất sét và cát mịn, thuộc lớp văn hóa thời Lý có niên đại khoảng thế kỷ XI-XIII.

2 18.HTTL.M02 Mẫu là những mảnh gạch màu hồng nhạt, làm bằng đất sét pha cát mịn, thuộc lớp văn hóa thời Trần có

niên đại khoảng thế kỷ XIII-XIV.

Mẫu là mảnh gạch màu hồng nhạt được làm từ đất

3 18.HTTL.M03

sét, pha cát, sạn thuộc lớp văn hóa thời Lê có niên đại khoảng thế kỷ XV-XVII.

Hình 3.9. Đường cong TL thực nghiệm đối với các mẫu nghiên cứu

3.2.1.2. Kết quả và thảo luận

Các mẫu được xử lý hóa học và đo tuổi nhiệt huỳnh quang theo như quy

trình kỹ thuật đã nêu trên. Kết quả xác định tuổi được chỉ tại Bảng 3.12.

Bảng 3.12. Kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang di tích HTTL

D (Gy) Tuổi (năm) D0 (mGy/năm) TT Mẫu đo

18.HTTL.M01 2,574 ± 0,115 2,453 ± 0,130 950 ± 95 1

18.HTTL.M02 2,522 ± 0,124 2,377 ± 0,114 940 ± 90 2

104

18.HTTL.M03 2,570 ± 0,125 2,203 ± 0,125 860 ± 85 3

Hình 3.10. Mẫu gốm đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại Phòng Thí nghiệm

Trường Đại học Bicacco Milano (Italy) [64]

Ngoài ra, thời trước đây, qua chương trình hợp tác nghiên cứu khoa học giữa

Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Trường

Đại học Bicacco Milano (Italy), Viện Khảo cổ học cũng đã có một số mẫu gốm của

khu di tích này được đo tuổi bằng kỹ thuật nhiệt huỳnh quang tại phòng thí nghiệm

của giáo sư Marco Martini (Italy). Mẫu được trình bày trong Hình 3.10 và kết quả

105

phân tích được trình bày trong Bảng 3.13.

Hinh 3.11. Phổ nhiệt huỳnh quang mẫu gốm [64].

Bảng 3.13. Kết quả đo tuổi mẫu gốm từ phòng thí nghiệm Bicocca,

Trường Đại học Milano (Italy) [64].

TT Mẫu đo Số hiệu PTN Tuổi (năm) Ghi chú

1 Mẫu số 1 D2121 Ngói thời Trần 1050  110 AD

2 Mẫu số 2 D2125 Ngói thời Trần 1350  80 AD

3 Mẫu số 3 - - Mẫu không đủ

4 Mẫu số 4 D2120 Gốm thời Lý 1220  100 AD

5 Mẫu số 5 D2123 Gốm Óc Eo 50  150 BC

6 Mẫu số 6 D2124 Gốm Đồng Đậu 1800  250 BC

7 Mẫu số 7 D2122 Gạch Lê-Nguyễn 1450  50 AD

Trong Bảng 3.13 có các mẫu ký hiệu D2120 (Mẫu số 4), D2125 (Mẫu số 2) và

D2122 (Mẫu số 7), có cùng lớp văn hóa với các mẫu mẫu 18.HTTL.M01,

18.HTTL.M02 và 18.HTTL.M03 mà luận án đã làm thí nghiệm dùng để nghiên cứu

106

so sánh. So sánh kết quả đo giữa hai phòng thí nghiệm được trình bày trong Bảng

3.14. Trong đó, các kết quả đo tuổi của luận án đã được chuyển sang thang Công lịch

với giả thiết mốc tính chuyển là năm 2002 (năm khai quật di tích).

Bảng 3.14. So sánh kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang giữa phòng thí nghiệm

Hà Nội và phòng thí nghiệm Milano

Kết quả của luận án Kết quả của PTN Milano TT Ghi chú khảo cổ học Mẫu Tuổi Mẫu Tuổi

1 18.HTTL.M01 1050 ± 95AD D2120 1220±100AD Mẫu gạch thời Lý

2 18.HTTL.M02 1070 ± 95AD D2125 1350 ± 80AD Mẫu gạch thời Trần

3 18.HTTL.M03 1150 ± 95AD D2122 1450 ± 50AD Mẫu gạch thời Lê-Nguyễn

Sử dụng công thức 2.52 đánh giá sai số kết quả đo của luận án và của phòng thí

nghiệm Milano cho chỉ số 𝛿𝑋 = 19,6% . Trong Bảng 3.14 các số liệu niên đại nhiệt

huỳnh quang của chúng tôi sớm hơn một chút so nghiên cứu trước đây của phòng thí

nghiệm Milano và đánh giá của các nhà khảo cổ học. Vấn đề có thể là đã có sự mất

bớt tín hiệu nhiệt huỳnh quang trong các mẫu gốm trong thời gian bảo quản tại phòng

thí nghiệm, vấn đề này cần lưu ý trong các nghiên cứu tiếp sau.

3.3. XÁC ĐỊNH TUỔI TẠI KHU DI TÍCH GÒ THÁP

3.3.1. Xác định tuổi bằng phương pháp carbon phóng xạ

3.3.1.1. Mẫu vật đo tuổi

Khu di tích Gò Tháp là một trong những di tích quốc gia nằm trên địa bàn hai

xã Mỹ Hòa và Tân Kiều, huyện Tháp Mười, tỉnh Đồng Tháp, cách di tích Óc Eo ở

Thoại Sơn (An Giang) khoảng 80km về phía Tây Nam và cụm di tích Angkor Borei

ở Cambodia khoảng 100km về phía Tây Nam. Đó có thể coi là ba cụm di tích văn

hóa Óc Eo quan trọng ở vùng hạ lưu châu thổ sông Mê Kông, khoảng 10 thế kỷ đầu

107

công nguyên và đã có một công trình nghiên cứu niên đại carbon phóng xạ tại khu di

tích này. Trong năm 2018, Luận án cũng đã thực hiện đo tuổi carbon phóng xạ một

số mẫu tại khu di tích này. Mô tả mẫu được chỉ trong Hình 3.12 và Bảng 3.15.

Mẫu 18.GT1.(4). Mẫu 18.GT46(19) D7

Hình 3.12. Mẫu sưu tầm tại di tích Gò Tháp dùng đo tuổi carbon phóng xạ

Bảng 3.15. Mẫu đo tuổi carbon phóng xạ ở khu di tích Gò Tháp

TT Mẫu đo Mô tả

Mẫu gồm các hạt than của loại cây thân gỗ bị đốt 1 18.GTA4.C2 (5) cháy không hoàn toàn, lấy tại độ sâu 1,1-0,80m

Đoạn cọc gỗ của cây thân lớn tại ô số b11, ở độ sâu 2 18.GT-M42(7) b11 2,0-2,3m

3.3.1.2. Kết quả và thảo luận

Các mẫu được xử lý hóa học và đo tuổi carbon phóng xạ theo như quy trình đã

nêu trên. Kết quả xác định tuổi được chỉ tại Bảng 3.16.

Bảng 3.16. Kết quả đo tuổi carbon phóng xạ khu di tích Gò Tháp

Hoạt độ 14C Chỉ số Tuổi TT Mẫu đo (δ13C) (năm BP)* (dpm/gC)

18.GTA4.C2 (5) -25%o 1 10,558  0,159 2 010  125

18.GT-M42(7) b11 -25%o 2 10,919 0,162 1 740  120

108

Ghi chú:* Tuổi được tính theo giá trị T1/2 truyền thống là 5570 ± 30 năm

So sánh kết quả trong Bảng 3.16 trên với những số liệu đo tuổi đã được thực

hiện bởi các tác giả khác, được trình bày trong Bảng 3.17.

Bảng 3.17. Kết quả đo tuổi 14C của các tác giả khác [7, 60, 62]

TT Mẫu đo Chỉ số (δ13C) Tuổi (năm BP)* Phòng thí nghiệm đo

18.GTA4.C2 (5) HNK-145 -25%o 1 840 ± 55 1

18.GT-M42(7) b11 HNK-151 -25%o 1 720 ± 60 2

Sử dụng công thức 2.52 đánh giá sai số kết quả đo của luận án và của các tác

giả khác cho chỉ số 𝛿𝑋 = 13,3%. Kết quả cho thấy đã có sự khá phù hợp giữa hai

lần đo đã chứng tỏ nghiên cứu của luận án đã có giá trị tương ứng với các nghiên cứu

trước đó.

3.3.2. Xác định tuổi bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang

3.3.2.1. Mẫu vật đo tuổi

Trong năm 2018, chúng tôi cũng đã thực hiện phân tích xác định niên đại bằng

phương pháp nhiệt huỳnh quang cho một số mẫu gốm cổ thuộc khu di tích Gò Tháp,

huyện Tháp Mười, tỉnh Đồng Tháp. Các mẫu được nghiên cứu được mô tả trong Hình

3.8 và Bảng 3.16.

Mẫu 18.GTM03. Mẫu 18.GTM04

109

Hình 3.13. Mẫu ở di tích Gò Tháp dùng đo tuổi nhiệt huỳnh quang

Bảng 3.18. Mẫu đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại di tích Gò Tháp

TT Mẫu đo Mô tả

Mẫu là những gốm, thô, dày, kết khối yếu, dễ bở vụn, vết vỡ

không sắc cạnh nổi rõ các hạt cát sạn và vụn thực vật. Áo gốm có nhiều màu sắc khác nhau: Hồng nhạt; cam sậm, xám vàng; 1 18.GT.M03

xám đen…Gốm được làm theo kỹ thuật phối trộn đất sét với sạn cát và vụn thực vật, và nung ở nhiệt độ <8500C. Lấy tại hố đào trong khu di tích Gò Tháp, có niên đại vào khoảng thế kỷ I-IV.

Mẫu là những gốm, thô, dày, kết khối yếu, dễ bở vụn, vết vỡ

không sắc cạnh nổi rõ các hạt cát sạn và vụn thực vật. Áo gốm

có nhiều màu sắc khác nhau: Hồng nhạt; cam sậm, xám vàng; 2 18.GT.M04

Đường cong thực nghiệm đo tuổi nhiệt huỳnh quang đối với 2 mẫu ở Bảng

18.GT.M03

18.GT.M04

3.18 được chỉ trong Hình 3.14

Hình 3.14. Đường cong TL thực nghiệm mẫu 18.GT.M03 và 18.GT.M04

3.3.2.2. Kết quả và thảo luận

Các mẫu được xử lý hóa học và đo tuổi nhiệt huỳnh quang theo như quy trình

110

kỹ thuật đã nêu trên. Kết quả xác định tuổi được chỉ tại Bảng 3.19.

Bảng 3.19. Kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang di tích Gò Tháp

Tuổi TL (năm) D0 (mGy/năm) TT Mẫu đo P(Gy)

1 18.GT.M03 0,807 ± 0,046 1,673 ± 0,082 2 070 ± 220

2 18.GT.M04 0,976 ± 0,048 1,670 ± 0,070 1 710 ± 155

So sánh kết quả thu được trong Bảng 3.19 trên với các kết quả đo tuổi các mẫu gốm

đã được thực hiện trước đây tại khu di tích Gò Tháp [18, 70, 71]. Mẫu phân tích và kết

quả được trình bày trong Hình 3.15 và Bảng 3.20.

TL200624: 1989±107yrBP TL200625: 2100±105yrBP TL200623: 1946±104yrBP

TL200626: 2056±109yrPB TL200628: 2043±108yrBP TL200627: 1954±101yrBP

TL200629: 2057±108yrBP TL200630: 2050±109yrBP

111

Hình 3.15. Ảnh các mảnh gốm ở di tích Gò Tháp được đo tuổi nhiệt huỳnh quang

Bảng 3.20. Kết quả đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại di chỉ Gò Tháp của các tác giả khác

TT Mẫu đo Mô tả Kết quả (năm BP) Số hiệu phòng thí nghiệm

1 02.GT.H1.L4.M1 TL-200623 1946±104 Gốm thô, xương màu xám đen

2 02.GT.H1.L4.M2 TL-200624 1989±107 Gốm mịn, xương màu xám đen

3 02.GT.H1.L4.M3 TL-200625 2100±105 Gốm mịn, màu hồng nhạt

4 02.GT.H1.L4.M4 TL-200626 2056±109 Gốm thô, xương màu xám đen,

5 02.GT.H1.L4.M5 TL-200627 1954±101 Gốm mịn ngoài tô màu đỏ hồng

6 02.GT.H1.L4.1a TL-200628 2043±108 Gốm mịn ngoài có màu hồng

7 02.GT.H1.L4.1b TL-200629 2057±108 Gốm mịn ngoài có màu hồng

8 02.GT.H1.L4.1c TL-200630 2050±109 Gốm mịn ngoài có màu hồng

So sánh kết quả thu được trong Bảng 3.19 và Bảng 3.20 thấy rằng kết quả đo

của luận án cũng nằm trong khoảng niên đại mẫu gốm đã được xác định bởi nhóm

các tác giả trước đây, với sai số 𝛿𝑋 = 17,6%.

Ngoài ra, khi so sánh theo loại hình đồ gốm cổ tương tự tìm thấy ở khu di tích

Angkor Borei (Cambodia). Mà ở đó các nhà nghiên cứu trường đại học Hawai (Mỹ)

cũng đã xác định niên đại bằng phương pháp này (Hình 3.16). Kết quả so sánh cho

thấy đã có sự tương đương, chứng tỏ nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Việt Nam có

112

khả năng giống với kết quả do các phòng thí nghiệm nước ngoài.

Hình 3.16. Các loại hình đồ gốm tương ứng với các giai đoạn ở di

tích Angkor Borei, Cambodia [40, 60, 88]

Kết quả phân tích nêu trên chưa thể là sớm nhất cho các hiện vật gốm thu được

tại di tích Gò Tháp. Đây chỉ là những kết quả nghiên cứu bước đầu, được thực hiện cho

các mẫu gốm lấy tại lớp 4 trong cùng một hố khai quật. Để có kết quả đo tuổi thuyết

phục hơn cần thực hiện phân tích nhiều mẫu hơn và với các địa tầng có thể.

3.4. XÁC ĐỊNH TUỔI Ở BẾN TRE

3.4.1. Mẫu nghiên cứu

Bến Tre là một tỉnh nằm ở cuối nguồn sông Cửu Long, có đường biển dài

khoảng 65 km với hệ thống kênh rạch chằng chịt. Địa hình toàn tỉnh tương đối thấp,

hoạt động của biển luôn có những ảnh hưởng mạnh mẽ đến phát triển kinh tế - xã hội

của địa phương. Cho đến nay vẫn còn có một số quan điểm khác nhau về thời gian

và mức độ dâng cao của mực nước biển trong khu vực Nam Bộ. Việc xác định tuổi

113

tuyệt đối của các lớp trầm tích chứa vật liệu hữu cơ, dọc theo địa tầng trong các lỗ

khoan sâu, sẽ cho phép đánh giá được mức độ và thời gian dâng cao của mực nước

biển trong vùng [49, 77].

Hình 3.17. Sơ đồ phân bố các lỗ khoan nghiên cứu ở Bến Tre

Luận án đã tiến hành thu thập và xử lý đo tuổi 14C của 15 mẫu vật chứa carbon

dọc theo các lỗ khoan LKBT1, LKBT2, LKBT3 được chỉ ra trong Hình 3.17. Các đặc

trưng như chiều sâu, vật liệu được mô tả trong Bảng 3.21.

Bảng 3.21. Độ sâu và đặc điểm vật liệu các mẫu được chọn để nghiên cứu

TT Mô tả

Số hiệu mẫu M1 Gỗ hóa than trong lỗ khoan LKBT1, ở độ sâu 0,38-0,45m 1

Mảnh, thân cây trong lỗ khoan LKBT3, ở độ sâu 5,0m M2 2

Vụn, thực vật trong lỗ khoan LKBT2, ở độ sâu 10,1-11,0m M3 3

Vụn, thực vật trong lỗ khoan LKBT3, ở độ sâu 13,5m M4 4

Vụn, thực vật trong lỗ khoan LKBT2, ở độ sâu 22,6-22,7m M5 5

Vụn, vỏ nhuyễn thể trong lỗ khoan LKBT3, ở độ sâu 22,7m M6 6

Vụn, vỏ nhuyễn thể trong lỗ khoan LKBT3, ở độ sâu 30,0-30,7m M7 7

Mảnh vỏ sò, ốc ở lỗ khoan LKBT1, ở độ sâu 14,1-14,5m M8 8

114

Mảnh vỏ sò ốc ở lỗ khoan LKBT2, ở độ sâu 39,0-40,0m M9 9

M10 Mảnh, vỏ sò ốc trong lỗ khoan LKBT3, độ sâu 32,8m 10

M11 Vụn, thực vật trong lỗ khoan LKBT1, ở độ sâu 32,0-32,9m 11

M12 Vụn, thực vật trong lỗ khoan LKBT1, ở độ sâu 63,4m 12

M13 Vụn, thực vật trong lỗ khoan LKBT2, ở độ sâu 31,2 -31,3m 13

M14 Vụn, thực vật trong lỗ khoan LKBT2, ở độ sâu 69,9-70,0m 14

M15 Vụn, thực vật trong lỗ khoan LKBT3, ở độ sâu 53,7-53,8m 15

3.4.2. Thực nghiệm, kết quả và thảo luận

Các mẫu được xử lý hóa học và đo tuổi carbon phóng xạ theo như quy trình kỹ

thuật đã nêu trên. Kết quả xác định tuổi được chỉ tại Bảng 3.22.

Bảng 3.22. Kết quả đo và tính tuổi của các mẫu nghiên cứu

STT Mẫu đo Hoạt độ 14C (dpm/gC) Chỉ số δ13C Kết quả(năm BP)

M1 4,79 ± 0,11 -25 8750 ± 125 1

M2 9,36 ± 0,20 -20 3280 ± 145 2

M3 8,56 ± 0,18 -16 4090 ± 260 3

M4 8,80 ± 0,19 -16 3860 ± 145 4

M5 8,84 ± 0,19 -16 3820 ± 125 5

M6 7,86 ± 0,17 0 5060 ± 175 6

M7 6,99 ± 0,15 0 6030 ± 195 7

M8 7,14 ± 0,16 0 5860 ± 160 8

M9 5,43 ± 0,12 0 4640 ± 95 9

M10 6,18 ± 0,14 0 7050 ± 230 10

M11 2,61 ± 0,06 -16 13920 ± 210 11

M12 1,74 ± 0,05 -16 17280 ± 645 12

M13 8,01 ± 0,17 -16 8120 ± 115 13

M14 1,31 ± 0,04 -16 19600 ± 250 14

M15 3,26 ± 0,08 -16 12070 ± 140 15

Kết quả đo tuổi 14C nhận được trong bảng trên cũng khá phù hợp với một số

115

kết quả phân tích niên đại do phòng thí nghiệm trường đại học Nagoya (Nhật Bản)

đã làm trong một lỗ khoan BT2 gần đó (Bảng 3.22) đã phần nào cho thấy độ tin cậy

trong nghiên cứu của luận án.

Bảng 3.23. Kết quả đo tuổi 14C trong lỗ khoan BT2 ở Bến Tre do phòng thí nghiệm

trường đại học Nagoya (Nhật Bản) thực hiện [48, 77]

Số hiệu Độ sâu Tuổi TT Vật liệu Mô tả trầm tích (năm BP) mẫu (m)

1 3660 ± 80 S1 -10,20 Thành phần trầm tích bao gồm cát mịn, phù sa và nhuyễn thể, vỏ sò,… Vỏ nhuyễn thể

2 4550 ± 90 S2 -15,40 Thành phần trầm tích bao gồm cát mịn, phù sa và nhuyễn thể, vỏ sò,… Vỏ nhuyễn thể

3 5210 ± 90 S3 -32,54

Vỏ nhuyễn thể Thành phần trầm tích bao gồm đất sét dẻo, phù sa và động vật thân mềm, vỏ sò,..

4 5320 ± 80 S4 -35,10 Thành phần trầm tích bao gồm đất sét dẻo, phù sa và vỏ sò, nhuyễn thể,… Vỏ nhuyễn thể

11340 ± 5 S5 -60,87 115 Vụn thực vật Thành phần trầm tích bao gồm đất sét dẻo, các mảnh thực vật và động vật thân mềm,…

Trên cơ sở niên đại thu được, kết hợp với những tài liệu khảo sát địa chất trong vùng các nhà địa chất đã đánh giá về ranh giới Pleistocene - Holocen tại một số khu vực như sau: Tại vị trí lỗ khoan LKBT1 ranh giới Pleistocene - Holocen được xác định gần mặt đất hơn chỉ với độ sâu ~28 m và có tuổi là 12 200 ± 110 năm BP.

Trong khi đó, tại lỗ khoan LKBT3 ranh giới Pleistocen - Holocen được xác định từ

116

khoảng 57,5 m - 54,5 m với thời gian thành tạo khoảng từ 11 700 năm BP đến 10 130

± 110 năm BP. Từ đó cho đánh giá chung về ranh giới Pleistocene - Holocence là 11 700 năm cách nay. Tài liệu này đã được công bố và được đông đảo giới nghiên cứu

khoa học chấp nhận [48, 77, 89].

3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ở chương 1 và 2 trong chương này luận án đã

tiến hành thực nghiệm phân tích xác định niên đại một số mẫu vật ở một số di tích

khảo cổ học.

Kết quả nghiên cứu so sánh kết quả đo tuổi giữa hai phương pháp nhiệt huỳnh

quang và carbon phóng trên các mẫu gốm có chứa cả vật liệu hữu cơ và khoáng vật

thạch anh đã cho thấy có sự tương ứng về kết quả tuổi giữa hai phương pháp, chứng

tỏ cả hai phương pháp này đều thích hợp dùng trong xác định niên đại mẫu vật khảo

cổ. Trong đó, phương pháp nhiệt huỳnh quang cho phép xác định tuổi của các hiện

vật vô cơ (đất nung, gốm, sứ...) còn phương pháp đo tuổi carbon phóng xạ cho phép

xác định tuổi của các hiện vật hữu cơ (gỗ, vải, than, vỏ sò ốc ...). Nghiên cứu sử dụng

kết hợp, hợp lý cả hai phương pháp này sẽ cho kết quả niên đại di tích, di vật chính

xác và tin cậy hơn.

Kết quả nghiên cứu đo tuổi carbon phóng xạ mẫu gỗ và đo tuổi nhiệt huỳnh

quang mẫu gốm tại khu di tích Hoàng Thành Thăng Long đã cho phép góp phần

khẳng đây là khu di tích kiến trúc kinh thành cổ đã trải qua nhiều giai đoạn lịch sử

khác nhau. Ngoài ra, so sánh các kết quả đo tuổi của Luận án với các kết quả đo tuổi

đã thực hiện tại một số phòng thí nghiệm trước đây ở trong nước và nước ngoài cho

thấy đã có sự tương ứng chứng tỏ nghiên cứu của Luận án đã có những thành công

nhất định.

Kết quả nghiên cứu đo tuổi carbon phóng xạ mẫu gỗ và đo tuổi nhiệt huỳnh

quang mẫu gốm tại khu di tích Quốc gia đặc biệt Gò Tháp tại huyện Tháp Mười tỉnh

Đồng Tháp đã cho phép góp phần khẳng đây là khu di tích kiến trúc tôn giáo cổ có

niên đại bắt đầu từ khoảng đầu Công nguyên và kéo dài đến các thế kỷ sau. Ngoài ra,

so sánh các kết quả đo tuổi của Luận án với kết quả nghiên cứu trên một số loại hình

hiên vật tương tự của một số phòng thí nghiệm nước ngoài tại khu di tích Angkor

Borei (Cambodia) cho thấy đã có sự tương ứng, góp phần đánh giá mở rộng vai trò

và giá trị của khu di tích này trong quần thể các di tích cổ trong vùng hạ lưu sông Mê

117

Kông khu vực Đông Nam Á.

Kết quả nghiên cứu đo tuổi carbon phóng xạ mẫu gỗ, mẫu than, mẫu vỏ sò ốc

tại các lỗ khoan địa chất ở khu vực Bến Tre đã cho phép đánh giá được lịch sử biến

động môi trường trầm tích vùng cửa sông ven biển ở châu thổ sông Mê Kông trong

thế Holocen và xác định được ranh giới Pleistocene - Holocen với niên đại là khoảng

11 700 năm cách nay. Kết quả này đã được đông đảo giới nghiên cứu địa chất Việt

Nam chấp nhận. Ngoài ra, so sánh kết quả đo của chúng tôi với kết quả đo của phòng

118

thí nghiệm trường đại học Nagoya (Nhật Bản), thấy có sự tương đương cho phép khẳng định chúng ta có thể đo tuổi 14C tương đương với phòng thí nghiệm nước ngoài.

KẾT LUẬN

Luận án đã hoàn thành được mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề ra, với các kết

quả chính gồm:

1. Tổng quan tình hình nghiên cứu đã cho thấy: Hiện nay, carbon phóng xạ

(14C) và nhiệt huỳnh quang là hai phương pháp chính được sử dụng phổ biến để xác

định niên đại cổ vật. Trong đó, phương pháp 14C phù hợp cho loại mẫu vật có chứa

carbon (như gỗ, than, vải, vỏ sò ốc...) và chỉ xác định được tuổi kể từ khi sinh vật bị

chết đến nay; Phương pháp nhiệt huỳnh quang phù hợp với loại mẫu vô cơ có chứa

các hạt khoáng nhiệt thạch anh và chỉ xác định được tuổi của mẫu kể từ lần cuối cùng

bị nung nóng trên 5000C đến nay.

2. Qua nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn, luận án đã xác định được giải pháp kết

hợp kỹ thuật đo tuổi carbon phóng xạ và kỹ thuật đo tuổi nhiệt huỳnh quang trong

thực hành phân tích xác định niên đại cổ vật ở nước ta, có thể tóm lược, gồm: Đối với

loại mẫu cỏ chứa carbon thì sử dụng kỹ thuật tổng hợp benzen trên hệ thống TASK

BENZENE SYNTHESISER và đo hoạt độ phóng xạ bêta trên máy đo nhấp nháy lỏng

Tri-carb 2770TR/SL theo chế độ đo siêu thấp (Ultra Low Level Counting) là giải pháp

phù hợp, đáp ứng được yêu cầu xác định niên đại cổ vật và kinh phí. Đối với loại mẫu

có chứa hạt thạch anh (gạch, gốm...), thì sử dụng kỹ thuật nhiệt huỳnh quang thạch anh

hạt thô (từ 98 µm đến 125 µm), xác định suất liều chiếu hằng năm theo hàm lượng các

nguyên tố Uran, Thori và Kali trong đất đá và sử dụng pháp bổ sung liều chiếu để xác

định liều tích lũy là giải pháp phù hợp đáp ứng được yêu cầu xác định niên đại cổ vật

và phù hợp với tình hình thiết bị hiện có ở nước ta.

3. Theo các giải pháp đã định, luận án đã tiến hành xác định niên đại cổ vật tại

một số địa điểm, gồm:

- Đo đối sánh hai phương pháp trên một số mẫu, kết quả cho thấy hệ số tương

quan giữa hai phương pháp xác định niên đại là rất tốt. Chứng tỏ cả hai phương pháp

119

này đều thích hợp dùng trong xác định niên đại cổ vật. Nếu sử dụng kết hợp hợp lý

hai phương pháp này, sẽ cho kết quả niên đại chính xác, tin cậy hơn, ngoài ra còn góp

phần giảm đáng kể chi phí phân tích.

- Các kết quả đo tuổi 14C và đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại khu di tích Hoàng

Thành Thăng Long đã góp phần khẳng định đây là khu di tích kiến trúc kinh thành

cổ đã trải qua nhiều giai đoạn lịch sử khác nhau. Ngoài ra, so sánh các kết quả đo tuổi

của luận án với các kết quả đo tuổi đã thực hiện trước đây tại một số phòng thí nghiệm

trong nước và nước ngoài cho thấy đã có sự sai lệch rất nhỏ, chứng tỏ nghiên cứu của

luận án đã có những thành công nhất định, đáp ứng yêu cầu đo tuổi của khảo cổ học.

- Các kết quả đo tuổi 14C và đo tuổi nhiệt huỳnh quang tại khu di tích Quốc gia

đặc biệt Gò Tháp đã góp phần khẳng định đây là khu di tích kiến trúc tôn giáo cổ có

niên đại từ đầu Công nguyên đến các thế kỷ sau. Ngoài ra, so sánh các kết quả đo của

luận án với kết quả đo tuổi trên một số mẫu vật tương tự ở khu di tích Angkor Borei

(Cambodia) do phòng thí nghiệm nước ngoài thực hiện cho thấy có sự tương ứng,

chứng tỏ nghiên cứu của luận án đã có những thành công nhất định và các kết quả niên

đại này đã thêm phần khẳng định vai trò và giá trị của khu di tích Gò Tháp trong quần

thể các di tích kiến trúc tôn giáo cổ ở vùng hạ lưu sông Mê Kông và Đông Nam Á.

- Các kết quả đo tuổi 14C tại các lỗ khoan địa chất (LKBT1; LKBT2 và LKBT3)

ở Bến Tre đã cho phép đánh giá được sự biến động môi trường trầm tích vùng cửa

sông ven biển của châu thổ sông Mê Kông trong thế Holocen và xác định được ranh

giới Pleistocene - Holocen với niên đại là khoảng 11.700 năm cách nay. Kết quả này

đã được đông đảo các nhà nghiên cứu địa chất Việt Nam chấp nhận. Ngoài ra, so sánh

kết quả đo của chúng tôi với kết quả đo của phòng thí nghiệm trường đại học Nagoya

(Nhật Bản), thấy rằng đã có sự tương ứng cho phép khẳng định chúng ta có thể đo

120

tuổi 14C tương đương với phòng thí nghiệm nước ngoài.

MỘT SỐ KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU SẮP TỚI

Kết quả của Luận án còn cho thấy, các yêu cầu về khối lượng và chất lượng

mẫu vật dùng phân tích xác định niên đại còn rất khó khăn để có thể thực hiện đại trà,

bởi trên thực tế số mẫu vật có thể đáp ứng được các yêu cầu trên không nhiều. Do

vậy, thời gian tới cần tiếp tục nghiên cứu khai thác phát triển các kỹ thuật mới để có

thể đáp ứng nhiều hơn nhu cầu phân tích xác định niên đại cho các loại mẫu.

So với kết quả đo tuổi của các phòng thí nghiệm nước ngoài, các kết quả xác

định niên đại cổ vật của luận án vẫn còn sai khác khá lớn, do vậy thời gian tới cần có

những đầu tư nghiên cứu tiếp tục nhằm nâng cao độ ổn định của hệ đo, giảm phông

121

nhiễu phép đo và nâng cao hơn nữa độ chính xác của các phép đo.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

[1] Vũ Anh Hùng, Bùi Văn Loát, Nguyễn Quang Miên (2017), “Đo tuổi đồng vị 14C

trong nghiên cứu môi trường trầm tích vùng cửa sông -ven biển ở Bến Tre”,

Những tiến bộ trong Vật lý Kỹ thuật và Ứng dụng – CAEP V (10/2017), ISBN:

978-604-913 232-2; pp. 369.

[2] Nguyen Quang Mien, Bui Van Loat, Vu Anh Hung, Trinh Nang Chung (2017),

“Thermoluminesence and radiocarbon dates in the brick structures of Go Thap site

in the Low Mekong Delta”, 15th International Conference on Luminescence and

Electron Spin Resonance Dating, 11 -15 September 2017 Cape Town, South Africa,

pp. 139.

[3] Nguyễn Quang Miên, Vũ Anh Hùng, Nguyễn Quang Bắc (2017), “Niên đại nhóm

di tích cồn sò điệp ở Nghệ An và Hà Tĩnh”, Khảo cổ học, Số 5, tr. 52-63.

[4] Vu Anh Hung, Bui Thi Hong, Nguyen Quang Mien, Bui Van Loat (2018), “Study

of Heating Rate Effect on Thermoluminescence Glow Curves of LiF: Mg, Cu,

P”, VNU Journal of Science: Mathematics - Physics, Vol. 34, No. 1, pp. 46-51.

[5] Nguyễn Quang Miên, Nguyễn Quang Bắc, Vũ Anh Hùng, Lê Minh Sơn (2018),

“Một số dẫn liệu về địa khảo cổ học ở miền Tây Nam Bộ”, Khảo cổ học, Số 4,

tr. 30-45.

[6] Nguyen Quang Mien, Nguyen Quang Bac, Bui Van Loat, Vu Anh Hung (2019),

“Thermoluminesence and Radiocarbon Dates in the Brick Structures of GoThap

Site in the Lower Mekong Delta Basin”, International Journal of Archaeology,

Vol. 7, No.1, pp. 17-23.

[7] Vũ Anh Hùng, Nguyễn Quang Miên, Nguyễn Quang Bắc, Bùi Văn Loát (2019), “14C Dating at the Geological Boreholes and Sedimentory in the Lower Mekong Delta”, American Scientific Research Journal for Engineering, Technology, and Sciences, Vol. 58 No.1, pp. 102-112.

122

[8] Nguyen Quang Mien, Nguyen Quang Bac, Vu Anh Hung (2019), “Sa Huynh Culture as Approached from Geoarchaeology”, Journal of Vietnam academy of social sciences. No. 5 (193), pp. 57-74.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT

1. B. K. Blacov, A. Kulikovo (1988), Phương pháp phóng xạ nhiệt phát quang xác định tuổi địa tầng, Moscow, (Bản dịch chữ Việt).

2. Trần Đức Cường (2008), Xác định tuổi mẫu gốm cổ Việt Nam bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang - một thể nghiệm thành công của các nhà khảo cổ học Viện Khoa học Xã hội Việt Nam, NXB Khoa học Xã hội, Hà Nội.

3. Huỳnh Kỳ Hạnh (2010), Nghiên cứu các đặc trưng phát quang cưỡng bức của một số khoáng vật, định hướng tính tuổi bằng phương pháp nhiệt phát quang, Luận án Tiến sĩ Vật lý quang học, Viện Vật lý, Viện Hàn Lâm KH&CN Việt Nam.

4. Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

5. N. I. Kariankin, K. N. Buxtrov, P. X. Kirieev (1978), Sách tra cứu tóm tắt về vật lý, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

6. Đỗ Duy Khiêm, Lưu Anh Tuyên, Phan Trọng Phúc, Nguyễn Thị Ngọc Huệ, Hà Quang Hải, La Lý Nguyên, Phạm Thị Huệ (2016), “Ứng dụng kĩ thuật đo nhiệt phát quang liều tích lũy trên mẫu nén tinh thể xác định tuổi địa chất tại một số khu vực miền Đông Nam Bộ”, Tạp chí khoa học, Số 3(81), Trường ĐHSP TPHCM.

7. Bùi Văn Loát (2006), “Đề tài nghiên cứu ứng dụng đồng vị 14C trong nghiên cứu Khảo cổ học và địa chất môi trường”, Đại học Quốc gia Hà Nội.

8. Bùi Văn Loát (2009), Địa vật lý hạt nhân, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

9. Max J. (1985), Phương pháp xử lý tín hiệu và những ứng dụng trong các phép đo vật lý, (Bản dịch chữ Việt của Nguyễn Văn Ngọ), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.

10. Nguyễn Quang Miên, Phạm Lý Hương (2000), “Xác định niên đại bằng phương pháp Radiocarbon tại Phòng thí nghiệm Viện Khảo cổ học Việt Nam”, Khảo cổ học, Số 1, tr. 101-130.

11. Nguyễn Quang Miên, Lê Khánh Phồn, Bùi Văn Loát (2000), “Nghiên cứu giảm phông môi trường, tăng tín hiệu có ích trong đo hoạt độ carbon phóng xạ bằng nhấp nháy lỏng”, Báo cáo tại Hội nghị Khoa học Mỏ địa chất lần thứ 14, tr: 150-155, Hà Nội.

123

12. Nguyễn Quang Miên (2001), Phương pháp xác định nồng độ Radon trong nghiên cứu môi trường phóng xạ, Luận văn Thạc sĩ Khoa học Kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ địa chất.

13. Nguyễn Quang Miên, Phạm Lý Hương, Bùi Văn Loát (2001), “Ứng dụng phương pháp phổ nhiệt huỳnh quang (Thermoluminescence) trong nghiên cứu các mẫu gốm sứ cổ”, Những phát hiện mới về KCH. tr. 46-50, NXB Khoa học Xã hội, Hà Nội.

14. Nguyễn Quang Miên (2001), “Ứng dụng phương pháp carbon phóng xạ (14C) xác định niên đại ở Việt Nam”, Tuyển tập các báo cáo khoa học, Hội nghị Vật lý Toàn quốc Lần thứ V, tr.118, Hà Nội.

15. Nguyễn Quang Miên (2002), “ Xác định khung niên đại tuyệt đối giai đoạn văn hóa khảo cổ học qua kết quả đo tuổi 14C”, Văn hóa Đồng Đậu 40 năm phát hiện và nghiên cứu (1962-2002), tr. 294-302, NXB Khoa học Xã hội, Hà Nội.

16. Nguyễn Quang Miên, Lê Hồng Khiêm, Bùi Văn Loát (2004), “Đặc trưng tham số động học nhiệt phát quang của LiF(Cu,Mn,P)”, Những vấn đề hiện đại của vật lý chất rắn, Vol. IIIa, NXB Khoa học và Kỹ thuật, tr. 81-85.

17. Nguyễn Quang Miên, Bùi Văn Loát, Lê Khánh Phồn, Lê Cảnh Lam (2005), “Nghiên cứu độ nhạy nhiệt huỳnh quang của thạch anh, canxit và fenspat”, Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, tr. 382-385.

18. Nguyễn Quang Miên, Bùi Văn Loát (2007), “Study of determination annual beta dose in pottery by liquide scintillation counting”, Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 7, Đà Nẵng.

19. Nguyễn Quang Miên (2008), Nghiên cứu xác định tuổi mẫu gốm cổ việt nam bằng phương pháp nhiệt huỳnh quang, Báo cáo đề tài Khoa học - Tư liệu Viện Khảo cổ học, Hà Nội.

20. Nguyễn Diệu Minh, Nguyễn Kiên Chính (1995), “Các quy trình xử lý hóa học mẫu trong việc xác định niên đại tuyệt đối bằng phương pháp carbon phóng xạ (14C)”, Hội nghị toàn quốc lần thứ nhất “Vật Lý & Kỹ thuật hạt nhân”, tr. 313-318.

21. Lê Khánh Phồn (1993), Giáo trình các phương pháp phóng xạ và địa vật lý hạt nhân, Trường Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội.

22. H. A. Polach, J. Golson, J. Head (1981), Cách tính niên đại carbon phóng xạ, chỉ dẫn cho các nhà khảo cổ học trong việc lấy mẫu xử lý mẫu và thực hành thông báo niên đại, Tư liệu Viện Khảo cổ học, (Bản dịch chữ Việt).

23. H. A. Polach (1981), Sự biến thiên cường độ phóng xạ 14C, giải thích các dấu hiệu tuổi theo vòng cây như thế nào, Tư liệu Viện Khảo cổ học, (Bản dịch chữ Việt).

24. Nguyễn Hào Quang, NNK (1999), Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định tổng hoạt độ phóng xạ alpha/bêta trong mẫu nước trên hệ đo nhấp nháy lỏng, Tư liệu Viện Khảo cổ học, Hà Nội.

25. Hà Văn Tấn (1997), Theo dấu các văn hóa cổ, NXB Khoa học Xã hội, Hà Nội.

124

26. Trần Mạnh Toàn (1992), Nâng cao độ tin cậy của hệ đo phóng xạ gamma-bêta phông thấp, Luận án Tiến sĩ Vật lý hạt nhân, Đại học Quốc gia Hà Nội.

27. Ngô Văn Thành (1992), Nâng cao độ ổn định của phổ kế gamma dùng detectơ nhấp nháy phóng xạ gamma-bêta phông thấp, Luận án Tiến sĩ Vật lý hạt nhân, Đại học Quốc gia Hà Nội.

28. Nguyễn Văn Thành (2001), Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hạt nhân U-Th-Pb và Rb-Sr để xác định tuổi các mẫu địa chất ở Việt Nam, Luận án Tiến sĩ vật lý, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội.

29. Vũ Kim Tuyến (1994), Phương pháp đồng vị nghiên cứu tuổi và nguồn gốc nước dưới đất trầm tích Đệ tứ đồng bằng Bắc bộ, Luận án Tiến sĩ khoa học địa lý - địa chất, Trường Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội.

TÀI LIỆU TIẾNG ANH

30. 20 years of joint research between DRG and SRV (1988), New researches in to

prehistory of Vietnam, Berlin-Hanoi.

31. D. P. Agrawal, N. Bhandari, B. B. Lal and A. K. Singhvi (July 1981), “Thermoluminescenee dating of pottery from Sringaverapura-A Ramayana site”, Prec. Indian Acad. Sci. (Earth Planet. Sci.), Vol. 90(2), pp. 161-172.

32. S. D. Agrimenko et al. (1999), Glow curve anlysis method for linear heating for

high Energy, Physics Preprint.

33. M. J. Aitken (1985), Thermoluminescence dating, Oxford University England. 34. M. J. Aitken (1992), Science-based Dating in Archaeology, Oxford University. 35. F. E. Angiolini (1996), Tri-carb Liquid Scintillation Analyzer, Packard

instrument Company, New York.

36. Anna Aleksandra Slaczka (2011), “The brick structures of Go Thap-Tombs or Temples”, Bulentin of the Indo-Pacific Prehistory Association, Vol. 31, pp. 109-117.

37. S. Basun, G. F. Imbusch, D. D. Jia, W.M. Yen (August 2003), “The analysis of thermoluminescence glow curves”, Journal of Luminescence, Vol. 104(4), pp. 283-294.

125

38. A. Bartolotta, M. Brai, V. Caputo, R. Di Liberto, D. Di Mariano, G. Ferrara, P. Puccio and A. S. Santamaria (1995), “The response behaviour of LiF:Mg,Cu,P thermoluminescence dosimeters to high-energy electron beams used in radiotherapy”, Physics in Medicine & Biology, Vol. 40(2), pp. 211-220. 39. S. S. Bidyaswor, L. S. Raghumani, S. S. Nabadwip and S. A. Nabachandra (2015), “Thermo luminescence Dating of Quartz Sediments Extracted from the Terraces of Thoubal River at Leirongthel, Manipur, India”, The International Journal Of Engineering And Science (IJES), Vol. 4 (5), pp.. 01-05.

40. P. Bishop, S. C. W. Sanderson, T. S. Miriam (2004), “OSL and radiocarbon dating of a pre-Angkorian canal in the Mekong delta, southern Cambodia”, Journal of Archaeology Science, Vol. 31, pp.. 319-336.

41. J. Charles, J. R. Passo (1998), Hanbook of Environmental Liquid Scintillation

Spectrometry, Packard instrument Company, New York.

42. Christine Hatte, Luiz Carlos Pessenda, Andreas Lang, Martine Patene (2001), “Development of accurate and reliable 14C chronologies for loess deposit: App..lication to the loess sequence of nussloch (Rhine valley, Germany)”, 14C- Conf.17th, Proc. Radiocarbon, Vol. 43(2B), pp. 611-618.

43. R. Chen and V. Pagonis (2004), “Modelling thermal activation characteristics of the sensitization of thermoluminescence in quartz”, J. Phys. D: App.l. Phys., Vol. 37, pp. 159-164

44. G. T. Cook, E. M. Scott, E. M. Wright, and R. Anderson (1996), “The Statistics of Low level Counting Using the New Generation of Packard Liquid Scintillation Counters”, Radiocarbon, Vol. 34(3), pp. 360-365.

45. C. Cosma and V. Benea (2003), TLD using In Ceramics Dating. Studia

Universitatis Babeş-Bolyai, Physica, Special Issue.

46. Dazhu Yang and Yifei Guo (2008), “Determination of Alpha Radioactivity in Vegetable Ashes with Liquid Scintilation Analysis”, Institute of Nuclear Energy Technology Tsinghua University P.O. Box 1021 Beijing P.R., China.

47. J. F. De Lima, M. S. Navarro, M.E.G. Valerio (2002), “Eects of thermal treatment on the TL emission of natural quartz”, Radiation Measurements, Vol. 35, pp. 155–159.

48. Nguyen Dinh Dy (Editor) (2012), Holocene coastal estuary changes and sedimentary environments in the Mekong Delta, Publishing House for Science and Technology.

49. G. H. Edmund, G. E. H. Amber, Jean-Luc Schwenninger (2019), “Luminescence as a Relative Dating Tool: Part A – Theory”, Ancient TL. Vol. 37, No. 2.

50. Edmund G. Highcock, Amber G.E. Hood, Jean-Luc Schwenninger (2019), “Luminescence as a Relative Dating Tool: Part B– App.lication”, Ancient TL, Vol. 37, No. 2.

51. Eighmy, Jeffery; Sternberg, Robert (1990), Archaeomagnetic Dating, The

University of Arizona Press.

52. R. M. Fairbanks (2011), “Current Research: Radiocarbon Calibration”,

Archived from the original on 2011-08-25, Columbia.

126

53. A. D. Franklin (1994), “Lack of interaction between the rapidly and slowly bleaching TL peaks in an Australian quartz”, Ancient TL, Vol. 12, No.1.

54. M. A. Greyh (1979), “14C-routine dating of marine sediments in Berger”, 14C- Conf. 9th. Proc., University of Caliornbia Press, Berkelry-Los Angeles- London, pp. 469-491.

55. E. H. Haskell, I. K. Bailiff, G. H. Kenner, P. L. Kaipa and M. E. Wrenn (1994), “Thermoluminescence measurements of gamma-ray doses attributable to fallout from the Nevada Test Site using building bricks as natural dosimeters”, Health Phys, Vol. 66, pp. 380-391.

56. Higham Thomas (2002), “Information about radiocarbon dating Radiocarbon.

org”, http//.www.radiocarbon.org.

57. Idaho State University (2008), Natural Radioactivity, USA. 58. N. Itoh, D. Stoneham and A. M. Stoneham (2001), “The predose effect in thermoluminescent dosimetry”, J. Phys. Cond, Matter 13, pp. 2201-2209. 59. Y. M. Komarova, N. L. Aluker, V. V. Bobrov, and N. V. Sorokina (2011), “Thermoluminescent Dating of Archaeological Pottery”, ISSN 0020-1685, Inorganic Materials, Vol. 47, No. 5, pp. 544–548.

60. L. T. Lien (2006), “Excavations at Minh Su Mound, Go Thap site, Dong Thap Province, South Vietnam”, In E. Bacus, I. C. Glover, V. C. Piggot (eds.), Uncovering Southeast Asia’s past: Selected papers from the 10th International Conference of the European Asso.

61. Bui Van Loat, Nguyen Quang Mien (2006), “Carbon-14 activity of environmental sample at Hanoi area in 1996”, VNU Journal of science, Mathematics-physics, No 2AP, pp. 111-114.

62. Bui Van Loat, Nguyen Quang Mien (2007), “Some thermoluminescence dates of ancient ceramics in Go Thap (DongThap)”, in Proceeding of the International Workshop on Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy and App.lication, Vietnam Academic Press, Sciences and Technology, pp. 412-417.

63. LSC Technical Tips (2002), Counting Solutions, PerkinElmer Life Sciences. 64. Marco Martini, Vũ Xuân Quang (2007), “Thermoluminescence dating of ceramic materials, baked clays and ancient buildings”, challenges and opp.ortunities in cultural heritage preservation and development, Hà Nội. 65. S.W.S. Mckeever (2000), Thermoluminescence of Solids, Cambride University

Press.

66. P. N. Micheal (1999), 14C Age Dating by Benzene Synthesis and Liquid

Scintillation Spectrometry, University of Georgia, USA.

127

67. Nguyen Quang Mien, Nguyen Quang Liem (2001), “Thermo-luminescence study of ancient Vietnamese pottery”, Proceeding of International Workshop on Material Characterization by Solid State Spectroscopy: Gems and Minerals of Vietnam, pp. 328-333.

68. Nguyen Quang Mien, Bui Van Loat (2005), “Thermoluminescence properties of the different size quartz grains”, Modern Problems in Optics and Spectroscopy, Vietnam National University, Vol. 3, pp. 190-195.

69. Nguyen Quang Mien, Bui Van Loat (2006), “Radiocarbon dating geological and archaeological objects by benzene synthesis and liquid scintillation counting”, Journal of Science, mathematics-physics, Vol. T.XXI, No 2AP, pp. 107-110.

70. Nguyen Quang Mien, Bui Van Loat (2007), “Some thermoluminescence dates of ancient ceramics in Go Thap (Dong Thap)”, Proceeding of the International Workshop on Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy and App.lication. pp. 412-417, Vietnam Academic Press, Sciences and Technology Publishers.

71. Nguyen Quang Mien, Bui Van Loat, Thai Khac Dinh (2009), “Dating ceramic samples by thermoluminescence app.roach in the lab of the Vietnam institute of Archaeology”, Journal of Archaeology, Social Sciences Publishing House, Hanoi, pp. 80-92.

72. Nguyen Quang Mien, Trinh Nang Chung (2010), “Thermoluminescence characteristic of LiF (Mg, Cu, P) after exposing the alpha radiation”, Proceeding of the First Academic Conference on Natural Science for master and Ph. D students from Cambodia, Laos, Vietnam, pp. 58-65, Vietnam National University in HCM city Publishing House.

73. W. G. Mook (1983), “International comparison of proportional gas counters for 14C activity measurements”, Proceedings of the 10th International 14C Conference, Radiocarbon Vol. 25(2), pp. 475-484.

74. F. C. Nilo, T. T. Inácio, F. G. Roseli, S. M. Casimiro, C. S. Maria, J. A. Rodolfo, W. Shigueo (2013), “TL dating of sediments from Ilha do Mel, Brazil”, Quaternary International, Vol. 306, pp. 137-145.

75. Nina Doerschner, Marion Hernandez, Kathryn E (2016), “Fitzsimmons. Sources of variability in single grain dose recovery experiments: Insights from Moroccan and Australian samples”, Ancient TL, Vol. 34, No. 1.

76. D. P. Noeak (1998), TASK benzene synthesizer, TASK, New York. 77. Ta Thi Kim Oanh, Nguyen Van Lap (9/2000), “Diatoms-indicator of sediment environments and sea-level changes in late Pleistocene-Holocene”, Vietnam Journal of Earth Sciences, pp. 226.

78. H. L. Oczkowski and K. R. Przegietka (1998), “TL Dating of Young Aeolian Deposits from Kepa Kujawska”, Radiation Measurements. Vol. 29, No. 3-4, pp. 435-439.

128

79. Olav B. Lian, Richard G. Roberts (2006), “Dating the Quaternary: progress in luminescence dating of sediments”. Quaternary Science Reviews, Vol. 25, pp. 2449–2468.

80. Packard Instrument Co (1995), Tri-carb Liquid Scintilation Analyzer,

Publication, No. 169-34141, USA.

81. V. Pagonis, G. Kitis and R. Chen (2003), “Applicability of the Zimmerman pre- dose model in the thermoluminescence of pre-dosed and annealed synthetic quartz samples”, Radiation Measurements, Vol. 37, pp. 267-274.

82. R. R. Patil and S. V. Moharil (1995), “On the role of copp.er impurity in

LiF:Mg,Cu,P phosphor”, J. Phys.: Condens. Matter 7, pp. 9925-9933.

83. N. Porat, M. Jain, A. Ronen, L. K. Horwitz (2017), “A contribution to late Middle Paleolithic chronology of the Levant: New luminescence ages for the Atlit Railway Bridge site, Coastal Plain, Israel”, Quaternary International, pp. 1040-6182.

84. C. Roque, P. Guibert, E. Vartanian, F. Bechtel, R. Treuil, P. Darcque, H. Koukouli-Chryssanthaki and D. Malamidou (2002), “The Chronology of the Neolithic sequence at Dikili Tash, Macedonia, Greece: TL-dating of domestic ovens”, Archaeometry, Vol 44(4), pp. 625-645

85. C. Roque, P. Guibert, E. Vartanian, E. Vieillevigne, F. Bechtel (2004), “Changes in luminescence properties induced by thermal treatments; a case study at Sipán and Trujillo Moche sites (Peru)”, Radiation Measurements, Vol 38, pp. 119-126 86. B. Sanda, C. P. Susan, W. Ann, G. Rainer (1992). Thermoluminescence dating of the Middle Pleistocene Raised Beach of Sangatte (Northern France). Quaternary Research 37, pp. 390-396.

87. Sang Ki Chun, Soo Young Cho, Young Suk Kim, Hyung Joo Woo, Duk Won Kang (1996), “Sample treatment techniques for the determination of environmental radiocarbon in the nuclear power station area”, Sernia Symposium on Environmental Radioactive Nuclides Impact in Asia.

88. M. T. Stark (2006), “Pre-Angkorian Settlement Trends in Cambodia’s Mekong Delta and the Lower Mekong Archaeological Project”, Bulletin of the Indo- Pacific Prehistory Association, Vol. 26, pp. 98-109.

89. H. Shigeko, M. Jun, S. Yumio, Le Quoc Doanh, Le Van Tiem, Le Khanh Phon (2001), Long Climate Change and The Environment Change of the Lower Red River Delta, Agriculture Publishing House, Ha Noi.

90. K. Stenström, G. Skog, E. Georgiadou, J. Genberg, A. Mellström (2011), A guide to radiocarbon units and calculations, Lund University, Department of Physics, Division of Nuclear Physics Internal Report LUNFD6 (NFFR-3111), pp. 1-17.

91. D. Stoneham (1985), “The use of porcelain as a low-dose background dosimeter”,

129

Nuclear Tracks and Radiation Measurements,Vol 10, pp. 509-512.

92. M. Stuiver and G.W. Pearson (1986), “High-precition calibration of the radiocarbon time sacale, AD 1950-500BC”, 14C - Conf. 12th, Proc. Radiocarbon, Vol 28 (2B), pp. 805-838.

93. Dang Van Thang, Vo Thi Huynh Nhu (2012), “The Religious Centre of Go

Thap (Dong Thap)”, Archaeology, Vol. No 2 (2012), pp. 71-90.

94. J. Thomson and D. A. Burns (2008), LSC Sample Preparation by Solubilization-

Counting Solutions, LSC technical Tips from Packard, CS-003(03/06/09).

96. L. N. Tisne'rat, J. J, Poupeau, J. F. Tannau, M. Paterne (2001), “Development of a semi-automated system for routine preperation of carbonate samples”, 14C - Conf. 17th, Proc. Radiocarbon, Vol 43 (2A), pp. 299-304.

95. J. Thomson (1991), “Di-isopropylnaphthalene - a new solvent for liquid Scintillation counting”, Liquid Scintillation Counting and organic Scintillators, pp. 19-34, Lewis Publishers.

97. C. Tribolo, et al (2013), “OSL and TL dating of the Middle Stone Age sequence at Diepkloof Rock Shelter (South Africa)”, Journal of Archaeological Science, Vol 40, pp. 3401-3411.

98. H. Valladas, et al (2001), “Radiocarbon AMS dates for Paleolithic cave paintings”, 14C-Conf. 17th, Proc. Radiocarbon, Vol 43 (2B), pp. 805-838. 99. Vasilija Lukich., Naomi Porat., Galina Faershtein., Sharon Cowling., Michael Chazan (2019), “New Chrnology and Stratigarphy for Kathu Pan 6, South Africa”, Journal of Paleolithic Archaeology, Springer.

100. W. Wang, Z. Zhou (1983), “Thermoluminescenc dating of Chinese pottery”,

Archeometry, Vol. 25, pp. 99-106.

101. S. Watanabe, N. R. S. Ortega, W. E. Feria Ayta, J. A. H. Coaquira, S. U. Cortezão, J. S. A. Arenas (1999), “TL dating of sands from Ilha de Cananéia”, Radiation Measurements, Vol. 27, Issue 2, April 1997, pp. 373-376.

102. J. Zimmerman (1971), “The radiation-induced increase of the 100 C thermoluminescence sensitivity of fired quartz”, Journal of Physics C Solid State Physics, Vol. 4(18), pp. 3265-3276.

130

TÀI LIỆU TIẾNG NGA 103. Филипов (1973) - Ядepная Геофизика. Науч. Изд.Новосибикрс. 104. http//: https.deskarati.com20130605 radiocarbon-dating (ngày 30.8.2020). 105. https://www.researchgate.net/figure/A-gas-proportional-counter_fig5_30494924 106. https://ehs.psu.edu/sites/ehs/files/lsc_theory_part_2.pdf 107. http://www.c-14 dating.com/isotope.htm.

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC A

CÁC ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA HỆ ĐO RGD-3A

- Hiệu suất của hệ đo RGD-3A tuân theo tiêu chuẩn quốc gia GB10264-88

- Hệ thống có nhiều bộ lọc quang học và khay nhiệt khác nhau phù hợp với

nhiều loại Detector nhiệt huỳnh quang khác nhau.

- Hệ thống quang học, được gắn cố định trong buồng nhiệt độ không đổi, có thể

làm việc tốt trong dải rộng nhiệt độ môi trường.

- Chế độ nhiệt: có hai chế độ mặc định và một chế độ do người sử dụng cài đặt.

- Các tham số nhiệt và mã của liều kế nhiệt huỳnh quang có thể được đặt với 16

kí tự và được lưu trong bộ nhớ.

- Khi đo, giá trị của phông được trừ tự động.

- Thiết bị được nối với bình đựng khí Nitơ. Nếu được đo ở chế độ có sử dụng

Nitơ thì các sai số gây ra do tạp nhiễu sẽ giảm xuống đáng kể.

PHỤ LỤC B

PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐO TRÊN MÁY

RGD-3A

- Hệ đo sử dụng phần mềm RGD3. EXE để điều khiển hệ đo, thu nhận và xử lí

phổ. Phần mềm do nhà sản xuất cung cấp. Phần mềm này được chạy trên nền DOS.

Communication

Dose data

Parameter

Image

Save data

Read data

Quit

Menu chính của chương trình khi khởi động máy đo

Các chức năng chính của phần mềm

 Comunication: Chức năng truyền thông tin  Dose data: chức năng thông báo số liệu  Parameter: Chức năng tham số hoạt động  Image: Chức năng biểu diễn hình ảnh  Save data: chức năng lưu dữ liệu  Read data: chức năng đọc dữ liệu  Quit: chức năng thoát khỏi chương trình.

- Thực tế thì hệ đo RGD – 3A có thể tính toán luôn được giá trị liều dựa trên tín

hiệu nhiệt huỳnh quang mà máy thu nhận được. Tuy nhiên, để đảm bảo độ chính xác cao, luận văn đã sử dụng tập tin dữ liệu mà máy xuất ra để xử lí bằng phần mềm

Excel. Bộ số liệu mà máy ghi nhận được chuyển sang định dạng với phần mở rộng là *.IMG, với định dạng này chương trình Microsoft Excel mới có thể đọc được. Chương trình dùng để thực hiện việc chuyển đổi là GLOW.EXE. Đây là chương trình đi kèm với hệ đo RGD–3A. Sau khi chuyển đổi định dạng có thể dùng chương trình Excel để xử lí bộ số liệu này, tuy nhiên cần lưu ý là phần mềm ghi nhận tín hiệu nhiệt huỳnh quang lưu số liệu đo được ở hệ đếm thập lục phân, do vậy để thuận tiện cần phải chuyển sang hệ đo đếm thập phân trước khi tính toán.