Determination of Optimal Modulation Amplitude for Electron Spin Resonance (esr) Dating and Dosimetry Studies of Tooth Enamel

Abstract

Fossil remains, which provide important information about past life and ecology, are especially important in natural history and life evolution. Recently, many interdisciplinary dating studies have been conducted and many different techniques have been used to investigate the data obtained in this field. Electron Spin Resonance (ESR) (or alternatively, Electron Paramagnetic Resonance, EPR) is one of the methods used in absolute dating and dosimetry studies. It is based on determination of the radiation-centered radicals obtained from the radiation dose absorbed by irradiated materials. One of the important problems in dosimetry and dating studies performed with ESR method is the dependence of experimental parameters on the accumulated dose. The accumulated dose value is effective in determining the actual result of the dating and dosimetric samples. This value is influenced from the stability of the ESR centers, experimental stages, sample preparation or measurement processes. In this study, how the modulation amplitude parameter affects ESR signal intensity in ESR dating and dosimetry studies of tooth enamel investigated. The selective archaeological animal tooth enamel sample was used from the archaeological site of Köşk Höyük, in Turkey for experimental studies. This sample was prepared with combined processes of mechanical and chemical treatment of tooth in laboratory. Tooth enamel sample was irradiated by 60Co gamma-ray source in dose of 1kGy. After irradiation, ESR spectra were recorded at different modulation amplitude values at room temperature using X-band ESR Spectrometer. According to the results obtained, the most suitable modulation amplitude values for ESR measurements of tooth enamel sample examined in the study.

Geçmiş yaşam ve ekoloji hakkında önemli bilgiler veren fosil kalıntıları, özellikle doğa tarihi ve canlı evriminde önemli bir yere sahiptir. Son zamanlarda, bu alanda elde edilen verileri değerlendirmek için disiplinler arası tarihlendirme çalışmaları yapılmakta ve birçok farklı teknik kullanılmaktadır. Elektron Spin Rezonans (ESR) (veya diğer adıyla Elektron Paramanyetik Rezonans, (EPR)) mutlak tarihleme ve dozimetri çalışmalarında kullanılan yöntemlerden biridir. Işınlanmış materyaller tarafından soğrulan radyasyon dozu sonucu elde edilen radyasyon merkezli radikallerin belirlenmesi ile ilgilenir. ESR yöntemi ile yapılan dozimetri ve tarihlendirme çalışmalarında önemli sorunlardan birisi, deneysel parametrelerin biriken doz üzerinde bağımlılığının olmasıdır. Materyallerin gerçek yaşlarının belirlenmesinde etkili olan doz değeri ESR merkezlerinin kararlığından, numune hazırlama ya da ölçüm işlemleri gibi çeşitli aşamalardan etkilenmektedir. Bu çalışmada, diş minesi ile yapılan ESR tarihlendirme ve dozimetri çalışmalarında modülasyon genliği parametresinin ESR sinyal şiddetini nasıl etkilediği incelendi. Deneysel çalışma için, Köşkhöyük arkeoloji kazı alanından çıkarılan arkeolojik hayvan diş minesi örneği kullanıldı. Ölçüm işleminden önce diş minesi örneği, laboratuvar ortamında diş üzerine mekanik ve kimyasal işlemler uygulanarak hazırlandı. Daha sonra örnek, 60Co gama-kaynağı ile yaklaşık 1kGy ışınlandı. Işınlama işleminden sonra örneğin ESR spektrumları X-Band ESR Spektrometresi yardımıyla oda sıcaklığında farklı modülasyon genliği değerlerinde kaydedildi. Elde edilen sonuçlara göre, çalışmada incelenen diş minesi örneğinin ESR ölçümleri için en uygun modülasyon genliği değeri belirlendi.