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Datazioni Tipicamente nucleari sono anche le tecniche di misura della concentrazione residua di 14 C, sia quella tradizionale che sfrutta il conteggio.

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1 Datazioni Tipicamente nucleari sono anche le tecniche di misura della concentrazione residua di 14 C, sia quella tradizionale che sfrutta il conteggio dei decadimenti dellisotopo, sia quella più moderna della spettrometria di massa con acceleratori (AMS) Il metodo del 14 C è un grande contributo della fisica nucleare allarcheologia (e alla storia dellarte) Il principio su cui si basa il metodo è legato al decadimento radioattivo del 14 C

2 2 Gli isotopi del carbonio 14 C 0 T 1/2 = 5730 a 0+0+ Q - =156.5 keV 100% 14 N C 98.9 % 13 C 1.1 % Lisotopo 14 è radioattivo

3 La concentrazione di 14 C (circa del totale di atomi di carbonio) resta pressoché costante, per effetto di un equilibrio dinamico fra continua produzione da parte dei raggi cosmici e continuascomparsa per decadimento radioattivo protoni cosmici su O, N nella troposfera reazioni (p,n) termalizzazione neutroni 14 N(n,p) 14 C [ th 1 barn] rate di produzione medio di 14 C: 2.2 cm -2 s -1 massimo tra i 15 e i 18 Km trascurabile a livello della superficie terrestre produzione del 14 C in atmosfera:

4 Tramite i vari metabolismi biologici, TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI PARTECIPANO A QUESTO EQUILIBRIO e hanno perciò nei loro tessuti 14 C, con circa la stessa concentrazione che in atmosfera FINCHE VIVENTI

5 5 Principio della datazione col 14 C t = · ln [ 14 R 0 / 14 R(t)] t = ·[ 14 R(t) / 14 R(t)] cioè : 1% errore in 14 R(t) 80 y 14 R(t) = 14 R 0 · e –t/ tempo dalla morte(anni) ·

6 Datazioni 14 C – la ricalibrazione la concentrazione di partenza in passato non è sempre stata quella convenzionalmente assunta R 0 conv, dalla quale si deduce un valore altrettanto convenzionale t conv per letà (età convenzionale di radiocarbonio): con migliaia di misure effettuate su campioni di età misurata indipendentemente si è costruita una curva di ricalibrazione (età convenzionale vs. data vera) fino a quasi anni fa

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8 |dN/dt| = N metodo radiometrico misure delicate e difficili perché decadimento puro necessarie grandi quantità di campione(10÷100 g) e tempi di misura lunghi (ore o anche giorni) Misura della concentrazione di 14 C

9 9 Misura della concentrazione di 14 C da misure di attività = 8266 ± 58 anni = 1/ = (1.38 ± 0.01)·10 -8 h -1 1 mg di reperto organico contemporaneo: 0.4 mg di carbonio (0.4·10 -3 /12) 6·10 23 = atomi di C isotopi di 14 C conteggio : |dN/dt| = N soltanto 0.33 decadimenti/ora! occorrono quantità cospicue di materiale, tempi lunghi di conteggio e tecniche molto delicate ed efficienti (|dN/dt| = N)

10 10 spettrometria di massa la spettroscopia di massastandard non è sufficientemente sensibile per discriminare le masse 14 dovute al 14 C da quelle degli isobari interferenti ( 14 N e molecole 12 CH 2 e 13 CH) |dN/dt| = N metodo radiometrico misure delicate e difficili perché decadimento puro necessarie grandi quantità di campione(10÷100 g) e tempi di misura lunghi (ore o anche giorni) Misura della concentrazione di 14 C

11 11 Accelerator Mass Spectrometry

12 12 Misura della concentrazione di 14 C con AMS La sorgente di ioni negativi elimina linterferenza del 14 N Lo stripping al terminale elimina le interferenze di 13 CH e 12 CH 2 Lanalisi finale degli ioni ad alta energia consente di eliminare eventuali interferenze residue Acceleratore Tandem Sorgente, dove si mettono i campioni da analizzare Analisi in massa e sistemi di rivelazione

13 13 Misura del 14 C con AMS sono databili reperti risalenti fino a oltre anni fa massa del campione da sacrificare per la datazione dellordine dei mg Sensibilità a concentrazioni fino a

14 14 1 mg di reperto organico contemporaneo: 0.4 mg di carbonio isotopi di 14 C Misura AMS della concentrazione di 14 C AMS (efficienza 1%): > 10 5 conteggi (tempo di misura: minuti) (da confrontarsi con 0.33 decad./ora del conteggio con 10 5 conteggi ( 14 C)/ 14 C < 0.3% t 25a sono sufficienti quantità esigue di materiale

15 15 Chiesa di S.Francesco a Cortona Fondata da Padre Elia pochi anni dopo la morte del Santo. Conserva tre importanti reliquie francescane: la tonaca secondo la tradizione usata per coprire il corpo del Santo al momento della morte il cuscino, anchesso associato dalla tradizione al momento della morte di Francesco un evangeliario

16 16 Prelevati diversi frammenti da zone diverse, sia sul davanti che sul dietro Le zone di prelievo sono state scelte comunque vicino ai bordi o intorno a zone danneggiate Per eliminare possibili ambiguità Minima invasività Quantità prelevate molto piccole (~1 cm 2 di lana) La tonaca di Cortona Effettuati anche due prelievi dai gusci interni del cuscino

17 17 Per confronto ci è stato chiesto di datare anche la tonaca conservata in S.Croce a Firenze, anchessa secondo tradizione appartenuta a S.Francesco fronte retro Un campione è stato prelevato anche dal cordone esposto insieme alla tonaca (campione SFF6) La tonaca di S.Croce a Firenze

18 18 Risultati

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20 20 enorme aumento dei flussi di neutroni in atmosfera, e quindi anche del rate di produzione di 14 C influenza sensibile, temporaneamente, anche sulla concentrazione globale [ 14 C] (fino al +100 %). Successivamente, il tasso di 14 C in atmosfera è diminuito, a causa della progressivadiluizione nellenorme serbatoio delle acque terrestri, riavvicinandosi ai valori pre-esplosioni nucleari. test nucleari in atmosfera (prima del trattato di non proliferazione del 1968)

21 21 Curva locale di bomb peak Un albero abbattuto nella zona del monte Amiata, Toscana


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