什么叫碳14测验,它是根据什么测定年代的?

什么叫碳14测验,它是根据什么测定年代的?
什么叫碳14测验,它是根据什么测定年代的?

什么叫碳14测验,它是根据什么测定年代的?
美国芝加哥大学化学家利比研究分析后发现,在自然界,由化学元素组成的物质分为两大类,一类是无机化合物；第二大类是有机化合物,它主要由碳、氢、氧三种元素组成.动物和植物等有生命的物质的体内存在着大量的有机化合物.
那么,应该选择有机化合物组成中的哪一个元素呢?首选当然是碳,因为在古代的遗物和遗址中,随着时间的推移,有机化合物中的氢和氧是要变成水分而丢失的,只有碳这个元素是能够永存下去的.选择碳的另一个原因是碳这个元素存在着碳14这个放射性同位素.
那么,天然有机化合物和动植物体内为何会存在碳14呢?研究发现,宇宙射线从太空不断轰击大气层,这种轰击会使大气层中部分普通的碳原子形成放射性碳原子.利比认为,当植物活着的时候,由于不断地进行光合作用,二氧化碳（包括碳12和碳14）不断地进入植物体内,植物被动物吃掉,碳14又进入动物体内.因此动植物体内的碳14的含量是不断变化的.但是,一旦植物或动物死亡了,植物不再吸收大气中的二氧化碳,动物也不再吃植物了.于是,动植物在死亡以后的年代里,因碳14是放射性同位素,仍在继续不断地进行衰变,因此死亡动植物体内的碳14的含量在一天天地减少.碳14的量是可以通过测量其放射性确定下来的.碳14的半衰期为5730年,即经过5730年以后,碳14的量只剩下一半.放射性碳测定年代法是最常用的考古方法,它所能断定的年份最久的达50000年.
碳14是碳的一种具放射性的同位素,于1940年首被发现.它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生,其半衰期约为5,730年,衰变方式为β衰变,碳14原子转变为氮原子.
由于其半衰期达5,730年,且碳是有机物的元素之一,生物在生存的时候,由于需要呼吸,其体内的碳14含量大致不变,生物死去后会停止呼吸,此时体内的碳14开始减少.人们可透过倾测一件古物的碳14含量,来估计它的大概年龄,这种方法称之为碳定年法.
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这个地方给除了计算公式.
（2）式中Q能量为0.156 MeV；β-粒子的能量低,Emax＝154 keV；（3）式中A＝每1克碳标本现在所测的放射性强度；A0=标本生成时,每1克碳原有的放射性强度；λ=14C的衰变常数【浏览原件】年）；（4）式中之t即为所测定之标本的14C年代.
14C在自然碳中只占1.2×10-12,几万年的标本中含量还要减少千倍.14C放射的β射线能量范围在0～154 keV之间,平均能量为50keV,峰值在80keV,在空气中的平均射程只有几厘米.因此要测量如此少又微弱的放射性,技术比较复杂,必须提高探测效率、降低背景的干扰,以进行精确测量.
为了提高测定效率,首先要将标本制备成适当的化合物,并充分纯化充作探测器内的计数液体.由於一般出土标本物质往往数量有限,制备纯度必须适用於探测计数的要求,并具有良好的重复性.
14C的分析方法常用的有液体闪烁计数法及气体正比计数法两种.另外有固态碳计数法及串列静电加速质谱仪法,前者为最早使用的方法,但因有许多缺点,早已被气体正比计数法所取代而不用了；而串列静电加速质谱仪法（TAMS）系利用高能量质谱仪将离子依不同质量、电价以及能量加速,在短时间内精确地测定极为微量的标本年代,是1977年以后发展出来的最新方法.加速质谱仪法量测0.2～2mg的碳时,可达1％现代碳放射性强度的精度.它在一小时以下的计数时间,即可测定年代5500年左右之标本（参阅科月十二卷七期「加速器放射性碳定年」一文）.
生物内部都有一种碳的同位素--名叫碳－14,生物一死,该同位素马上以可以测定的速度开始衰变.碳－14大约有5 600年的半衰期--即任何样品消失一半所需的时间--因此,通过确定某种特定的碳样的衰变程度,利比就可以有效地锁定一个物体的年代--虽然是在一定限度以内.
利比的方法是以如下假设为基础的,即大气里碳－14的含量以及生物吸收这种物质的速度,在整个历史进程中是始终不变的.事实并非如此.我们现在知道,大气里碳－14的数量变化不定,取决于地球的磁场能否有效地改变宇宙射线的方向；在漫长的时间里,变化的幅度可能很大.这意味着,有些以碳－14年代测定法测定的年代要比别的这类年代更无把握.
利比公式里有个名叫衰变常数的基本成分存在3％的误差.而到了这个时候,全世界已经进行了数千次计算.科学家们没有修正每个计算结果,而是决定保留这个不准确的常数."这样,"提姆·弗兰纳里说,"你只要把今天见到的每一个以放射性碳年代测定法测定的年代减去大约3％."问题没有完全解决.人们又很快发现,碳－14的样品很容易被别处的碳污染--比如,一小点儿连同样品一起被采集来的而又没有被注意到的植物.对于年代不大久远的样品来说--年代小于大约2万年的样品--稍有污染并不总是关系很大,而对于年代比较久远的样品来说,这有可能是个严重的问题,因为统计中的剩余原子数实在太少了.借用弗兰纲纳里的话来说,在第一种情况下,就像是1000美元里少数1美元；而在第二种情况下,就像是仅有的2美元里少数了1美元.
最后,也许有点儿出人意料的是,计算结果可能由于表面看来毫不相干的外因--比如动物的饮食结构--而完全失去意义