Fotoaktivasyon analiz yöntemi ile antik sikkelerin element konsantrasyonlarının belirlenmesi

Abstract

Arkeolojik eserler oldukça kıymetlidir ve bilindiği gibi birçoğu paha biçilmez değerdedir. İnsanoğlunun kültür tarihinin yorumlanmasında, arkeoloji ile beraber birçok disiplinin bir arada çalışması son derece önemli bir hale gelmiştir. Arkeometrik araştırmalardan birisi de arkeolojik eserin element konsantrasyonlarının belirlenmesine dair analizlerdir. Arkeolojik eserin iç yapısı, yani element konsantrasyonu oldukça önemlidir, çünkü bir nevi eserin parmak izi niteliğindedir. Arkeometrik incelemeler ışığında arkeolojik eserin orijinalliği, kökeninin nereye dayandığı, dönemin sosyal, ekonomik, politik, sanatsal yapısı, diğer topluluklarla ve çevreyle etkileşmeler gibi birçok konu aydınlatılabilmektedir. Bu sebeple arkeolojik eserlerin tahribatsız bir şekilde, eserin en iç katmanlarını da kapsayacak şekilde element analizlerinin yapılması bir gereklilik halini almaktadır. Fotoaktivasyon analiz yöntemi başta tamamıyla tahribatsız bir şekilde element analizlerini mümkün kılması ve bir çok avantaj sağlayan diğer özellikleri nedeniyle arkeolojik eserlerin element analizlerinin yapılması hususunda son derece uygun görünmektedir. Bu tez çalışmasında ülkemizde ilk defa fotoaktivasyon analiz yöntemiyle farklı dönemlere ait üç adet antik Roma sikkesi için element analizleri yapılmıştır. Bu tez çalışmasında çalışılan antik Roma sikkelerinin aktive edilmesi için, bir klinik lineer hızlandırıcıdan elde edilen ve nihai enerjisi 18 MeV olan bremsstrahlung frenleme ışınları kullanılmıştır. Bremsstrahlung fotonları ile aktivasyon sonucunda fotonükleer reaksiyonlar tetiklenir ve tetiklenen fotonükleer reaksiyonlarla birlikte oluşan radyoaktif çekirdeklerin taban durumlara geçişleri esnasında karakteristik gama fotonları yayınlanır. Bu karakteristik gama fotonlarının bir gama dedektörü ile sayılması ve bu dedektöre bağlı bir gama spektrometre sisteminin kullanılmasıyla gama spektrumları elde edilebilir. Bu tez çalışmasında kullanılan gama dedektörü yüksek saflıkta bir germanyum dedektörüdür. Gama spektrumlarındaki piklerin karakteristik enerjilere sahip olmaları sayesinde sikkeler içindeki element kimlikleri belirlenebilmiştir. Ayrıca sikkelerle birlikte aynı geometriye sahip olan üç adet bronz referans materyal de aynı koşullar altında aktive edilmiş ve gama spektrumları elde edilmiştir. Aktivasyon süreci yaklaşık 1 saat iken, bir soğuma periyodundan sonraki sayım süreci yaklaşık 20 saattir. Deney esnasında meydana geldikleri tespit edilen fotonükleer reaksiyonlar; çekirdekten bir nötron kopuşuyla sonuçlanan (gama,n), çekirdekten bir proton kopuşuyla sonuçlanan (gama,p) ve izomerik geçişlere neden olan (gama,gama-prime) reaksiyonları şeklindedir. Ayrıca bremsstrahlung fotonlarının hızlandırıcı içinde diğer materyallerle etkileşmesi sonucu oluşan ikincil nötronlar nedeniyle meydana gelen (n,gama) şeklindeki nötron yakalama reaksiyonu da gözlenmiştir. Niteliksel analizler sonucunda sikkeler içinde Sn, Pb, As, Sb ve Cu elementlerinin varlığı tespit edilmiştir. Ayrıca referans materyallerdeki element konsantrasyonları daha önce ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer) yöntemiyle yapılan analizler sonucunda bilinmektedir. Bu sayede sikkeler içindeki Sn ve Cu elementleri için niceliksel element analizleri de yapılabilmiş ve bu elementler için element konsantrasyonları hesaplanabilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda fotoaktivasyon analiz yönteminin diğer element analizi yöntemleriyle karşılaştırılabilir ve özellikle tahribatsız analizler için kullanılabilir olduğu görülmektedir.