Využití ionizujícího záření v archeologii

Sandra HORÁKOVÁ

Bachelor's thesis

The use of ionizing radiation in archeology

Abstract:

Metody využívající ionizující záření ke studiu archeologických artefaktů nalezly v oblasti archeologie významné místo. Archeologové za pomocí použití ionizujícího záření získávají daleko ucelenější pohled do minulosti. Hlavní oblastí využití jsou určování stáří daných objektů, dokazování pravosti artefaktů a analýzy složení předmětů k určení původu. Dnes existuje řada různých metod, avšak pro oblast archeologie jsou brány v úvahu jen takové, které nepoškozují zkoumaný předmět. To je základní omezující faktor pro tuto oblast, protože památky představují nenahraditelné kulturní dědictví. V této oblasti je známá celá řada dnes již moderních metod. Ovšem ne každá je pro daný typ materiálu vhodná. Každá metoda se vždy hodí jen pro úzký okruh daných látek i omezený rozsah stáří. Tato práce je zaměřena na metody s využitím ionizujícího záření, které jsou nejčastěji používané a typické pro tento obor. Nabízí se tedy otázka, zda při archeologických výzkumech existují významná rizika z hlediska radiační ochrany. Pro objasnění této otázky jsou v práci popsány vybrané metody a na jednu z nich, konkrétně rentgenfluorescenční analýzu je provedeno praktické měření. Výběr této metody spočíval v její časté použitelnosti mezi archeology, jelikož samotný přístroj mobilní analyzátor lze použít v terénu. Teoretická část práce je zaměřena na základní poznatky o ionizujícím záření, které jsou důležité pro pochopení řešené problematiky. Jedná se o základní pojmy, jako jsou radioaktivita, ionizující záření a jeho dělení a radiační ochrana. V souvislosti s radiační ochranou jsou nastíněny i deterministické a stochastické účinky. Dále jsou popsány základní způsoby ochrany před ionizujícím zářením a biologické účinky tohoto záření na člověka. Vymezeny jsou i limity, které jsou součástí principů radiační ochrany. Pro ucelený přehled je v teoretické části krátce popsána radiační zátěž populace. Další část bakalářské práce se věnuje výzkumu, tedy přehled vybraných metod, u kterých je ionizující záření používáno. Vybráno bylo sedm metod, které se nejčastěji používají a jsou typické pro obor archeologie. Praktické měření bakalářské práce představuje výsledky rentgenfluorescenční analýzy. Archeologický ústav Jihočeské univerzity používá právě touto metodou a konkrétně byl použit mobilní analyzátor Thermo Scientific NITON XL2 GOLDD. Slouží ke kvantitativní analýze vzorků a primární zdroj je nízkovýkonová minirentgenka 45 kV/2,0 W se stříbrnou anodou. Pro měření dávkového příkonu od přístroje NITON XL2 GOLDD byl použit měřič dávkového příkonu FH 40G-10, který zapůjčila jaderná elektrárna Temelín. Rozsah tohoto přístroje je 10 nSv/h - 1 Sv/h. K tomuto měření bylo vybráno několik předmětů jako bronzový meč, ocelové závaží o průměru 4 cm a stříbrná mince o průměru 1 cm. Měření probíhalo na základě kontaktního přiložení mobilního analyzátoru ke zkoumanému předmětu, na kterém byla provedena analýza složení. Současně byl změřen dávkový příkon přístrojem FH 40G-10 přes měřený předmět.

Abstract:

The methods using ionizing radiation for studying the archaeological artefacts have found an important place in the archaeology. The archaeologists using the ionising radiation are receiving far more comprehensive view into the past. The main area of this identification is the age of the objects, proving their authenticity and the composition analyses to determine the object origin. There is number of different methods, but for the archaeology only those methods that do not impair the subject investigated are taken into the account. This is a fundamental limiting factor for this area, as far as the monuments create an irreplaceable cultural heritage. There are number of modern methods in this area. However, not all of them are suitable for a certain material. Every method is usually suited for a narrow range of dedicated elements and limited range of ages only. This work is focused on the methods using ionizing radiation, which are the mostly used and typical for this field. Thus, the question is, whether there are any significant risks for the archaeological research in terms of the radiation protection. In order to clarify this issue, this material describes various methods and presents the results of practical measurements for the roentgen-fluorescent method. This method was selected due to its frequent usability by the archaeologists, and because the mobile analyser can be used in the field. The theoretical part of this report is focused on the basic knowledge about ionizing radiation, which is important for the understanding the issue. This is about the basic terms, such as radioactivity, ionizing radiation and its kinds, and radiation protection. In the context of radiation protection, the deterministic and stochastic effects of the ionizing radiation are outlined. The basic methods of protection against ionizing radiation and the biological effects of radiation on a human body are also described. Also the limits, embodied in the principles of radiation protection, are described. For the comprehensive overview, the radiation burden of the population is briefly described in the theoretical part of this material. The next part of this bachelor degree report is the methodology of the research, i.e., summarizes the overview of the selected methods, in which the ionizing radiation is used. Seven methods that are most commonly used and are typical for the archaeology are described. Practical measurement of the bachelor degree report presents the results of the roentgen-fluorescent analysis. Archaeological Institute of the University of South Bohemia use this method and specifically the mobile analyser Thermo Scientific NITON XL2 GOLDD. It is being used for a quantitative analysis of the samples with the primary source of low power mini roentgen tube 45 kV/W with silver anode. For the dose rate measurement from the NITON XL2 GOLDD meter, the FH-40-10 dose rate meter was used, borrowed from the nuclear power plant Temelin. Its range is 10 nSv/h - 1 Sv/h. Several items were selected for the measurement, such as the bronze sword, steel weight with the diameter of 4 cm and silver coin with the diameter of 1 cm. The measurement was accomplished after a contact application of the mobile analyser on the investigated subject, for the analysis of its composition. At the same time the dose input was measured by the FH-40-10 meter over the measured subject.

Keywords

ionizující záření, mobilní analyzátor, měření dávkového příkonu, radiační zátěž, archeologické metody

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2016

Accessible from:: 3. 5. 2016

Thesis defence

• Supervisor: prof. Dr. Friedo Zölzer, DSc.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Health and Social Studies

Bachelor programme / field:
Protection of Inhabitants / Protection of Inhabitants Focused on Chemical, Biological, Radiological and Nuclear Noxa and Explosives