"С помощью ускорительного масс-спектрометра, установленного в центре коллективного пользования СО РАН "Геохронология кайнозоя", производят сверхчувствительный анализ изотопного состава углерода, что дает возможность датировать возраст найденных древних предметов с точностью до нескольких сотен лет", - сказал Пархомчук.
Ускорительная масс-спектрометрия (УМС) - современный сверхчувствительный метод изотопного анализа, при котором производится тщательная селекция атомов вещества с подсчетом изотопов. В ускорительных масс-спектрометрах заряженные частицы разгоняют до очень высоких энергий. Энергия, до которой разгоняются ионы в сибирском ускорительном масс-спектрометре, достигает 1 миллиона электронвольт или 1 мегаэлектронвольта. Это позволяет получить спектр с очень малыми примесями ненужных молекулярных ионов. По чувствительности анализа метод превосходит любые другие в тысячи раз. Основное применение УМС - радиоуглеродное датирование образов и биомедицинские исследования с использованием сверхмалого количества радиоуглеродных меток.
В частности, этот метод активно используют археологи, палеонтологи и геологи. Благодаря высокой чувствительности ускорительных масс-спектрометров, для датирования достаточно двух-трех миллиграммов графита - готовой пробы, полученной сжиганием исходного образца. Минимальное количество вещества для анализа на УМС позволяет датировать с его помощью даже самые ценные исторические артефакты. Так, для датировки в трех УМС-лабораториях США и Европы знаменитой Туринской плащаницы, в которую, по преданию, было при погребении завернуто тело Иисуса Христа, хватило всего 150 миллиграммов ткани. В результате ее ожидаемый возраст, около 2 тысяч лет, не подтвердился - оказалось, что ткань была изготовлена примерно 700 лет назад.
Исполнительный директор центра коллективного пользования "Геохронология кайнозоя" археолог Василий Зенин пояснил, что радиоуглеродным методом можно датировать находки возрастом не более 40-50 тысяч лет с точностью до нескольких сотен лет. Средняя стоимость такого анализа в мире составляет от 500 до 1 тысячи долларов, поэтому самое главное - это освоить технологию подготовки образца, чтобы для точной датировки хватило двух-трех анализов. По словам Зенина, погрешность измерений на первом российском ускорительном масс-спектрометре удалось довести до 0,4%, и это еще не предел. При этом возраст образцов, датированных зарубежными коллективами ученых, и измерения, выполненные на УМС СО РАН, в среднем совпадают.
По словам Пархомчука, для первоначальной калибровки УМС и проверки уровня точности измерений сотрудники ИЯФ использовали древесину крупных сосен, выпилив тонкие "столбцы" от центра их ствола до коры. "Линейка" с годовыми кольцами сосен стала удобным инструментом для сопоставления данных, поскольку метод дендрохронологии, используемый в Институте археологии и этнографии СО РАН, позволяет определить, к какому году относится каждое кольцо дерева.
"Во время калибровки нам удалось с точностью до года измерить, как изменилась радиоактивность атмосферы в 1970-е годы (после испытаний ядерного оружия в СССР и США). График содержания в древесине углерода-14 показал в среднем удвоенный радиоактивный фон атмосферы в этот период", - сказал Пархомчук.
Он отметил, что одним из первых пробных образцов для датировки методом радиоуглеродного анализа стала кость бизона, случайно найденная физиками под зданием ИЯФ в 1990-е годы во время строительства подземного тоннеля для одного из коллайдеров института. Ускорительный масс-спектрометр определил возраст находки - около 27 тысяч лет.
Ученый пояснил, что сегодня на сибирском УМС для геологов датируют образцы нефти и донных осадков, торфа, для археологов - фрагменты костей, керамики и древесины.
"В мире существует всего полтора десятка наиболее известных УМС-лабораторий из нескольких сотен. Эти почти космические технологии, где стерильность стремится к "вакуумной", и мы хотим, чтобы результаты датировки на УМС одного и того же образца в Аризоне, Оксфорде и на нашем оборудовании совпадали полностью и имели для исследователей одинаковую ценность. Сравнение наших текущих результатов показали, что это абсолютно реально уже в ближайшей перспективе", - сказал Зенин.