Paleosismolojik çalışmalarda TL/OSL ve ESR yöntemlerinin kullanılması: Kütahya-Simav ve Kuzey Anadolu fay hattı
TL/OSL and ESR methods used in paleoseismology studies: Kütahya-Simav and North Anatolian fault zone
Yazar: EREN ŞAHİNER
Danışman: DOÇ. DR. NİYAZİ MERİÇ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Dekonvolüsyon = Deconvolution ; Elektron spin rezonans = Electron spin resonance ; Fay hattı = Fault line ; Optik uyarımlı lüminesans = Optical stimulated luminescence ; Paleosismoloji = Paleoseismology ; Radyometri = Radiometry ; Tarihlendirme = Dating ; Termolüminesans = Thermoluminescence ; Tuzak parametreleri = Trap parameters ; Yaş tayini = Age determination

Özet:
Termolüminesans (TL), Optik Uyarmalı Lüminesans (OSL) ve Elektron Spin Rezonans (ESR) yöntemleri (a) iyonize radyasyon dozimetrisi (b) retrospektif dozimetri ve arkeolojik/jeolojik örneklerin yaş tayini (c) arkeolojik tarihi eserlerin gerçekliğinin test edilmesi gibi temel araştırma alanlarında uygulamalara sahiptir. Bu yöntemler kullanarak yaş tayini, kristal yapılardaki kusur ve düzensizliklerde, çevredeki düşük seviyedeki doğal radyasyon etkisiyle biriken tuzaklanmış yük taşıyıcıların (elektronlar ve holler) yoğunluğu ölçülerek yapılır. TL ve OSL yöntemlerinde tuzaklanmış elektronların miktarı kristal sırasıyla ısı ve ışık ile uyarılarak salınan lüminesansın ölçülmesiyle belirlenebilirken, ESR yönteminde elektronlar tuzaktan çıkarılmadan manyetik alanla etkileşmesiyle ölçülen sinyal şiddetinin gücüne göre belirlenir.
Bu çalışma kapsamında TL/OSL ve ESR yöntemlerinin paleosismoloji çalışmalarında uygulanabilirliği, Anadoludaki bazı fay zonlarından alınan örnekler analiz edilerek araştırılmıştır. Lüminesans tarihlendirme uygulamalarındaki varsayımların geçerliliği ve yaş kısıtlamaları incelenmiştir. Tezin amaç ve kapsamını, yöntembilimsel özellikleri ve bunların yaş tayini uygulamalarında uygulanabilirliğini inceleyecek şekilde iki büyük başlık altında toplayabiliriz. Tez çalışmasıyla birlikte bu konuda yeni protokoller geliştirilmiş, test edilmiş ve uygulanmıştır. Lüminesans ve ESR yöntemleri kullanılarak birbirinden bağımsız eşdeğer doz hesaplama teknikleri karşılaştırılmıştır. Dekonvolüsyon yaklaşımı ile OSL sinyalleri çözümlenmiş ve uyarma sırasında lüminesans oluşum mekaniği incelenmiştir. Bu anlamda kristal içerisindeki tuzaklanmış elektronun yeniden birleşme yaşam ömrünün anlaşılabilmesi adına bir yaklaşım geliştirilmiştir. Ayrıca tarihlendirme çalışmalarında mineral ayırmak için sıklıkla kullanılan PostIR-OSL tekniğindeki ön-kızılötesi (PostIR) uyarım sıcaklığının artışıyla kuvars mineralinin de uyarıldığı gösterilmiştir. Ayrıca Termal Asistan OSL (TA-OSL) tekniği ile Çok Derin Tuzaklar (VDT) araştırılarak, bu özel tuzakların yaş tayini uygulamalarında kullanılabilirliği test edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre bazı özel durumlarda lüminesans tarihlendirme için en üst yaş sınırları bir mertebe genişletilmiştir.
Bu tez çalışması ile birlikte tuzak-yük tarihlendirme yöntemlerinin uygulanması ve kristal yapılardaki lüminesans mekaniğinin incelenmesi konularında literatüre önemli katkılar sağlandığı düşünülmektedir.

Abstract:
Thermoluminescence (TL), Optically Stimulated Luminescence (OSL) and Electron Spin Resonance (ESR) techniques stand among the basic research tools in the fields of (a) ionizing radiation dosimetry, (b) archaeological and geological dating and retrospective dosimetry, (c) authenticity testing of archaeological artifacts. Dating by applying these methods is based on the measurement of trapped electronic charges that are accumulated in crystalline materials as a result of low-level natural radioactivity present at sites, which help to calculate the time since the traps were empty. For TL and OSL, the population of trapped charges is measured by the amount of light emitted by electrons released from their traps via heat and light, correspondingly. Electrons are not evicted by ESR spectrometry; the strength of the signal emitted by trapped electrons provides a measure of the population size.
The present study examined the feasibility of using TL/OSL and ESR techniques for paleosismological studies in order to date fault gouges traces from Anatolia. The basic effort was towards examining the validity of basic assumptions on luminescence dating technique using samples with age constraints. The aim and scope of the thesis can be summarized in two broad categories, including methodological aspects and feasibility of dating. In this process, new protocols were developed, tested and applied, including multiple, independent equivalent dose estimation approaches which were adopted, using both luminescence and ESR techniques; de-convolution approximations as well as Thermally Assisted OSL, TA-OSL, stimulation with simultaneous heating of the Very Deep Traps (VDT) were applied towards possible extension of age limit in luminescence dating applications. According to the results yielded, in some special conditions age limits could be extended over one order of magnitude using TA-OSL after stimulating VDT in the natural minerals. Furthermore, one approach is succesed in order to improve the understanding of the trapped electron recombination lifetime in the crystal sutructure. Finally, it was established that Infrared stimulated luminescence (IRSL) of samples of mixed mineralogy at elevated temperatures stimulates quartz mineral as well.
This study therefore provides a basis for the application of trapped charge dating methods and concludes that it can play a significant role in studies related to trap-charge dating researches and luminescence mechanisms in the crystal structures.