Ionizujúce žiarenie sú častice pohybujúce sa vysokými energiami. Ich zdrojom sú jadrové elektrárne, kozmické žiarenie, rádioaktívne prvky nachádzajúce sa vo voľnej prírode a iné. Tieto častice sú vďaka svojim vysokým energiám schopné - okrem iného - vyraziť z obalu atómu pevných látok elektróny.
Za normálnych okolností sú elektróny v atómových obaloch len na určitých miestach - tzv. energetických hladinách - inde nie! Ostatné miesta (energie) sú pre ne zakázané. Ku preskoku elektrónu z jednej hladiny do druhej môže dôjsť len dostatočne silným úderom zvonka (napr. "strelou" častice).
Posledná (najslabšia) poloha elektrónu v obale atómu sa volá valenčná, lebo je na povrchu a dostáva sa do styku so susednými atómami. Je to posledná fixná poloha elektrónu v atóme.
Vďaka nečistotám a nepravideľnostiam v kryštálovej mriežke prirodzených látok, sú medzi valenčným a voľným (vodivostným) pásom dodatočné záchytné centrá. A práve toho využíva spomínaná datovacia metóda termoluminiscencie.
Keď je látka ožiarená; elektróny síce vyletia z atómu do vodivostného pásu a stanú sa voľnými, ale keď sa potom snažia vrátiť späť (lebo sú priťahované kladným elektrickým nábojom jadra); nie vždy sa im to podarí. Mnohé zostanú zachytené v záchytných centrách - v tzv. "metastabilných polohách". Z týchto medzipolôh sa dostanú domov až po dodaní dodatočnej energie (napríklad zohriatim predmetu.)
Prečítajte si tiež: Ničivé účinky jadrových zbraní
Po zohriatí atómy viac poskakujú, mriežka rôzne kymáca a elektróny preskakujú zo záchytných centier do svojej hladiny pričom vyžarujú fotóny (mnohé v oblasti viditeľného svetla). Elektróny sa pri rozbehu alebo brzdení stávajú zdrojom fotónov, lebo majú elektrický náboj a vo svojom okolí pole. Na ich ceste domov tak vidíme od mnohých z nich svetlo!
Množstvo tohoto svetla môžeme merať a podľa intenzity zistiť, akú dávku žiarenia v minulosti určitý predmet dostal. Počet zachytených elektrónov je úmerný dávke. Dávka sa stanoví zmeraním svetelného výstupu pri ohreve. Robí sa to pomocou fotonásobiča, ktorý premení svetelný signál na elektrický a ten sa po zosilnení registruje. Závislosť takto vyžiarenej svetelnej energie na teplote látky v priebehu ohrevu sa nazýva vyhrievacia krivka.
Materiálom, ktoré prešli tepelným spracovaním pri vysokých teplotách (vypalovaná keramika, pálné tehly), boli v okamžiku vypálenia uvoľnené všetky elektróny, zachytené dovtedy v metastabilných polohách v záchytných centrách. Tieto sa preto vyprázdnia a časom postupne opäť zaplňujú pôsobením prírodnej rádioaktivity. V prírode sa nachádza malé množstvo rádioaktívnych prvkov, ktoré svojim žiarením uvoľňujú elektróny znovu do záchytných centier. Sú to predovšetkým rádionuklidy prírodných premenných rád, ďalej 40K a kozmické žiarenie.
Chyba stanovenia veku za predpokladu, že ožarovanie predmetu prírodnou rádioaktivitou od posledného vypálenia bolo až podnes stále rovnaké; je v optimálnom prípade okolo 3%.
Na podobnom princípe ako termoluminescencia, pracuje aj opticky stimulovaná luminescencia (OSL). Aj tu sa jedná o meranie svetla vyžiareného elektrónmi pri návrate zo záchytných centier do "domovských" hladín - ibaže vyvolaný svetlom z vonka. Meraný vzorok musel byť od začiatku v tme a tiež v tme odobratý a prinesený do laboratória. Tam je vložený do komory prístroja a ožiarený monochromatickým zeleným lúčom. Tým sa vyprázdnia centrá s príslušnými energiami (aké má frekvencia zeleného svetla - podľa vzorca E=h.f a menšie) a meria intenzita emitovaného svetla. Emitované svetlo má rôzne frekvencie (tj. farby). Aby nedošlo k rušeniu zeleným lúčom, je filtrami odfiltrovaná zelná farba. Merajú sa len zvyšné farby a intenzita prepočítava na vek. Ostatné platí rovnako, ako som spomínal pri termoluminescencii.
Prečítajte si tiež: Ako sa pripraviť na jadrový výbuch
Poslednou metódou ako zmerať koľko elektrónov je zachytených v záchytných centrách, je elektrónovo spinová rezonancia (ESR). Elektróny majú svoj spin (rotáciu) s energiou polovice Planckovej konštanty h čo je 3,315 x 10-34Js (Joule sekunda). Pretože elektrón je zdrojom elektrického poľa, je kôli tejto rotácii zdrojom aj poľa magnetického (lebo akýkoľvek pohyb elektrického poľa vyvoláva pole magnetické - a naopak). Pretože v látke sú elektróny porozhadzované chaoticky, sú aj smery ich rotácii (a magnetických siločiar) porozhadzované chaoticky. Treba to nejako zosúladiť.
Robí sa to pomocou extra silného vonkajšieho magnetu. Keď ho priložíme, elektróny sa zoradia a rotujú jedným smerom. Okrem toho vytvárajú precesný pohyb. To je taký pohyb, ako keď roztočíte detského vĺčka a os jeho rotácie sa ešte zvlášť pomalšie točí okolo pomyselného stredu. Toto sa pri zachytených elektrónoch v centrách deje presnou frekvenciou, ktorá sa dá trochu ovplyvniť intenzitou magnetu.
Keď potom takto pripravený vzorok vložíme do rezonátora generátora elektromagnetického poľa naladeného na túto frekvenciu, nastane absorbcia elektromagnetického poľa. To sa prejaví zhoršením kvality Q rezonančného obvodu - v našom prípade dutinového rezonátora - a výkon sa začne spotrebovávať. Takto môžeme zmerať intenzitu absorbcie a teda množstvo zachytených elektrónov. To prepočítame na vek.
Hovoríme, že elektróny sa dostali do rezonancie s generátorom, ako keď struna gitary začne rezonovať, keď sa v miestnosti objaví zvuk rovnakej frekvencie na ktorú je naladená.
Alfa častice: jeden z typov častíc vyžarovaných z jadra rádioaktívneho nuklidu. Ide vlastne o jadrá hélia, obsahujúce dva protóny a dva neutróny, ktorých relatívna atómová hmotnosť je 4 a náboj je plus 2. Pohybujú sa relatívne pomaly a majú malú schopnosť prieniku.
Prečítajte si tiež: Využitie infračerveného žiarenia v nočnom videní
Beta častice: rýchlo sa pohybujúce častice emitované z rádioaktívneho jadra. Môžu to byť elektróny alebo pozitróny (sú to vlastne elektróny s kladným nábojom) a môžu prenikať prostredím s nízkou hustotou alebo malou hrúbkou, napr.: papierom.
Gama žiarenie: lúče zvyčajne vyžarované z atómového jadra po alfa alebo beta časticiach. Majú formu vlnenia (podobne ako svetlo, alebo rontgenové žiarenie) a sú vežmi prenikavé. Preniknú aj cez hliníkovú fóliu. Zastaví ich olovená platňa.
Experimenty vaak ukázali, ~e tento rast je pomalaí /ako logaritmický/, a~ sa nakoniec zastaví. ných strát vychádza na tzv. Fermiho plató.
Atómy sú 10-10 m. Atómu má priemer je asi 1/100 000 priemeru atómu. V atóme je prakticky všetka hmotnosť atómu.
Elektromagnetické žiarenie je prúdom fotónov, ktoré prenikajú do látky a narážajú na elektróny. Elektrón potrebuje istú kritickú únikovú energiu, aby sa z atómu dostal preč. Ak fotón túto energiu nemá, tak elektrón túto energiu ani nedokáže prevziať. Ak ju má, tak sa elektrón uvoľní a jeho pohybová energia je daná rozdielom medzi energiou fotónu a únikovou energiou elektrónu. Inými slovami, každý uvoľnený elektrón má rovnakú pohybovú energiu presne tak, ako to zmeral F. Lenard.