物理学方法在古陶瓷考古中的应用（二）
4 、误差范围
我们要考虑热释光的精确度问题，对古剂量、年剂量影响的各种因素（灵敏度、非线性、饱和等），那么就不但需要精确确定天然放射性来源，而且应考虑陶器在历史上实际接受放射性照射条件，如含水量、氢逃逸等影响的因素。只有对上述各种因素作了正确测定和较正后，才有可能使其精确达到 10% 。而实际上由于多方面因素的影响，这些因素都不可能做到精确。同时做热释光方法误差、实验误差和测量误差也不可避免。牛津大学挨特金认为，在最理想的条件下，热释光测年法能达到 5% 的相对误差，这样对于 2000 年以内的样品，其绝对误差可小于 100 年，有可能比 14 C 法精确；但在 2000-8000 年范围内， 14 C 法要更为精确。当大于 8000 年时， 14 C 没有年轮校正曲线，热释光法可与 14 C 法相互补充即证 。
热释光年代表示为：年 [± 误差（ P ） ± 误差（ α ） ] ， P 为实际误差， α 为可解误差。
5 、现状和应用
上海博物馆从 1975 年开始研究古陶瓷热释光测定年代，先后从英国和丹麦引进了国际上最先进的热释光测量装置。王维达研究员一手创建了国内第一个 “ 古陶瓷热释光测定年代实验室 ” ，经过近 30 年的潜心研究，建立起一套完整的古陶瓷热释光测量系统，成为我国在该领域的学科带头人。
（ 1 ）中国社会科学院考古研究所有这方面的仪器；（ 2 ） 北京大学考古系也有热释光实验室，至今已经测定很多唐代之前的陶器，测定过粘土烧制的陕西唐三彩；（ 3 ） 上海硅酸盐研究所 吴隽 博士发表了《用热释光法来测定陶瓷器年代》 ；（ 4 ） 香港城市大学也有这方面的研究 ，有专 家 梁宝鎏 博士（ 5 ） 有这方面研究的还有： 复旦大学 、香港中文大学中科古物鉴证实验室等。
国际上比较著名的有的有 英国的牛津鉴证公司（ Oxford Authentication Lab ）、美国的黎明考古实验室（ Daybreak Lab ）、英国牛津大学的 D. Stoneham 、澳大利亚沃勒冈大学地学院热释光实验室等 。
三、 电子自旋共振测年法
电子自旋共振（ Electron Spin Resonance ，简称 ESR ），又叫电子顺磁共振（ Electron Paramagnetie Resonance ，简称 EPR ）。它是一种微波吸收光谱技术，用来检测和研究含有未成对电子的顺磁性物质。 1976 年 Zeller 等人首次将该技术用于地质样品的断代， 1975 年池谷元伺（ Ikeya ）用它来测定 Akiyoshi 洞穴中堆积物的年龄。在中国，已用 ESR 法测定了金牛山、郧县、南京汤山、巫山、泥河湾等古人类与旧时期地点的年代，金牛山人的测年结果表明中国的早期智人时代并不比非洲和西亚的早期智人晚，有力地支持了现代人类进化的多地区连续假说。
ESR
是一种物理现象，它是电子自旋能级在外磁场的作用下发生塞曼分裂，同时在外加微波能量的激发下电子从低能级向高能级跃迁的共振现象。 ESR
测年法的基本原理就是利用电子自旋共振的方法直接测定样品自形成以来由于辐射损伤所产生的顺磁中心的数目（即所接受的放射性射线辐照和本身的累积效应）。天然放射性主要来自于
u. Th 衰变链中的核素和 40K 的衰变。在 ESR 测年法中，被测样品实际是一剂量计。用公式表示为 P=DA= 
D （ t ） dt, 其中 P 为样品古剂量（自样品形成后累积的辐射年剂量），也就是累积剂量 DA ， A 是样品年龄， D 是样品的年剂量（样品每年接受的天然辐射剂量率）， D 随时间而变化， D=D （ t ）。
ESR 对样品的要求不十分严格。测试时将样品放在谐振腔内。电子自旋共振波谱仪包括四个部分：微波源系统、谐振腔系统、检测系统和磁铁系统。操作时，将各个系统调谐匹配，由速调管产生的微波沿波导分别通过隔离器、衰减器，经油墨下传到样品上，经谐振腔将速调管产生的微波功率放大。接着经检波器的微波能量转换，再由直接放大器放大输送到示波器或驱动 x-y 记录仪，画出 ESR 信号强度对磁场强度的一次微分曲线。磁铁系统主要是保持谐振腔的区域绝对均匀和稳定。
ESR 与其他测年法相比，其优点显而易见。 ① 测年范围广，从几千年到几百万年，几乎覆盖了整个第四纪地质年代；但主要用于几十万年的范围。 ② 测定对象广泛，洞穴的碳酸盐沉积物、软体动物贝壳、珊瑚、古脊椎动物和古人类骨骼、牙齿等都可认为测试样品。 ③ 测试条件简单，测试信号受周围环境影响小，而且样品可反复使用。 ④ 是一种非破坏性的分析方法，对样品不存在损伤。
ESR 测年目前缺乏深入系统的研究，而且主要用于地质方面，还有许多需要完善的地方。它依赖于铀的加入模式，样品含铀量、 α 辐照有效系数等一系列因素，尚需进一步研究。特别是对于接近或早于 100 万年的样品，样品埋藏期间 ESR 信号的衰退可能会导致 ESR 年龄偏低。 中国科学院动物研究所昆虫分类实验室 陈铁梅等专家指出，对于老样品 ，在未做衰退校正前，早期铀加入 ESR 模式年龄只能看成是真实年龄的上限。 ESR 和古地磁结合，有时可得出较可靠的年龄值； ESR 与铀系测年可互补互检 。
四、古地磁测年法
利用磁学的方法进行考古断代是 20 世纪后半期新兴的技术和方法，后形成了考古磁学（ Archaeomagnetism ）这一学科。考古磁学主要用于研究古代遗址和古代文物的年代。此外还可以对古陶制造原料的来源、陶器烧结温度，甚至对古代环境的研究提供资料。
陶器等类器物在制作时含有少量的磁性矿物（如赤铁、磁铁），经高温烧结，陶坯中原有的磁性会全部消失，然后在地磁场中缓慢冷却下来时，陶器中的磁性物质又会重新获得一种与当地地磁方向（磁偏角、倾角）一致的永久磁性。这种现象叫热剩磁（ RTM ）。热剩磁的磁化强度与地球磁场强度成正比，它忠实地记录了当时当地的地磁场。所以，只要知道地球磁场的强度、方向的变化规律，通过测量热剩磁与磁性变化曲线相比较就可得出陶器的年代。但是地球磁场因时空不同而异。要想确定某处的地磁变化规律就需数百年甚至数千年的长期数据，因而想确定当时的地磁强度和方向就十分困难。
考古学中一般利用已知年代样品的热剩磁方向和强度的数据，去画出过去的地磁方
向和强度变化规律曲线。通过测定未知年代的样品的剩磁所记录的烧制时的地磁参数，可以用内插法定样品的年代。 一般地，一条校准曲线适用范围从数百公里到 1000 公里 。所以，严格地说，考古磁学断代是一门比较测年方法。
考古磁学断代包括地磁方向断代和地磁强度断代两种具体方法。前者必需选用适当的样品（要求量大而且在遗址内未经移动过）和该地区的校准曲线。后者不注重样品位置的改变，但在操作过程中必须对样品进行磁屏敝。
考古地磁年代测定法十分有用，它已解决了许多问题，如测定古窑、古灶、古砖的最后一次加热年代；并且能提供考古样品的磁场方向和强度变化的信息。但因为它本身的实验曲线是建立在 “ 已知年代 ” 的基础上，是一种相对测年法，因而误差较大。
三 裂变径迹断代法
裂变径迹断代法 (FT) 在考古学中应用已有 25 年的历史。众所周知 , 古老的矿物和玻璃中都存在少量 238U 同位素裂变时留下的细长径迹 , 这些径迹易受氢氟酸腐蚀 , 因此 , 这些样品经过氢氟酸蚀刻后 , 可以在光学显微镜下观察 , 数出径迹数 , 算出发生裂变的 238U 原子数 , 利用 238U 的半衰期 8 × 1015 年 , 可以计算出样品的年代。因为 , 裂变径迹在高温下会消失 , 所以 , 裂变径迹法用于火山岩样品的检测是非常有用的。现在该法已被用于 : (a) 天然玻璃或石英玻璃形成年代的测定②。 (b) 古代人造玻璃的测定。实验证明 , 在对 1 000- 1 000 000 年的地质样品断代时 , 裂变径迹法比其它断代法精确度高。
第二节 古陶瓷分析
一 古陶瓷成分分析
所谓物质结构分析技术是对样品的宏观、微观结构、物质组成及其变化过程进行分析，提供其表层和内部构造，保存状态，构成工艺的信息。
• X 射线荧光分析
1 、 X 射线荧光分析原理
任何物质都是由原子组成，原子中间是由质子和中子组成的原子核。周围是绕原子核沿半径一定的轨道转动的电子，而电子数目与质子数目相同。电子转动轨道的半径由原子核（主要是质子数目）所决定，每层轨道上所容纳的电子数目是一定的。电子总先能居靠近原子核的，即半径小的轨道，而后逐渐占有更外层的轨道。同一种原子，它们的核外电子轨道半径，电子分布情况一样。而不同的原子，其轨道半径，电子分布情况就不一样。即就是说，不同的原子它们轨道电子间的能量不同。当用 X 射线、 α 粒子或质子轰击原子时，原子内层轨道上的电子脱出原子，处于激发态，此时，原子外层上的电子会自动跃迁到内层，去填补这个空位，而外层电子比内层电子的能量高，所以在外层电子向内层电子跳跃过程中必然释放出能量，这种能量以光的形式表现出来。我们将在极短过程（ 10-15 秒）完成的光称为荧光，又因所发出的光其相应的波长是在 X 光波段，所以又称 X 射线荧光。 X 射线荧光的波长取决于物质中元素的种类，对于每一元素，其 X 射线荧光都具有相对应的特征能量或特征波长。因而，只要测定 X 射线的能量或波长就可以判断出原子的种类和元素的组成，根据该波长荧光 X 射线的强度就能定量测定所属元素的含量。
由上面的荧光分析原理可知， X 射线荧光是一种无损伤分析法，对分析的样品没有处理要求，不取样，不受状态、大小、形状的限制。同时，分析速度快，一般一个样品 5-10 分钟左右就可以测定出主要元素和次要元素。还有， 分析范围广，一次可将样品中所有的元素鉴别出来，从常量到微量元素都可 。 能以较高的精确度测量陶瓷的全部主次量元素 。 但是使用该法时，要考虑文物在埋藏过程中受到各种侵蚀化学组成发生了变化，在检测时既要进行表面分析，也要对内部保存的部位分析。
2 、 X 射线荧光分析类型及操作
X 射线荧光分析仪器又分为能量色散型 X 射线装置（ ED-XRF ） 和波长色散型 X 射线装置（ WD-XRF ） 。分别借助 X 射线的能量、波长分辨来实现。前者能在很短的时间内对很多样品作测定，还可分析微量样品，样品可大可小。后者则对文物做精密准确的分析，样品必须放入样品盒中，不能太大，样品选择时，大块样品要去掉表面层以减少分析误差。因 X 射线荧光分析技术是一种表面分析技术，在做定量分析时，多用标准曲线法或滤纸薄样法。
荧光分析过程如下：由激发源对样品发射 X 光、 α 粒子或质子， X 射线探测器将样品发出的荧光转变 为与之能量成正比的电脉冲信号，经过能量分析系统绘出能谱曲线，根据曲线上峰的多少、高度求知样品内元素及含量多少。
3 、现状和应用
中国冶金学家、陶瓷学家 周仁 （ 1892 ～ 1973 ） 等对我国古瓷进行了系统的 X 射线荧光分析发现 ，唐至明代的瓷器上 SiO2 含量在 70% 以上， Al2O3 在 20% 左右或以下，而清瓷的 SiO2 都低于 70% ， Al2O3 却大于 20% 。有些研究者对唐三彩及东亚、东南亚、北非诸国的仿唐三彩通过 X 射线荧光分析法（用能量色散 X 射线分光仪、扫描电子显微镜对各标本测试）研究，得出中国器胎的低钙、中铁峰十分显著，而伊斯兰器胎的高钙、高铁峰非常明显，用这种迅速而非破损的方法辨别文物的不同产地或真伪比较理想 。
国外， 日本奈良教育大学的三迁利一已测量和发表了十万个古陶瓷的 XRF 数据。
