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Datazione con il metodo del 14 C tramite Spettrometria di Massa con Acceleratore Benedetta Lazzeri.

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Presentazione sul tema: "Datazione con il metodo del 14 C tramite Spettrometria di Massa con Acceleratore Benedetta Lazzeri."— Transcript della presentazione:

1 Datazione con il metodo del 14 C tramite Spettrometria di Massa con Acceleratore Benedetta Lazzeri

2 Sommario: Introduzione: Introduzione: Il metodo del 14 C La Spettrometria di Massa con Acceleratore (AMS) Fasi della misura: Fasi della misura: Preparazione dei campioni Misura AMS con acceleratore Tandem Analisi dei dati Analisi dei dati Passaggio dalletà convenzionale alletà vera Passaggio dalletà convenzionale alletà vera

3 Il Laboratorio di Tecniche Nucleari per i Beni Culturali di Firenze

4 Il 14 C, o radiocarbonio: È lisotopo radioattivo del carbonio e decade β - a 14 N (τ ~ 8300 anni) La sua formazione avviene nellalta atmosfera 14 N(n,p) 14 C Equilibrio tra il ritmo di produzione e il decadimento radioattivo concentrazione pressochè costante in atmosfera Sotto forma di CO 2 viene assimilato da tutti gli organismi finchè viventi equilibrio tra atmosfera e biosfera Dal momento della morte dellorganismo cessa lequilibrio perchè non si hanno più scambi decadimento radioattivo considerando [ 14 C] 0 = 1.2· e τ =8033 anni (vita media di Libby) t = età convenzionale di radiocarbonio,

5 Ipotesi di base per la datazione e correzioni da effettuare: Costanza della concentrazione atmosferica di radiocarbonio nel tempo RICALIBRAZIONE Presenza in tutti gli organismi viventi di una concentrazione analoga a quella atmosferica FRAZIONAMENTO ISOTOPICO Cessazione degli scambi con la CO 2 atmosferica dal momento della morte dellorganismo PREPARAZIONE DEI CAMPIONI

6 Come si può misurare la concentrazione residua di radiocarbonio in un reperto organico: Conteggio dei prodotti di decadimento (elettroni), ma... - bassa concentrazione di partenza - costante di decadimento λ (= 1/τ) piccola Quantità cospicue di materiale e/o tempi di misura lunghi per poter avere precisione di ~ 1% Identificazione e conteggio diretto degli atomi di 14 C presenti Spettrometria di massa, ma... - Presenza di isobari interferenti ( 14 N, 12 CH 2, 13 CH) SPETTROMETRIA DI MASSA CON ACCELERATORE (AMS) Permette leliminazione degli isobari ed il raggiungimento di una precisione anche di una parte su 10 15

7 Preparazione dei campioni Ha lo scopo di: Rimuovere eventuale carbonio spurio presente, estraendo dal campione la parte più adatta per la datazione Ridurre il campione in grafite PRETRATTAMENTO FISICO E CHIMICO (PROCEDURA A-B-A) COMBUSTIONE E GRAFITIZZAZIONE

8 Combustione Il campione viene bruciato e i prodotti gassosi che ne derivano sono separati nel tempo per gascromatografia Per raccogliere la CO 2 prodotta, allistante t 0 viene aperta la valvola di accesso alla linea di grafitizzazione e viene richiusa allistante t 1

9 Grafitizzazione (I) La CO 2 raccolta viene convertita in grafite tramite la reazione: CO 2 + 2H 2 C + 2H 2 O effettuata ad alte temperature (~ 600°C) e in presenza di ferro come catalizzatore 2

10 Grafitizzazione (II) Durante la grafitizzazione, la pressione viene continuamente monitorata; essa segue un andamento decrescente a causa della progressiva rimozione di componenti gassose, raggiungendo un valore costante a reazione ultimata.

11 Lacceleratore Eliminazione di 14 N alla sorgente Eliminazione degli isobari molecolari ( 12 CH 2 e 13 CH) al terminale La linea di misura AMS è costituita da: - parte a bassa energia - acceleratore Tandem - parte a alta energia

12 Parte a bassa energia SORGENTE DI IONI CS-SPUTTER: Permette lestrazione, da parte di una d.d.p. ΔV = 35 kV, di ioni C - ; non essendo stabili gli ioni N -, viene eliminata linterferenza dovuta allazoto. ANALIZZATORE ELETTROSTATICO: Seleziona ioni con una energia E inj = e · ΔV = 35 keV MAGNETE INIETTORE: Permette di iniettare nellacceleratore masse diverse secondo sequenze temporali fissate INIEZIONE SEQUENZIALE

13 Acceleratore Tandem Gli ioni sono accelerati verso il terminale, a una tensione V t ~ 2,5 MV, mentre le estremità sono a massa. Interazione con argon STRIPPING passaggio a stato di carica positivo (3 + ~ 50%). Il processo di stripping porta alla distruzione degli interferenti 12 CH 2 e 13 CH a seguito della perdita degli elettroni di legame. Gli ioni positivi, accelerati verso luscita, avranno unenergia data da:

14 Parte a alta energia MAGNETE A 115°: è impostato in modo da selezionare ioni 14 C 3+ con energia E fin = 10,035 MeV; i 12 C 3+ e 13 C 3+ seguiranno traiettorie diverse finendo dentro due Faraday Cup. ANALIZZATORE ELETTROSTATICO: permette di eliminare il contributo di ioni che hanno fatto stripping fuori dal terminale selezionando il rapporto E/q = 10,035 MeV/3. RIVELATORE: a ionizzazione (isobutano).

15 Analisi dei dati La concentrazione di atomi di 14 C viene espressa in pMC (percent of Modern Carbon); quindi i rapporti isotopici misurati per i campioni incogniti sono normalizzati rispetto ad uno standard ( pMC). Campione 13 C/ 12 Cσ rel ( 13 C/ 12 C) (%) 14 C/ 13 Cσ rel ( 14 C/ 12 C) (%) pMCσ(pMC) Standard 14Fi E EA blank 14Fi E-1530 Campione ligneo 1 14Fi E Campione ligneo 1 14Fi E Campione ligneo 1 14Fi E

16 Eà convenzionale e ricalibrazione Le età convenzionali di radiocarbonio, con i rispettivi errori, sono state ottenute tramite la relazione: Campionet rC (yBP)Δt rC (yBP) Campione ligneo 1 14Fi Campione ligneo 2 14Fi Campione ligneo 3 14Fi Queste devono, però, essere ricalibrate per ottenere letà vera dei campioni, a causa dei cambiamenti subiti dalla concentrazione di 14 C in atmosfera nel corso del tempo

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