![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2020/08/15-13-3-0-750x375.jpg)
หลักการตรวจวัดสัญญาณ TL
การเปล่งแสงจากการกระตุ้นด้วยความร้อน (thermally stimulated luminescence) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงปี ค.ศ. 1950-1960 (Daniels และคณะ, 1953) เพื่อที่จะวัดปริมาณรังสีหรือปริมาณอิเล็กตรอนที่อยู่ในหลุมกักเก็บ ที่วัตถุต่างๆ ได้รับ โดยใช้เครื่องมือวัดที่เรียกว่า หลอดขยายสัญญาณแสง (photomultiplier tube หรือ PM tube) ที่มีความไวต่อแสงสูง เป็นตัววัดสัญญาณการเปล่งแสง หลังจากนั้นในช่วงปี ค.ศ. 1960-1970 จึงได้มีการนำหลักการตรวจวัดดังกล่าวมาประยุกต์ใช้กับงานด้านการหาอายุทางโบราณคดี (เช่น Aitken และคณะ, 1964; Aitken และคณะ, 1968; Mejdahl, 1969) และหาอายุทางธรณีวิทยาในช่วง ค.ศ. 1980-1990 (เช่น Wintle และ Huntley, 1980) และเรียกการหาอายุด้วยเทคนิคนี้ว่า การหาอายุด้วยวิธีเปล่งแสงความร้อน (thermoluminescence dating หรือ TL dating)
หลักการของการวัดปริมาณรังสีเริ่มต้นจากการให้ความร้อนแก่ตัวอย่าง ซึ่งเมื่อถูกกระตุ้นด้วยความร้อน อิเล็กตรอนที่เคยอยู่ในหลุมกักเก็บอิเล็กตรอนจะปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของการเปล่งแสง จากนั้นวัดปริมาณโฟตอนของแสงด้วยหัววัดแสง (photo detector) และขยายสัญญาณให้เด่นชัดขึ้นด้วยหลอดขยายสัญญาณแสง ผลที่ได้จากการตรวจวัด แสดงอยู่ในรูปความสัมพันธ์ระหว่างระดับอุณหภูมิที่กระตุ้นให้ตัวอย่างในหน่วย °C (แกนนอน) ต่อจำนวนอิเล็กตรอนที่ตรวจวัดได้ในรูปของแสงในแต่ละระดับอุณหภูมิ โดยมีหน่วยเป็น count/sec (แกนตั้ง) ดังแสดงในรูป ก ซึ่งกราฟความสัมพันธ์นี้เรียกว่า TL glow curve
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2020/08/15-13-3-7-1024x452.jpg)
การปรับเทียบปริมาณรังสี
จากสมการความสัมพันธ์ของการหาอายุด้วยวิธี TL คือ
อายุวัตถุ = Equivalent Dose/Annual Dose หรือ ED/AD
กำหนดให้
- Paleodose หรือ Equivalent Dose (PE หรือ ED) คือ ค่าจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นให้ไปอยู่ในหลุมกักเก็บอิเล็กตรอน อันเนื่องมาจากการกระตุ้นจากการแผ่รังสีของธาตุกัมมันตรังสีในบริเวณรอบข้าง มีหน่วยเป็น เกรย์ (Gy)
- Annual dose (AD) คือ อัตราการแผ่รังสีต่อปีของธาตุกัมมันตรังสีที่มีอยู่ในบริเวณรอบข้าง ซึ่งธาตุกัมมันตรังสีที่สำคัญ ได้แก่ ยูเรเนียม (U) ทอเรียม (Th) และ โปแตสเซียม (K) รวมทั้งรังสีคอสมิก (cosmic ray) จากชั้นบรรยากาศ ซึ่งมีผลแค่เล็กน้อยเท่านั้น โดย AD มีหน่วยเป็น เกรย์ต่อปี (Gy/year)
เนื่องจากเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบัน ไม่สามารถวัดค่ารังสี หรือ ED ในหน่วย Gy ได้โดยตรง ดังนั้นจึงมีการคิดค้นวิธีการเพื่อให้ได้มาซึ่งค่า ED ที่มีอยู่ในตัวอย่าง ในหน่วย Gy ที่ต้องการ ถึงตรงนี้ สิ่งที่ต้องวิเคราะห์ต่อในการหาอายุ คือ ทำอย่างไรจึงจะทราบว่าจำนวนอิเล็กตรอน (หน่วย count/sec) จาก TL glow curve ที่ได้จากการตรวจวัดด้วยเครื่อง นั้นมีค่าเทียบเคียงได้กับค่า ED ในหน่วย Gy แค่ไหน ดังนั้นกับตัวอย่างตัวเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์จะต้องประเมิน ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณ ED ที่มีอยู่ในตัวอย่าง (Gy) และจำนวนอิเล็กตรอนหรือความเข้มข้นของแสงที่ตรวจวัดได้ (Count/sec) โดยการสร้างกราฟความสัมพันธ์ที่เรียกว่า growth curve (รูป ข) และเทียบปัญญัติไตรยางค์ เพื่อการประเมินความสัมพันธ์ (ดูรูปประกอบ)
ตัวอย่างการคำนวณการประเมินปริมาณรังสีในตัวอย่างในหน่วย Gy เริ่มต้นจาก 1) วัดจำนวนอิเล็กตรอนหรือการเปล่งแสงจากตัวอย่าง ได้ 100 ตัว 2) นำตัวอย่างตัวเดียวกันไปอาบรังสีที่เราทราบค่า 10 Gy และวัดจำนวนอิเล็กตรอนได้ 200 ตัว 3) กำหนดให้ N คือ ค่าจำนวนอิเล็กตรอนในตัวอย่างในหน่วย Gy ซึ่งวัดจำนวนอิเล็กตรอนได้ 100 ตัว ดังนั้น
- N+10 Gy = 200
- N Gy = 100
- (N+ 10)/N = 200/100 = 2
- ดังนั้น N = 10 Gy
การคัดเลือกสัญญาณ TL ที่เสถียร
เพราะในการวัดค่าปริมาณสัญญาณอิเล็กตรอนที่วัดได้จากเครื่องมือวัดนั้น ค่าที่ได้เป็น TL glow curve ซึ่งเป็นกราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่าปริมาณการเปล่งแสงในแต่ละระดับอุณหภูมิ ปัญหาของการประเมิน คือ เราควรจะใช้ค่าใดในการเป็นตัวแทนของกราฟทั้งกราฟนั้น เพื่อนำมาสร้าง growth curve ทั้งนี้เนื่องจากในแต่ละอุณหภูมินั้นมีปริมาณการเปล่งแสงไม่เท่ากัน ดังนั้นเราจึงต้องมีการทดสอบว่าสัญญาณในช่วงอุณหภูมิใด ที่เหมาะสมเป็นตัวแทนของกราฟ TL glow curve เพื่อนำไปใช้ในการสร้าง growth curve ซึ่งสามารถตรวจสอบได้ด้วยวิธีที่เรียกว่า plateau test
โดยทั่วไปแล้วอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานนั้นต้องการพลังงานกระตุ้นที่แตกต่างกัน ในการทำให้หลุดออกจากหลุมกักเก็บ เช่น ในพลังงานระดับลึกอาจต้องใช้อุณหภูมิถึง 400-500 °C โดยทั่วไปในธรรมชาติ เมื่อแร่ได้รับการกระตุ้นจากกัมมันตภาพรังสีภายนอก อิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานจะถูกกระตุ้นและเข้าไปกักเก็บในหลุมอิเล็กตรอนที่เป็นสัดส่วนกัน แต่จะมีบางระดับพลังงานที่อิเล็กตรอนสามารถหลุดออกจากหลุมกักเก็บได้เช่นเดียวกัน แม้ว่าจะอยู่ในสภาวะแวดล้อมธรรมชาติ แต่ในกรณีของที่ระดับพลังงานสูงๆ อิเล็กตรอนจะถูกกระตุ้นและถูกกักเก็บแค่อย่างเดียว โดยจะไม่หลุดออกจากหลุมในสภาวะแวดล้อมในธรรมชาติ
นั่นหมายความว่าในการกระตุ้นแต่ละครั้งจะได้รับพลังงานเป็นสัดส่วนเท่ากันเสมอ แต่ในกรณีของพลังงานต่ำ จะมีทั้งการรับเข้าและการคายออก ในขณะที่ในระดับพลังงานสูง จะรับแค่ อย่างเดียวในสภาวะธรรมชาติ ซึ่งช่วงของอุณหภูมิที่ไม่มีการคายพลังงานออกในระหว่างที่วัตถุหรือตัวอย่างฝังอยู่ในดินนั้นสามารถใช้เป็นตัวแทนปริมาณกัมมันตภาพรังสีที่แร่นั้นได้รับนับตั้งแต่ได้รับความร้อนครั้งสุดท้าย (วัตถุที่ถูกความร้อน) หรือได้รับการอาบแดด (ตะกอน) มาจนถึงปัจจุบันได้
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2020/08/15-13-3-5-1024x315.jpg)
วิธีการคัดเลือกช่วงอุณหภูมิที่อิเล็กตรอนนั้นมีความเสถียรนั้น ทำได้โดยการนำตัวอย่างธรรมชาติ (์N) ไปวัดค่าปริมาณรังสีในแต่ละอุณหภูมิ และอีกส่วนคือ นำตัวอย่างธรรมชาติไปอาบรังสี (N+B) และนำมาวัดในทันที ซึ่งส่วนหลังนั้นจะแสดงถึงการอาบรังสีและวัดทันที (รูป ก) นั่นแสดงว่า ในส่วนที่สามารถสลายได้ในเวลานานนั้นยังอยู่เช่นเดิม ดังนั้นเมื่อนำมาการประเมิน โดยในแต่ละระดับอุณหภูมิให้ใช้ค่าเปล่งแสงของ N/(N+B) จะได้ผลลัพธ์ดังแสดงในรูป ข ซึ่งจะเห็นได้ว่ามีระดับอุณหภูมิช่วงหนึ่งที่แสดงลักษณะยกตัวสูงขึ้นและต่อมาคงที่ คล้ายกับลักษณะภูมิประเทศของที่ราบสูง (plateau) (รูป ข) ซึ่งค่าสัญญาณ TL ที่อยู่ในช่วงนี้มีความเสถียรในการนำไปสร้างกราฟ growth curve ได้ โดยไม่ว่าจะใช้อุณหภูมิที่เท่าใดบน plateau มาวิเคราะห์กราฟ growth curve ก็จะได้กราฟที่เหมือนกัน เป็นอัตราส่วนที่แน่นอน
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2020/08/15-13-3-6-1024x470.jpg)
เทคนิคการปรับเทียบปริมาณรังสี
ปัจจุบันเทคนิคในการการประเมินความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณ ED ที่มีอยู่ในตัวอย่างและจำนวนอิเล็กตรอนที่วัดได้จากเครื่องมือ มีอยู่ด้วยกัน 4 เทคนิค คือ
1) เทคนิคการเพิ่มรังสี (additive dose หรือ first glow)
เทคนิคการเพิ่มรังสี (additive dose หรือ first glow) (Aitken, 1985) เป็นเทคนิคที่ใช้ตัวอย่างแร่ควอตซ์ธรรมชาติที่สกัดได้ นำไปอาบรังสีที่ทราบค่าแล้วในหน่วย Gy เช่น 30 Gy 60 Gy 90 Gy และ 150 Gy เป็นต้น (รูป ก) จากนั้นนำมาวัดจำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในตัวอย่างและสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณ ED ที่มีอยู่ในตัวอย่างและจำนวนอิเล็กตรอนที่วัดได้จากเครื่องมือ หรือที่เรียกกว่า growth curve (รูป ข) จากนั้นจึงนำตัวอย่างธรรมชาติ (N) และตัวอย่างที่ผ่านการอาบแดด (Io) ที่วัดได้จากเครื่อง มาเทียบปัญญัติไตรยางค์กับ growth curve เพื่อการประเมินปริมาณรังสีที่มีอยู่ในตัวอย่างในหน่วย Gy โดยในกรณีการหาอายุตะกอน ค่า ED (ED) = N-Io (หน่วย Gy) แต่ถ้าเป็นตัวอย่างที่ผ่านความร้อนมา สามารถใช้ค่า N ตัวเดียวเป็นตัวแทนของค่า ED โดยไม่ต้องลบด้วยค่า Io
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2020/08/15-13-3-1-1024x297.jpg)
2) เทคนิคอาบแสงบางส่วน (partial bleach)
เทคนิคอาบแสงบางส่วน (partial bleach) (Aitken, 1985) เป็นเทคนิคที่ใช้ตัวอย่างแร่ควอตซ์ธรรมชาติที่สกัดได้ แบ่งเป็น 2 ชุด โดยชุดแรก แบ่งย่อยเป็นส่วนๆ และนำไปอาบรังสีที่ทราบค่าแล้วในหน่วย Gy เช่น 30 Gy 60 Gy 90 Gy และ 150 Gy (Natural+B ในรูป ก) ส่วนชุดที่สอง นำไปอาบแดด 2-3 ชั่วโมง และนำไปอาบรังสีที่ทราบค่าแล้วในหน่วย Gy เช่น 30 Gy 60 Gy 90 Gy และ 150 Gy (Partial+B ในรูป ก) จากนั้นนำตัวอย่างทั้งสองชุดไปวัดจำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในตัวอย่างและสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณ ED ที่มีอยู่ในตัวอย่างและจำนวนอิเล็กตรอนที่วัดได้จากเครื่องมือ หรือที่เรียกกว่า growth curve (รูป ข) โดยชุดแรกเหมือนกับเทคนิคการเพิ่มรังสี โดยค่า ED ในหน่วย Gy คำนวณได้จากระยะห่างในแนวแกนนอน (X) จากจุดตัดระหว่างแกน ตั้งและแกนนอน จนถึงระในแนวแกนนอนที่กราฟทั้งสองเส้น (กราฟ Natural และ Partial) ตัดกัน ด้วยวิธีนี้ไม่ต้องนำตัวอย่างธรรมชาติ (N) ไปอาบแดดเพื่อคำนวณการประเมินค่าคงเหลือ (Io) เหมือนกับเทคนิคการเพิ่มรังสี
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2020/08/15-13-3-2-1024x410.jpg)
3) เทคนิคอาบแสงสมบูรณ์ (total bleach)
เทคนิคอาบแสงสมบูรณ์ (total bleach) (Wintle และ Huntley, 1982) เป็นเทคนิคที่ใช้ตัวอย่างแร่ควอตซ์ธรรมชาติที่สกัดได้ นำไปอาบแดดเป็นเวลาอย่างน้อย 6-8 ชั่วโมง ซึ่งเชื่อว่าในช่วงเวลา 6 ชั่วโมงเป็นต้นไปนั้น สัญญาณในตัวอย่างธรรมชาติจะลดทอนจนถึงค่าคงเหลือ (residual, Io) และไม่สามารถลดทอนได้อีก (Aitken, 1985) จากนั้นนำตัวอย่งที่ผ่านการอาบแดดแล้ว ไปอาบรังสีที่ทราบค่าในหน่วย Gy เช่น 30 Gy 60 Gy 90 Gy และ 150 Gy เป็นต้น (รูป ก) จากนั้นนำมาวัดจำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในตัวอย่างและสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณ ED ที่มีอยู่ในตัวอย่างและจำนวนอิเล็กตรอนที่วัดได้จากเครื่อง หรือที่เรียกกว่า growth curve (รูป ข) โดยเส้นกราฟจะเริ่มต้นจากค่าคงเหลือ Io เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตามสัดส่วนที่อาบรังสีให้กับตัวอย่าง จากนั้นจึงนำตัวอย่างธรรมชาติ (N) ที่วัดได้จากเครื่อง TLD มาเทียบปัญญัติไตรยางค์กับ growth curve เพื่อการประเมินปริมาณรังสีที่มีอยู่ในตัวอย่างในหน่วย Gy โดยในกรณีการหาอายุตะกอน ค่า ED มีค่าเท่ากับระยะทางในแนวแกนนอนของค่าสัญญาณตัวอย่างธรรมชาติไปจนถึงจุดตัดระหว่างแกนตั้งและแกนนอน (รูป ข)
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2020/08/15-13-3-3-1024x296.jpg)
4) เทคนิคการฟื้นฟูใหม่ (regeneration)
เทคนิคการฟื้นฟูใหม่ (regeneration) (Takashima และ Honda, 1989) เป็นเทคนิคที่ใช้ตัวอย่างแร่ควอตซ์ธรรมชาติที่สกัดได้ นำไปอบด้วยอุณหภูมิ 320 oC เป็นเวลา 5 ชั่วโมง ซึ่งเชื่อว่าสามารถลบล้างสัญญาณจากตัวอย่างธรรมชาติจนมีค่าเป็น 0 (Takashima และ Honda, 1989) จากนั้น นำตัวอย่างที่ผ่านการอบแล้ว ไปอาบรังสีที่ทราบค่าแล้วในหน่วย Gy เช่น 30 Gy 60 Gy 90 Gy และ 150 Gy เป็นต้น (รูป ก) จากนั้น นำมาวัดจำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในตัวอย่างและสร้างกราฟความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณ ED ที่มีอยู่ในตัวอย่างและจำนวนอิเล็กตรอนที่วัดได้จากเครื่อง หรือที่เรียกกว่า growth curve (รูป ข) โดยเส้นกราฟจะเริ่มต้นจากค่า 0 (จุดตัดระหว่างแกนตั้งและแกนนอน) เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตามสัดส่วนที่อาบรังสีให้กับตัวอย่าง จากนั้นจึงนำตัวอย่างธรรมชาติ (N) และตัวอย่างที่ผ่านการอาบแดด (Io) ที่วัดได้มาเทียบปัญญัติไตรยางค์กับ growth curve เพื่อการประเมินปริมาณรังสีที่มีอยู่ในตัวอย่างในหน่วย Gy โดยในกรณีการหาอายุตะกอน ค่า ED = N-Io (รูป ข)
![](http://www.mitrearth.org/wp-content/uploads/2020/08/15-13-3-4-1024x299.jpg)
หลังจากได้ช่วงอุณหภูมิที่เราได้ทดสอบแล้วว่าเป็นช่วงที่เสถียรที่สุด จากนั้นจึงเลือกช่วงอุณหภูมินั้นมาใช้เป็นเสมือนตัวแทนของค่าจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด และนำไปสร้าง growth curve ต่อไป
. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth