전자스핀 공명 연대 측정법[電子回傳共鳴年代測定法]

기본 정보
동의어	전자 상자성 공명 측정법
시대	구석기 시대
관련 정보
유적	금굴 유적
키워드	전자스핀 운동, 핵자기 공명, 전자 자기 공명법, 단층, 자기장, 방사성 원소
사전 정보
수록 사전	한국고고학전문사전(구석기 시대 편)
집필 연도	2023
집필자	김주용

설명

전자스핀 공명 연대 측정법은 단층 활동으로 풍화되지 않은 암석[모암, parent rock]이 마모되어 형성된 단층 점토(fault gouge)에 포함된 석영, 인회석(apatite), 석고(gypsum) 등을 대상으로 이온화 방사선(ionizing radiation) 에너지양을 측정하여 단층의 활동 시기를 측정하는 방법이다.

철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등 외부에 자기장이 없는 상태에서도 자성을 지니는 강자성( ferromagnetic) 물질은 전자스핀 운동(electron-spin motion)을 하는데, 쌍전자(paired electron) 상태에서는 전자가 상호 반대 방향으로 스핀 운동을 하므로 전자 운동으로 생성되는 자기장은 서로 상쇄된다. 이와 달리 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 종이(Pp), 망간(Mn), 산소(O), 주석(Sn), 백금(Pt) 등은 자기장하에서 아주 미약하게 자성을 띠는 상자성(paramagnetic) 물질이다. 이들의 원자 내부에는 쌍을 이루지 않은 홀전자(unpaired electron)가 있다. 방사성 원소 붕괴에 의해서 자연 혹은 인공으로 이온화 방사선이 방출되면 광물 결정 내에서 원자가 이온으로 분해되고 홀전자가 만들어지며, 이 홀전자들의 격자 결함(lattice defect)으로 전자스핀 공명(ESR) 센터가 만들어진다.

ESR 센터의 숫자는 시간이 지남에 따라 더 증가하고 ESR 신호 세기(signal intensity)도 점점 커진다. 따라서 격자 결함에 포획된 전자의 개수는 지질 시료가 생성된 이후에 받은 총 자연 방사선량으로 볼 수 있다. 실제로 실험실에서는 지질 시료를 이온화 방사선에 노출해 발생되는 자유 전자가 약하게 자성을 띠는 격자 결함에 포함되도록 하여 이를 ESR 분광기(spectrometer)로 측정한다.