Отваряне

Въглерод-14 е един от естествено срещащите се радиоактивни изотопи. Първите индикации за съществуването му са получени през 1936 г., когато британските физици W. Birch и M. Goldhaber облъчват ядра азот-14 във фотографска емулсия с бавни неутрони и откриват реакцията 14 N( п , стр) 14 C. През 1940 г. въглерод-14 е изолиран от американските физици Мартин Дейвид Камен и Самуел Рубен, които облъчват графитна мишена с дейтрони в циклотрон; 14 C се образува в реакцията 13 C( d , стр) 14 C. Неговият период на полуразпад е установен по-късно (Мартин Камен в първите си експерименти приема 2700 и 4000 години, Уилард Либи през 1951 г. приема период на полуразпад от 5568 ± 30 години). Текущата препоръчителна стойност на полуживот от 5700 ± 30 години е дадена в базата данни Nubase-2016 и се основава на пет експеримента, измерващи специфична активност, проведени през 60-те години на миналия век.

образование

Въглерод-14 се образува в горни слоеветропосфера и стратосфера в резултат на поглъщане на топлинни неутрони от азот-14 атоми, които от своя страна са резултат от взаимодействието на космическите лъчи и атмосферното вещество:

0 1 n + 7 14 N → 6 14 C + 1 1 H .

(\displaystyle \mathrm (~_(0)^(1)n) +\mathrm (~_(7)^(14)N) \rightarrow \mathrm (~_(6)^(14)C) +\ mathrm (~_(1)^(1)H) .)

Друг естествен канал за образуване на въглерод-14 е клъстерното разпадане на някои тежки ядра, включени в радиоактивната серия, което се случва с много ниска вероятност. Понастоящем е открито разпадане с излъчване на ядра въглерод-14 224 Ra (серия на торий), 223 Ra (серия на уран-актиний), 226 Ra (серия на уран-радий); подобен процес е предсказан, но не е експериментално открит за други естествени тежки ядра (клъстерна емисия на въглерод-14 също е открита за нуклидите 221 Fr, 221 Ra, 222 Ra и 225 Ac, които не се срещат в природата). Скоростта на образуване на радиогенен въглерод-14 през този канал е незначителна в сравнение със скоростта на образуване на космогенен въглерод-14. По време на ядрени опити и особенотермоядрени оръжия

В атмосферата през 1940-1960 г. въглерод-14 се образува интензивно в резултат на облъчване на атмосферния азот с топлинни неутрони от ядрени и термоядрени експлозии. В резултат съдържанието на въглерод-14 в атмосферата се увеличи значително (т.нар. „пик на бомбата“, виж фигурата), но впоследствие започна постепенно да се връща към предишните си стойности поради изпускането му в океана и други водоеми. Друг техногенен процес, повлиял на средното съотношение [ 14 C]/[ 12 C] в атмосферата, действа в посока на намаляване на тази стойност: с началото на индустриализацията (XVIII век) изгарянето на въглища, нефт и природен газ значително се увеличава , тоест освобождаването в атмосферата на древен изкопаем въглерод, който не съдържа 14 C (така нареченият ефект на Suess).

Ядрените реактори, използващи вода в сърцевината, също са източник на причинено от човека замърсяване с въглерод-14.

Общото количество въглерод-14 на Земята се оценява на 8500 петабекерела (около 50 тона), включително 140 PBq (840 kg) в атмосферата. Количеството въглерод-14, изпуснато в атмосферата и други среди в резултат на ядрени опити, се оценява на 220 PBq (1,3 тона).

Разпад

6 14 C → 7 14 N + e − + ν ¯ e . (\displaystyle \mathrm (~_(6)^(14)C) \rightarrow \mathrm (~_(7)^(14)N) +e^(-)+(\bar (\nu ))_( д).)Скоростта на разграждане не зависи от химически и физични свойства; Всяка секунда в човешкото тяло се случват няколко хиляди гниения. Поради ниската енергия на произведените бета частици, еквивалентната мощност на дозата на вътрешното лъчение, получено през този канал (0,01 mSv / година или 0,001 rem / година) е малка в сравнение с мощността на дозата от вътрешния калий-40 (0,39 mSv / година ) . Средният въглерод-14 от живата биомаса на сушата през 2009 г. беше 238 Bqна 1 kg въглерод, близки до пиковите стойности преди бомбата (226 Bq/kg C; 1950 г.).

Използване

Радиоизотопно датиране

Въглерод-14 постоянно се образува в атмосферата от азот-14 под въздействието на космическите лъчи. За настоящото ниво на космическа активност може да се оцени относителното съдържание на въглерод-14 спрямо „нормалния“ (въглерод-12) в атмосферата като приблизително 1:10 12 . Подобно на обикновения въглерод, 14 C реагира с кислорода, за да образува въглероден диоксид, от който растенията се нуждаят по време на фотосинтезата. След това хората и различните животни консумират растенията и техните продукти като храна, като по този начин абсорбират въглерод-14. В същото време съотношенията на концентрациите на въглеродни изотопи [ 14 C]: [ 13 C]: [ 12 C] остават почти същите като в атмосферата; изотопното фракциониране в биохимичните реакции променя тези съотношения само с няколко ppm, което може да се вземе предвид.

В мъртъв жив организъм въглерод-14 постепенно се разпада, но стабилните изотопи на въглерода остават непроменени. Тоест изотопното съотношение се променя с времето. Това направи възможно използването на този изотоп за определяне на възрастта чрез радиоизотопно датиране, датиране на биоматериали и някои неорганични проби на възраст до 60 000 години. Най-често се използва в археологията, ледниковата и следледниковата геология, както и във физиката на атмосферата, геоморфологията, глациологията, хидрологията и почвознанието, физиката на космическите лъчи, слънчевата физика и биологията, не само за датиране, но и като трасиращо средство за различни естествени процеси.

В медицината

Използва се за определяне на заразата стомашно-чревния тракт Helicobacter pylori. На пациента се дава препарат с урея, съдържащ 14 C. В случай на инфекция с H. pylori, бактериалният ензим уреаза разгражда уреята до амоняк и радиоактивно белязан въглероден диоксид, който може да бъде открит в дъха на пациента. Днес те се опитват да заменят теста, базиран на белязани 14 C атоми, с тест със стабилен 13 C, който не е свързан с радиационни рискове.

В Русия се произвеждат фармацевтични продукти на базата на 14 C.

Вижте също

Бележки

1. Audi G., Wapstra A.H., Thibault C.Оценката на атомната маса AME2003 (II). Таблици, графики и препратки (на английски) // Nuclear Physics A. - 2003. - кн. 729. - С. 337-676. - DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. - Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
2. Audi G., Kondev F.G., Wang M., Huang W.J., Naimi S.Оценката на Nubase2016 на ядрените свойства (английски) // Chinese Physics C. - 2017. - Vol. 41, бр. 3. - P. 030001-1-030001-138. - DOI:10.1088/1674-1137/41/3/030001. - Bibcode: 2017ChPhC..41c0001A.
3. Burcham W.E., Goldhaber M.Разпадането на азот от бавни неутрони // Математически сборник на Кеймбриджското философско общество. - 1936. - декември (кн. 32, № 04). - С. 632-636. - DOI:10.1017/S0305004100019356.
4. Камен, Мартин Д. (1963). „Ранна история на въглерод-14: Откриването на този изключително важен индикатор се очакваше във физически смисъл, но не и в химичен смисъл.“ Наука. 140 (3567): 584-590. Bibcode:1963Sci...140..584K . DOI:10.1126/наука.140.3567.584. PMID.
5. Мартин Дейвид Камен. „Сияйна наука, тъмна политика: мемоари от ядрената епоха.“
6. Bé M.M., Чечев V.P. 14 C - Коментари относно оценката на данните за разпадане (недефиниран) . www.nucleide.org. LNHB. Посетен на 8 юни 2018 г. Архивиран на 22 ноември 2016 г.
7. Ковалцов Г. А., Мишев А., Усоскин И. Г. (2012). „Нов модел на космогенно производство на радиовъглерод 14 C в атмосферата.“ Земни и планетарни научни писма. 337-338: 114-120. arXiv: 1206.6974 .

Всичко за всичко. Том 5 Ликум Аркадий

Как се използва въглерод-14 за определяне на възрастта на предметите?

Всички живи същества съдържат въглерод. Те също така съдържат малки количества въглерод-14, радиоактивна форма на въглерод. Използвайки въглерод-14, учените могат да определят възрастта на дървото, дрехите и всичко, което някога е било живо. Използването на въглерод-14 за тази цел се нарича радиоактивно датиране. Радиоактивният въглерод помага да се определи възрастта на обекти, които са на възраст до 50 000 години. Скоростта, с която се разпадат радиоактивните елементи, се нарича техен полуживот.

Времето на полуразпад е времето, необходимо на половината от атомите на даден елемент да се разпаднат. Времето на полуразпад на въглерод-14 е около 5500 години. Това означава, че 5500 години след смъртта на животно или растение само половината от първоначалните въглеродни 14 атоми ще останат в мъртвите организми. След 11 000 години само една четвърт, след 16 500 години - една осма от първоначалното количество и т.н.

Да предположим, че в древна гробница е открито парче старо дърво. В лабораторията той може да бъде нагрят и превърнат във въглерод или изгорен, за да се отделят различни газове, съдържащи въглероден диоксид. Въглеродът или въглеродният диоксид съдържа няколко въглеродни 14 атома. Тези атоми се разпадат. При разлагане се отделят миниатюрни частици с висока скоростостави атома. Въглеродът или въглеродният диоксид се поставят в много чувствително устройство, наречено брояч на Гайгер. Той взема предвид частиците, отделени от въглерод-14 атоми. Въз основа на броя на тези частици учените правят заключение за количеството въглерод-14 в пробата.

Учените знаят колко въглерод-14 се съдържа в същото количество жива дървесина. Чрез сравняване на тази цифра с количеството въглерод-14, останало в древната проба, учените определят възрастта на дървото. Например, ако намерено древно дърво съдържа половината от броя на атомите въглерод-14, намерени в живо дърво, тогава пробата е на около 5500 години.

От книгата Велика съветска енциклопедия (UG) на автора TSB

От книгата Велика съветска енциклопедия (CHE) на автора TSB

От книгата Най-новата книгафакти. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и други науки за земята. биология и медицина] автор

Как се използват законите на Мендел при тестовете за бащинство? Генетиците са установили, че и четирите кръвни групи се наследяват в пълно съответствие със законите на Мендел. Очевидно има три алела (възможни структурни състояния на гена),

От книгата Най-новата книга с факти. Том 3 [Физика, химия и технологии. История и археология. Разни] автор Кондрашов Анатолий Павлович

Защо в САЩ (за разлика от Русия) не използват името "никотинова киселина"? Асоциацията на американските лекари е загрижена, че сходството в имената на никотиновата киселина и никотина може да накара обществото да вярва, че тютюнът е източник на витамини. Ето защо

От книгата Всичко за всичко. Том 3 автор Ликум Аркадий

Защо за пренос и разпространение електрическа енергияизползвани предимно AC, а не постоянно? В зората на електроенергетиката, когато генератори с ниска мощност електрически токразположени на малки разстояния от потребителите (често в

От книгата 3333 трудни въпроса и отговора автор Кондрашов Анатолий Павлович

Коя страна използва най-интензивно стомана? В това отношение Япония е лидер. Според статистическите данни, в края на ХХ век, средно годишно се консумира под формата на различни продукти (преброяване на армировка за стоманобетон, който е бил използван за изграждането на различни

От книгата Всичко за всичко. Том 5 автор Ликум Аркадий

От книгата Най-новата книга с факти. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и други науки за земята. Биология и медицина автор Кондрашов Анатолий Павлович

Как се използват промишлените отпадъци в Япония? Промишлените отпадъци в Япония се използват по много оригинален начин: те се използват за строителство изкуствени острови V

От книгата Аз изследвам света. Криминалистика автор Малашкина М. М.

Какво е въглерод? Въглеродът е химичен елемент, което е изключително важно за всяко живо същество. От цялата материя, която съществува на Земята, тя представлява по-малко от един процент, но се намира във всеки организъм, жив или мъртъв. Тяло

От книгата Кой кой е в света на природата автор Ситников Виталий Павлович

Откога хората използват дървото като строителен материали гориво? Най-старите доказателства за използването на дърво като строителен материал са открити в околностите на водопада Каламбо в Танзания. Възрастта на тази находка се оценява на около 60 години

От книгата Специални служби и специални сили автор Кочеткова Полина Владимировна

Как се използва въглерод-14 за определяне на възрастта на предметите? Всички живи същества съдържат въглерод. Те също така съдържат малки количества въглерод-14, радиоактивна форма на въглерода. Използвайки въглерод-14, учените могат да определят възрастта на дърво, предмети От книгата на автора

Как се използва кацуста? В индустрията различни сортовепри направата се използва зеле бебешка храна, производство на полуготови супи, готови ястия. У дома зелето е незаменимо за приготвяне на голямо разнообразие от ястия;

От книгата на автора

„АКО ТИ НЕ ИЗПОЛЗВАШ ДРУГИ ХОРА, ТЕ ЩЕ ИЗПОЛЗВАТ ТЕБ...” Съветският представител в ООН се оказа къртица на ЦРУ Откъсите от книгата „Любовницата на дезертьора”, които предлагаме на вашето внимание, са написани от Джуди Чавес, професионална проститутка, за чиито услуги

> Въглерод-14

Характеристики и свойства на радиоактивните въглерод-14.Прочетете как да използвате полуживота на изотопите въглерод-14 в радиовъглеродното датиране, история.

Въглерод-14– радиотермичен метод за датиране, който използва радиоизотоп въглерод-14 за оценка на възрастта на обект.

Учебна цел

• Научете се да определяте възрастта на материалите с радиовъглеродно датиране.

Основни точки

• Carbon-14 работи в оценката на възрастта на материали с въглерод до 58 000-62 000 години.
• Без постоянно снабдяване с космически лъчи изотопът въглерод-14 ще изчезне след милион години.
• Най-често срещаното приложение на този метод е да се оцени възрастта на органични останки в археологията.

Условия

• Радиоизотопът е радиоактивен изотоп на елемент.
• Въглерод-14 е радиоактивен изотоп на въглерода, чието ядро ​​съдържа 6 протона и 8 неутрона.
• Радиовъглеродното датиране е характеризиране на обекти въз основа на сравнение на наблюдаваното изобилие от радиоактивен изотоп и неговите разпадни продукти.

Радиовъглеродното датиране е радиометричен метод за датиране. Той използва радиоизотоп въглерод-14, който се използва за определяне на възрастта на въглерод-съдържащи материали до 58 000-62 000 години.

Въглеродът има два стабилни изотопа, лишени от радиоактивност: въглерод-12 и въглерод-13. Има и следи от радиоактивен въглерод-14. Последният има кратък период на полуразпад (5730 години), което означава, че през това време, поради радиоактивен разпад, неговата част ще бъде намалена наполовина. Ако не беше постоянното въздействие на космическите лъчи върху атмосферата, въглерод-14 щеше да изчезне след милион години.

Диаграма на образуване на въглерод-14 (1), разпадане (2) и формула за въглерод-12

По време на фотосинтеза растенията фиксират атмосферния въглероден диоксид (CO 2) в органични съединения. Следователно получената част от изотопа 14C в растителната фаза ще бъде същата като изотопа в атмосферата. Ако растението умре или бъде изядено, тогава активността на всички изотопи спира. Концентрацията на C14 намалява с експоненциална скорост. Чрез сравняване на оставащата част от C14 с очакваната атмосферна фракция може да се направи извод за възрастта на пробата.

Некалибрирани радиовъглеродни периоди се отчитат в радиовъглеродни години - CE 1950. След това те се изследват подробно, за да дадат точни календарни дати. Най-често радиовъглеродното датиране се използва за археологически цели - определяне на възрастта на органични останки.

Уилард Либи е отговорен за изобретяването на радиовъглеродното датиране (1949 г.). Те казаха, че идеята е предложена от Енрико Ферми. Либи оценява радиоактивността на въглерод-14 на приблизително 14 разпадания на минута на грам. През 1960 г. за своите изследвания той получава Нобелова награда. Той успя да докаже точността на радиовъглеродното датиране, като използва примера за оценка на възрастта на древен египетски кораб - 1850 г. пр.н.е.

Радиоактивният изотоп на въглерод 14 C се образува главно в горните слоеве на земната атмосфера под действието на бързи неутрони върху естествения азот съгласно реакцията 14 N(n,p) 14 C. Ядрата 4 C се разпадат с излъчване на ( 3-частици с максимална енергия 156 keV Периодът на полуразпад на въглерод-14 е 5730 ± 30 години.

3,4 10 26 атома 14 C се образуват в атмосферата на година. Винаги е имало баланс между неговото образуване и разпадане, благодарение на което специфичната активност на въглерода, характерна за живата материя, се е поддържала постоянно. В смес от естествени въглеродни изотопи делът на 14 C е 1,8 10 -10%, което съответства на 0,23 Bq/g. В живите организми протичат метаболитни процеси, благодарение на които те поддържат Космогенни радионуклиди, произведени в атмосферата

Таблица 3.5

Радионуклид	Половин живот	Природа на разпадане, енергия на частиците, MeV	Специфична активност във въздуха, Bq/10 3 m 3	Концентрация при атмосферно отлагане, Bq/10 3 l
	2,6 10 6 години	P (0,553) y (0,48)		(4 - 40) 10~ 5
		p + (95%) (0,54) E.z*. (5%); y (1,28)
		P (1,37; 4,17) U (1,37; 2,75)
37 Ag		E.z., y (0,815)
41 Ag		P (1,245; 2,55)
		E.z., p (0,716)
		p (1,11; 2,77; 4,81) y (1,60; 2,12)
		p (1,65; 2,90) y (0,36; 1,31)
		P (0,15; 0,7) y (0,15; 0,54)

* E.z - електронно улавяне.

Това е равновесната концентрация на 14 C. След смъртта на организма обменът с околната среда спира и запасите от 14 C вече не се попълват. Археолозите, намирайки останки от древни растения, животни или хора, могат да определят възрастта на тези останки въз основа на съотношението 14 C и общото съдържание на въглерод в намерените проби. Очевидно, когато се вземат проби за въглеродно датиране, във всеки случай е важно да се гарантира, че взетите проби са изолирани от контакт със съвременния въглерод (по-специално с газообразен въглероден диоксид, който винаги присъства във въздуха), тъй като лека примес съвременния въглерод в изследваната проба може значително да изкриви резултатите от датирането.

До 1850 г. радиоактивността остава на ниво от 13,5 разпада в минута на 1 g въглерод, с някои отклонения от тази стойност. Но поне два пъти след 1850 г. съществуващото равновесие е нарушено.

Първият път, когато това се случи, се дължи на интензифицирането на използването на изкопаеми горива като енергийни източници (въглища, нефт, природен газ), което доведе до изпускане в атмосферата на големи количества въглероден диоксид, който не съдържаше радиоактивен въглерод поради древния произход на тези горими материали (съединения с „мъртъв въглерод“). Тези емисии намаляват съдържанието на въглерод-14 в атмосферния въглероден диоксид (ефект на Suess)