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핵분열 손상 연대 측정법

기본 정보
동의어	피션 트랙 연대 측정법, 자발 핵분열 연대 측정법
시대	구석기 시대
관련 정보
유적	연천 전곡리 유적
키워드	절대 연대 측정법, 손상 흔적, 화석 손상, 이온 손상
사전 정보
수록 사전	한국고고학전문사전(구석기 시대 편)
집필 연도	2023
집필자	김주용

설명

핵분열 손상 연대 측정법은 우라늄이 함유된 광물 등에서 핵분열로 인한 손상 흔적을 파악하여 연대를 측정하는 방법이다. 우라늄-238(238U)의 자발 핵분열(spontaneous fission)에 의해 생성된 자발 손상 흔적의 농도와, 우라늄-235(235U)의 유도 핵분열(induced fission)을 통한 인위적 유도 손상 흔적 농도를 계측하여 우라늄-238의 질량을 파악하고 시간 단위의 손상 흔적의 개수 혹은 단위 면적당 농도를 확인하여 연대를 확인하는 방법이다.

우라늄-238 원자는 알파 입자를 방출하면서 방사성 붕괴로 인해 딸 핵종(daughter nuclides)으로 변하는데, 우라늄-238은 약 200만분의 1 확률로 자발 핵분열을 일으키며 질량이 반으로 감소된다. 자발 핵분열은 대규모 충격파와 고온 열에너지를 방출하면서 무겁고 불안정하면서 전하량이 서로 다른 두 개로 양자로 나뉜다. 양전하량 차이로 인해 양자는 상호 반작용 하는 기계적 에너지에 의해 약 1~15μm 크기의 핵분열 손상을 광물 결정격자 내에 남기게 된다. 자연계에서는 우라늄-235/우라늄-238 비의 값은 거의 변하지 않으며, 실험실 원자로에서 우라늄-235 원소에 대해 유도 중성자 조사(induced neutron irradiation)를 실시하여 유도 핵분열 손상 농도를 파악할 수 있어 대상 시료의 우라늄-238값도 정량화할 수 있다.

핵분열 손상 연대 측정법에서는 주로 화성암 계열의 인회석(apatite), 스핀(sphene), 지르콘(zircon), 운모(mica), 화산성 유리 물질(volcanic glass) 등의 광물을 대상으로 연대를 측정한다. 핵분열 손상에서는 광물 형성 당시의 암석 주변 온도가 손상 흔적이 소멸되는 어닐링 온도 혹은 서냉 온도(annealing temperature)이하에서만 보존된다. 이 서냉 온도는 광물에 따라 다르게 나타나는데, 인회석은 70~110℃, 지르콘은 230~250℃이다. 따라서 핵분열 손상 연대는 해당 광물 생성과 관련하여 서냉 온도에 도달한 시기에 관한 정보도 제공한다.

연천 전곡리 유적의 전곡 현무암 하부의 하부 실트층에 포함된 지르콘을 분리하여 분석한 결과, 이 시료에서 방사성 우라늄을 포함하고 있던 실토층의 소성 온도가 약 230~250℃보다 더 낮게 확인되어 도달했던 시점 이후부터 누적 손상 흔적 연대로 판단하였다. 그 결과, 백의리층 상부 퇴적층의 FT 연대는 약 50만 년 전으로 확인되었다.

참고문헌

• Danhara, T., Bae, K. D., Okada, T., Matsufuji, K., Hwang, S. H. (2002). What is the real age of the Chongokni Paleolithic site? A new approach by fission track dating, K-Ar dating and tephra analysis. 한양대학교 문화재연구소, 한국구석기학회(편저), 전곡리 구석기유적 기념 국제학술세미나.
• Renfrew, C., Bahn, P. (2006). 현대고고학의 이해(4판)(이희준, 역). 사회평론.
• Walker, M. J. C. (2016). 제4기 지질시대 연대측정방법: 과거를 측정하다(이관홍 외, 역). 문우사. https://www.riss.kr/link?id=M14065084