Kari Eskola, tutkija

Luminesenssi on kiteisillä aineilla esiintyvä ilmiö, jossa kidevirheisiin loukuttuneiden sähkövarausten (elektronit) vapautuessa energiaylimäärän ansiosta syntyy valoa, jonka aallonpituus vastaa varauksen kokemaa energiatason laskua. Varauksia kertyy loukkuihin luonnon radioaktiivisen taustasäteilyn vaikutuksesta. Mitä kauemmin kiteet ovat tämän ionisoivan säteilyn vaikutuksen alaisina, sitä enemmän säteily ehtii täyttämään loukkuja. Varauksia voidaan myös vapauttaa loukkutiloista tuomalla kiteeseen ylimääräistä energiaa esim. lämmittämällä (thermoluminescence, TL) tai valaisemalla (optically stimulated luminescence, OSL).

Varausten vapautuessa loukkutiloista syntyy luminesenssivaloa, jonka intensiteetin perusteella voidaan päätellä, että kuinka paljon varauksia oli loukuttuneena. Loukkuuntuneiden varausten määrän perusteella voidaan päätellä kiteisiin vaikuttaneen ionisoivan säteilyn kokonaismäärä (säteilyannos). Säteilyn kokonaismäärää voidaan puolestaan käyttää iän määrittämiseen, kun mitataan taustasäteilyn voimakkuus (annosnopeus), joka on kerryttänyt säteilyannosta. Aika viimeiseen loukkujen tyhjennykseen saadaan jakamalla säteilyannos annosnopeudella.

Ajoituksessa TL-menetelmää voidaan käyttää hyväksi määriteltäessä valmistusvaiheessa lämmitettävien esineiden ikää (esim. nuotiokivet, keramiikka ja tiilet). OSL-menetelmää voidaan käyttää esimerkiksi hiekkakerrostumien ajoitukseen. Ideana kummassakin menetelmässä on, että loukkutilat ovat tyhjentyneet siinä vaiheessa, jonka ajankohdasta olemme kiinnostuneet. Tiilien ja keramiikkaesineiden loukut tyhjentyvät valmistusvaiheessa, kun niitä lämmitetään korkeaan lämpötilaan. Tämä tarjoaa mahdollisuuden määrittää tämä valmistusajankohta, jolloin lämmitys on suoritettu.  Hiekkakerrostumilla puolestaan valoherkät loukkutilat tyhjentyvät auringonvalon vaikutuksesta siinä yhteydessä, kun aines kulkeutuu paikasta toiseen. Myöhemmin hiekan kerrostuttua jäävät alemmat kerrokset suojaan auringonvalolta ja niiden valoherkkien loukkujen tyhjeneminen lakkaa. Tämä puolestaan tarjoaa mahdollisuuden ajoittaa se ajankohta, kun kerrostumat ovat peittyneet.

Luminesenssiajoituksia käytetään etenkin geologisissa ja arkeologisissa sovelluksissa. Laajoissa ajoitusmalleissa menetelmän käyttökelpoisuus kasvaa, koska yksittäisiä luminesenssiajoituksia voidaan yhdistää esim. radiohiiliajoituksiin ja siten kasvattaa tietomäärää mallin taustalla.