Datazioni Tipicamente nucleari sono anche le tecniche di misura della concentrazione residua di 14...

Datazioni

Tipicamente nucleari sono anche le tecniche di misura della concentrazione residua di 14C sia quella tradizionale che sfrutta il conteggio dei decadimenti dellrsquoisotopo sia

quella piugrave moderna della spettrometria di massa con

acceleratori (AMS)

Il metodo del 14C egrave un grande contributo della fisica nucleare allrsquoarcheologia (e alla storia

dellrsquoarte)

Il principio su cui si basa il metodo egrave legato al decadimento radioattivo del 14C

2

Gli isotopi del carbonio

14C0

T12= 5730 a0+

Q- =1565 keV100

14N

1+ 0

12C asymp 989 13C asymp 11

Lrsquoisotopo 14 egrave radioattivo

La concentrazione di 14C (circa 10-12 del totale di atomi di carbonio) resta pressocheacute costante per effetto di un

equilibrio dinamico fra continua ldquoproduzionerdquo da parte dei raggi cosmici e continualdquoscomparsardquo per decadimento radioattivo

protoni cosmici su O N nella troposfera reazioni (pn) termalizzazione neutroni 14N(np)14C [th 1 barn]

rate di produzione medio di 14C 22 cm-2 s-1 massimo tra i 15 e i 18 Km trascurabile a livello della superficie terrestre

produzione del 14C in atmosfera

Tramite i vari metabolismi biologici TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI

PARTECIPANO A QUESTO EQUILIBRIO

e hanno perciograve nei loro tessuti 14C con circa la stessa concentrazione che in atmosfera

FINCHErsquo VIVENTI

5

0

02

04

06

08

1

12

0 10000 20000 30000 40000

C-1

4 co

ncen

trat

ion

Principio della datazione col 14C

t = middot ln [14R0 14R(t)]

t = middot[ 14R(t) 14R(t)] cioegrave 1 errore in 14R(t) 80 y

14R(t) = 14R0 middot e ndasht

tempo dalla morte (anni)

10-12

Datazioni 14C ndash la ricalibrazione

bullla concentrazione di partenza in passato non egrave sempre stata quella convenzionalmente assunta R0 conv dalla quale

si deduce un valore altrettanto convenzionale tconv per lrsquoetagrave

(etagrave convenzionale di radiocarbonio)

)(ln 0

tR

Rt conv

conv

bullcon migliaia di misure effettuate su campioni di etagrave misurata indipendentemente si egrave costruita una curva di ricalibrazione (etagrave convenzionale vs data vera) fino a

quasi 50000 anni fa

|dNdt| = N

metodo radiometrico

misure delicate e difficili percheacute decadimento puro

necessarie grandi quantitagrave di campione(10divide100 g) e tempi di

misura lunghi (ore o anche giorni)

Misura della concentrazione di 14C

9

Misura della concentrazione di 14Cda misure di attivitagrave

= 8266 plusmn 58 anni = 1 = (138 plusmn 001)middot10-8 h-1

1 mg di reperto organico ldquocontemporaneordquo 04 mg di carbonio (04middot10-3 12) 6middot1023 = 2 1019 atomi di C 24 107 isotopi di 14C

conteggio |dNdt| = N soltanto 033 decadimentiora

occorrono quantitagrave cospicue di materiale tempi lunghi di conteggio e tecniche molto delicate ed efficienti

(|dNdt| = N)

10

spettrometria di massa

la spettroscopia di massa ldquostandardrdquo non egrave

sufficientemente sensibile per discriminare le masse 14 dovute

al 14C da quelle degli isobari interferenti (14N e molecole

12CH2 e 13CH)

|dNdt| = N

metodo radiometrico





11

Accelerator Mass SpectrometryAccelerator Mass Spectrometry

12

Misura della concentrazione di Misura della concentrazione di 1414C con AMSC con AMS

La sorgente di ioni La sorgente di ioni negativi elimina negativi elimina

lrsquointerferenza del lrsquointerferenza del 1414NN

Lo stripping al terminale Lo stripping al terminale elimina le interferenze elimina le interferenze

di di 1313CH e CH e 1212CHCH22

Lrsquoanalisi finale degli ioni ad alta energia Lrsquoanalisi finale degli ioni ad alta energia consente di eliminare eventuali interferenze consente di eliminare eventuali interferenze

residueresidue

Acceleratore Tandem

Sorgente dove si mettono i campioni da

analizzare

Analisi in massa e sistemi di rivelazione

13

Misura del 14C con AMS

sono databili reperti risalenti fino a oltre

50000 anni fa

massa del campione da ldquosacrificarerdquo per la

datazione dellrsquoordine dei mg

Sensibilitagrave a concentrazioni fino a 10Sensibilitagrave a concentrazioni fino a 10 -15-15

14

1 mg di reperto organico ldquocontemporaneordquo 04 mg di carbonio 24 107 isotopi di 14C

Misura AMS della concentrazione di 14C

AMS (efficienza 1)gt 105 conteggi (tempo di misura 20-30 minuti)

(da confrontarsi con 033 decadora del conteggio

con 105 conteggi (14C)14C lt 03 t 25a

sono sufficienti quantitagrave esigue di materiale

15

Chiesa di SFrancesco a Cortona

Fondata da Padre Elia pochi anni dopo la morte del Santo Conserva tre importanti reliquie francescane

la tonaca secondo la tradizione usata per coprire il corpo del Santo al momento della morte

il cuscino anchrsquoesso associato dalla

tradizione al momento della morte di

Francesco

un evangeliario

16

Prelevati diversi frammenti da zone

diverse sia sul davanti che sul dietro

Le zone di prelievo sono state scelte

comunque vicino ai bordi o intorno a zone

danneggiate

Per eliminare possibili

ambiguitagrave

Minima invasivitagrave

Quantitagrave prelevate molto piccole (~1 cm2 di lana)

La tonaca di Cortona

Effettuati anche due prelievi dai gusci interni del cuscino

17

Per confronto ci egrave stato chiesto di datare anche la tonaca conservata in SCroce a Firenze anchrsquoessa secondo tradizione

appartenuta a SFrancesco

fronte

retro

Un campione egrave stato prelevato anche dal cordone esposto insieme alla tonaca (campione SFF6)

La tonaca di SCroce a Firenze

18

Risultati

500

600

700

800

900

1000

1100

Co

rto

na

_1

Co

rto

na

_3

Co

rto

na

_5

Co

rto

na

_6

Co

rto

na

_7

cusc

ino

_1

cusc

ino

_2

SC

roce

_1

SC

roce

_2

SC

roce

_3

SC

roce

_4

SC

roce

_5

SC

roce

cin

go

lo

etagrave

co

nve

nzi

on

ale

(a

nn

i)

19

Atmospheric data from Reimer et al (2004)OxCal v310 Bronk Ramsey (2005) cub r5 sd12 prob usp[chron]

600CalAD 800CalAD 1000CalAD 1200CalAD 1400CalAD 1600CalAD

Calibrated date

tonaca Cortona 857plusmn18BP

cuscino 1 915plusmn40BP


Tonaca SCroce 666plusmn18BP

cingolo SCroce 852plusmn34BP

20

enorme aumento dei flussi di neutroni in atmosfera e quindi anche del rate di produzione di 14C influenza sensibile temporaneamente anche sulla concentrazione globale [14C] (fino al +100 ) Successivamente il tasso di 14C in atmosfera egrave diminuito a causa della progressiva ldquodiluizionerdquo nellrsquoenorme serbatoio delle acque terrestri riavvicinandosi ai valori pre-esplosioni nucleari

test nucleari in atmosfera

(prima del trattato di non proliferazione del 1968)

21

Curva locale di bomb peak

3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

3522100Amiata 55

3441690Amiata 54

3431910Amiata 43

mg bruciatimg prelevati

3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

3522100Amiata 55

3441690Amiata 54

3431910Amiata 43


Un albero abbattuto nella zona del monte Amiata Toscana


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Gli isotopi del carbonio

14C0

T12= 5730 a0+

Q- =1565 keV100

14N

1+ 0

12C asymp 989 13C asymp 11

Lrsquoisotopo 14 egrave radioattivo









FINCHErsquo VIVENTI

5

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02

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0 10000 20000 30000 40000

C-1

4 co

ncen

trat

ion






10-12





)(ln 0

tR

Rt conv

conv


quasi 50000 anni fa

|dNdt| = N

metodo radiometrico





9






(|dNdt| = N)

10





12CH2 e 13CH)

|dNdt| = N

metodo radiometrico





11


12







residueresidue

Acceleratore Tandem


analizzare


13



50000 anni fa




14







15






Francesco

un evangeliario

16





danneggiate


ambiguitagrave





17



fronte

retro



18

Risultati

500

600

700

800

900

1000

1100

Co

rto

na

_1

Co

rto

na

_3

Co

rto

na

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Co

rto

na

_6

Co

rto

na

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cusc

ino

_1

cusc

ino

_2

SC

roce

_1

SC

roce

_2

SC

roce

_3

SC

roce

_4

SC

roce

_5

SC

roce

cin

go

lo

etagrave

co

nve

nzi

on

ale

(a

nn

i)

19



Calibrated date






20




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3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

3522100Amiata 55

3441690Amiata 54

3431910Amiata 43


3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

3522100Amiata 55

3441690Amiata 54

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FINCHErsquo VIVENTI

5

0

02

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06

08

1

12

0 10000 20000 30000 40000

C-1

4 co

ncen

trat

ion






10-12





)(ln 0

tR

Rt conv

conv


quasi 50000 anni fa

|dNdt| = N

metodo radiometrico





9






(|dNdt| = N)

10





12CH2 e 13CH)

|dNdt| = N

metodo radiometrico





11


12







residueresidue

Acceleratore Tandem


analizzare


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50000 anni fa




14







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Francesco

un evangeliario

16





danneggiate


ambiguitagrave





17



fronte

retro



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Risultati

500

600

700

800

900

1000

1100

Co

rto

na

_1

Co

rto

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Co

rto

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Co

rto

na

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Co

rto

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cusc

ino

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cusc

ino

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SC

roce

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SC

roce

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SC

roce

_3

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roce

_4

SC

roce

_5

SC

roce

cin

go

lo

etagrave

co

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nzi

on

ale

(a

nn

i)

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Calibrated date






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3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

3522100Amiata 55

3441690Amiata 54

3431910Amiata 43


3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

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3441690Amiata 54

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0 10000 20000 30000 40000

C-1

4 co

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trat

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)(ln 0

tR

Rt conv

conv


quasi 50000 anni fa

|dNdt| = N

metodo radiometrico





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(|dNdt| = N)

10





12CH2 e 13CH)

|dNdt| = N

metodo radiometrico





11


12







residueresidue

Acceleratore Tandem


analizzare


13



50000 anni fa




14







15






Francesco

un evangeliario

16





danneggiate


ambiguitagrave





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fronte

retro



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Risultati

500

600

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900

1000

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Co

rto

na

_1

Co

rto

na

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Co

rto

na

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Co

rto

na

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Co

rto

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cusc

ino

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cusc

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SC

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SC

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SC

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SC

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SC

roce

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Calibrated date






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3411800Amiata 87

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3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

3522100Amiata 55

3441690Amiata 54

3431910Amiata 43


3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

3522100Amiata 55

3441690Amiata 54

3431910Amiata 43




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)(ln 0

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Rt conv

conv


quasi 50000 anni fa

|dNdt| = N

metodo radiometrico





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(|dNdt| = N)

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12CH2 e 13CH)

|dNdt| = N

metodo radiometrico





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residueresidue

Acceleratore Tandem


analizzare


13



50000 anni fa




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Francesco

un evangeliario

16





danneggiate


ambiguitagrave





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fronte

retro



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Risultati

500

600

700

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900

1000

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Co

rto

na

_1

Co

rto

na

_3

Co

rto

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Co

rto

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Co

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cusc

ino

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cusc

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SC

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_1

SC

roce

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SC

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_3

SC

roce

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roce

_5

SC

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lo

etagrave

co

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nn

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Calibrated date






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3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

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3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

3522100Amiata 55

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3431910Amiata 43


3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

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3441690Amiata 54

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|dNdt| = N

metodo radiometrico





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12CH2 e 13CH)

|dNdt| = N

metodo radiometrico





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residueresidue

Acceleratore Tandem


analizzare


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50000 anni fa




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Francesco

un evangeliario

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danneggiate


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Risultati

500

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Co

rto

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Co

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Co

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Co

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Co

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cusc

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cusc

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3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

3522100Amiata 55

3441690Amiata 54

3431910Amiata 43


3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

3461735Amiata 57

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3441690Amiata 54

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12CH2 e 13CH)

|dNdt| = N

metodo radiometrico





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residueresidue

Acceleratore Tandem


analizzare


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Francesco

un evangeliario

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danneggiate


ambiguitagrave





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Risultati

500

600

700

800

900

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Co

rto

na

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Co

rto

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Co

rto

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Co

rto

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Co

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ino

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cusc

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3411800Amiata 87

3442100Amiata 77

3421720Amiata 72

3511900Amiata 67

3421800Amiata 64

3582000Amiata 62

3591600Amiata 61

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|dNdt| = N

metodo radiometrico





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Datazioni Tipicamente nucleari sono anche le tecniche di misura della concentrazione residua di 14...

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