تحديد عمر مسار الانشطار

يُعدّ التأريخ بآثار الانشطار تقنيةً للتأريخ الإشعاعي تعتمد على تحليل آثار التلف، أو المسارات، التي تخلفها شظايا الانشطار في معادن وزجاجيات معينة تحتوي على اليورانيوم . ^{[ 2 ]} يُعتبر التأريخ بآثار الانشطار طريقةً بسيطةً نسبيًا للتأريخ الإشعاعي، وقد كان لها أثرٌ كبيرٌ في فهم التاريخ الحراري للقشرة القارية ، وتوقيت الأحداث البركانية ، ومصدر وعمر القطع الأثرية المختلفة . تعتمد هذه الطريقة على استخدام عدد أحداث الانشطار الناتجة عن التحلل التلقائي لليورانيوم-238 في المعادن الثانوية الشائعة لتحديد وقت تبريد الصخور إلى ما دون درجة حرارة الإغلاق . تتأثر آثار الانشطار بالحرارة، ولذلك تُعدّ هذه التقنية مفيدةً في كشف التطور الحراري للصخور والمعادن. تهدف معظم الأبحاث الحالية التي تستخدم آثار الانشطار إلى: أ) فهم تطور السلاسل الجبلية؛ ب) تحديد مصدر الرواسب ؛ ج) دراسة التطور الحراري للأحواض ؛ د) تحديد عمر الطبقات التي يصعب تأريخها . هـ) تحديد تاريخ وأصل القطع الأثرية.

في ثلاثينيات القرن العشرين، اكتُشف أن اليورانيوم (وتحديداً اليورانيوم-235 ) يخضع للانشطار عند اصطدامه بالنيوترونات. وقد تسبب ذلك في ظهور آثار تلف في المواد الصلبة، والتي يمكن الكشف عنها عن طريق التخريش الكيميائي. ^{[ 3 ]}

على عكس طرق التأريخ النظائري الأخرى، فإن " النظير الناتج " في تأريخ آثار الانشطار هو أثر في البلورة وليس نظيراً ناتجاً. يخضع اليورانيوم-238 لانشطار تلقائي بمعدل معروف، وهو النظير الوحيد الذي يتميز بمعدل انشطار ذي صلة بالإنتاج الكبير لآثار الانشطار الطبيعية؛ أما النظائر الأخرى فلها معدلات انشطار بطيئة للغاية بحيث لا تُحدث فرقاً يُذكر. تترك الشظايا المنبعثة من عملية الانشطار هذه آثاراً للتلف (آثار أحفورية أو آثار أيونية ) في البنية البلورية للمعدن الذي يحتوي على اليورانيوم. عملية إنتاج هذه الآثار هي نفسها التي تنتج بها الأيونات الثقيلة السريعة آثاراً أيونية. يكشف التخريش الكيميائي للأسطح الداخلية المصقولة لهذه المعادن عن آثار الانشطار التلقائي، ويمكن تحديد كثافة هذه الآثار. ولأن الآثار المُخرّشة كبيرة نسبياً (يتراوح حجمها بين 1 و15 ميكرومتراً)، يمكن عدّها باستخدام المجهر الضوئي ، على الرغم من استخدام تقنيات تصوير أخرى. ترتبط كثافة آثار الأحافير بعمر تبريد العينة وبمحتوى اليورانيوم، والذي يجب تحديده بشكل مستقل.

لتحديد محتوى اليورانيوم، استُخدمت عدة طرق. إحدى هذه الطرق هي التشعيع النيوتروني ، حيث تُشعّع العينة بنيوترونات حرارية في مفاعل نووي، مع تثبيت كاشف خارجي، مثل الميكا ، على سطح الحبيبات. يُحفّز التشعيع النيوتروني انشطار اليورانيوم-235 في العينة، وتُستخدم المسارات الناتجة لتحديد محتوى اليورانيوم فيها، لأن نسبة ^235U : ^238U معروفة جيدًا ويُفترض ثباتها في الطبيعة. مع ذلك، فهي ليست ثابتة دائمًا. ^{[ 4 ]} لتحديد عدد أحداث الانشطار المُستحثة التي حدثت أثناء التشعيع النيوتروني، يُثبّت كاشف خارجي على العينة، ويُشعّع كل من العينة والكاشف في آنٍ واحد بنيوترونات حرارية . عادةً ما يكون الكاشف الخارجي عبارة عن رقاقة ميكا منخفضة اليورانيوم، ولكن استُخدمت أيضًا مواد بلاستيكية مثل CR-39. يؤدي الانشطار الناتج لليورانيوم-235 في العينة إلى ظهور مسارات مستحثة في الكاشف الخارجي العلوي، والتي يتم الكشف عنها لاحقًا عن طريق الحفر الكيميائي. وتتناسب نسبة المسارات التلقائية إلى المسارات المستحثة طرديًا مع عمر العينة.

هناك طريقة أخرى لتحديد تركيز اليورانيوم وهي من خلال تقنية LA-ICPMS، وهي تقنية يتم فيها ضرب البلورة بشعاع ليزر واستئصالها، ثم يتم تمرير المادة من خلال مطياف الكتلة .

على عكس العديد من تقنيات التأريخ الأخرى، يُعدّ تأريخ آثار الانشطار النووي مناسبًا بشكل فريد لتحديد الأحداث الحرارية منخفضة الحرارة باستخدام المعادن الثانوية الشائعة عبر نطاق جيولوجي واسع جدًا (عادةً من 0.1 مليون سنة إلى 2000 مليون سنة). تحتوي معادن الأباتيت ، والسفين ، والزركون ، والميكا، والزجاج البركاني عادةً على كمية كافية من اليورانيوم لتكون مفيدة في تأريخ العينات ذات العمر الحديث نسبيًا ( حقبة الحياة الوسطى وحقبة الحياة الحديثة )، وهي المواد الأكثر فائدة لهذه التقنية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الإيبيدوت والجارنيت منخفضي اليورانيوم للعينات القديمة جدًا ( من حقبة الحياة القديمة إلى ما قبل الكمبري ). تُستخدم تقنية تأريخ آثار الانشطار النووي على نطاق واسع في فهم التطور الحراري للقشرة الأرضية العليا، وخاصة في السلاسل الجبلية. تُحفظ آثار الانشطار النووي في البلورة عندما تنخفض درجة حرارة الصخر المحيطة إلى ما دون درجة حرارة التلدين. تختلف درجة حرارة التلدين هذه من معدن إلى آخر، وهي الأساس لتحديد تاريخ درجات الحرارة المنخفضة مقابل الزمن. على الرغم من أن تفاصيل درجات حرارة الإغلاق معقدة، إلا أنها تتراوح تقريبًا من 70 إلى 110  درجة مئوية للأباتيت النموذجي، ومن 230 إلى 250  درجة مئوية للزركون، وحوالي 300  درجة مئوية للتيتانيت.

نظرًا لأن تسخين العينة فوق درجة حرارة التلدين يؤدي إلى التئام أو تلدين الضرر الناتج عن الانشطار النووي، فإن هذه التقنية مفيدة لتحديد تاريخ آخر حدث تبريد في تاريخ العينة. ويمكن استخدام إعادة ضبط هذه الساعة لدراسة التاريخ الحراري لرواسب الأحواض ، وعمليات التعرية واسعة النطاق الناتجة عن التكتونية والتعرية ، وأحداث التحول في درجات الحرارة المنخفضة ، وتكوين العروق الحرارية الأرضية . كما استُخدمت طريقة آثار الانشطار النووي لتحديد تاريخ المواقع الأثرية والقطع الأثرية، وقد استُخدمت لتأكيد تواريخ البوتاسيوم-الأرجون للرواسب في مضيق أولدوفاي .

• التأريخ الإشعاعي
• علم تحديد العمر الحراري