2碳14测年法
碳14测年法考古
后来,又有研究表明有一场强烈地 震导致了中子辐射增加碳14同位素 的数量,让1988年进行的碳年代测 定得出不了准确的结论。
精选
我对于C14测年法的 看法
精选
参考文献
张雪莲,仇士华.夏商周断代工程中应用的系列样品方法测 年及相关问题[J].考古,2006(2)
所需标本量较大
所需标本量小
精度不够
精度较大
精选
夏商周断代工程
用C14定出了从二里头文化到西周的考古学文化分期的年代框架
如用C14缩短范围,再根据天文推算、文献和金文历日研究, 选定公元前1046年为武王克商年。
精选
我国开始把煤炭应用于冶铁的年代之争?
精选
C14测年法的局限性
精选
碳素污染——都灵耶稣裹尸布真伪
李沐原,孙卫中.小议碳十四在考古学上的应用[J].黑龙江 科技信息,2011(28)
中国科学院考古研究所实验室.碳-14年代的误差问题[J]. 考古,1974(5)
仇士华,蔡莲珍.关于考古系列样品碳十四测年方法的可靠 性问题[J].考古,2001(11)
精选
碳14测年法在考古 学中的应用和局限
精选
几项考古重大发现
夏商周断代工程?
武王克商为什么定在公 元前1046年?
我国开始把煤炭应用于 冶铁的年代之争?
精选
C14测年法原理
外
C14
C14
C14
界
生
命
CC1144
体
死亡后随时间推移
CC1144
精选
C14测年法的发展
C14常规测年法
加速质谱C14测年法
碳十四测年概述
五、碳十四测年法存在的问题
测年的误差
标本的采集
以木质材料为例, 树心的年代要比树边的年代早上几十年甚至几
百年, 树木的年代不能等同于人们对其的使用年代。而骨骼相对
于木质标本来说较为准确。
五、碳十四测年法存在的问题
实验和研究中产生的问题 受仪器的制约, 实验结果也有可能不同。因为得出的数据年代跨度
测年;样品应具有均一性;未受污染的新鲜样品。
三、定年所用的样品
2、所用及采用的样品部位
所测物 动物 材料样品
尸体 骨骼
所测年份
动物死亡时的年份 动物死亡后的数年 树木年轮的年份 亚麻生长的年代 剪去羊毛的年份 成岩的年份
木材
树木 亚麻衣物 羊毛衣物 海相浊流岩 木炭 纤维素 亚麻衣物的一角 羊毛衣物的一角 当中的方解石
碳十四测年法概述
地球化学
目 录
碳十四 测年的 基本原 理
定年所 用的样 品
碳十四 测年存 在的问 题及解 决问题 的办法
满足条
件
C14测 年的 方法
一、碳十四测年的基本原理
稳定同位素,不发生衰变,6个中子,6个质子
12C
稳定性介于12C与14C之间,7个中子,6个质子,半衰期不详
13C
14C
小结
四、14C测年的方法
1、气体正比计数 气体正比计数是一种计算给定样品发射的β粒子的传统放射性定年技 术。β粒子是放射性碳衰变的产物。在此方法中,碳样品首先转换成 二氧化碳气体,然后在气体正比计数器上进液体闪烁计数(LSC) 液体闪烁计数是另一种放射性碳定年技术,曾经在20世纪60年代流行。 在此方法中,样品为液体形式,并添加了闪烁体。当闪烁体与一个β 粒子相互作用时会产生闪光。一个装有样品的小瓶在两个光电倍增管 之间通过。只有当两个设备都记录下闪光,才能产生一个计数。
碳-14法
碳-14法碳-14法是利用放射性同位素测定化石地质年代的一种方法。
主要用来测定有机物。
年代范围在7万年内原理碳-14的衰变是只有顶室的砂漏的最好的例子。
在高空大气中,来自宇宙线的中子轰击氮-14原子,不断地以一定的速率产生着碳-14。
这个反应是接着碳-14就发生放射性衰变,其半衰期为5692年n:中子;p:质子碳-14发射一个电子,并又变为氮。
e:电子;:粒子据人们推测,在第一颗原子弹爆炸前至少50000年中,碳-14在大气中曾以一定的速率产生着。
换句话说,碳-14的循环像一个向顶室补充砂子的速度正好等于由腰部的漏孔流出砂子的速度的砂漏一样。
产生的速度等于衰变的速率这一类过程叫永久平衡。
新产生的碳-14很快与空气中的二氧化碳均匀混合在一起,被所有活着的植物所吸收,进而通过各种途径进入所有活着的动物体内。
实际上在活着的生物体的所用碳中,碳-14的比例都是相同的。
如果任何这种碳离开循环,例如树枝被拆下来,活着海贝在海洋中死掉,则就没有新的碳-14加到这一特定体系中来了。
但原有的碳-14却不断衰变。
根据永久平衡原理,假设我们知道当初存在与生物中的碳-14有多少,则我们可以计算出任何类似的古代生物死亡的时间。
这就是碳-14测定年龄的基本原理。
发展应用碳14测定年代的方法,最早是由美国芝加哥大学原子核研究所的放射性化学家W.F.贝利于1946年发明。
用它来测定古物的绝对年代,首先就已知年代的标本加以试验,以便检查这种方法所的差误。
到1949年以后,人们开始研究了石器时代的样品和一些其他不知年代的委员会。
此后,碳14法逐步得到了发展。
在我国考古界中,此法与为是用的最多的方法之一。
中国科学院考古研究所、贵阳地球化学研究所、北京大学历史系考古专业以及文物保护科学技术研究所等单位先后建立了碳14年代测定实验室,并陆续有测定结果的报告发表。
C14测年法
碳—14测年法
自然界中的14C是宇宙射线与大气中的氮通过核反应产生的.碳—14不仅存在于大气中,而且会随着生物体的吸收代谢,经过食物链进入活的动物或人体等一切生物体中.由于碳—14一面在生成,一面又以一定的速率在衰变,致使碳—14在自然界中(包括一切生物体内)的含量与稳定同位素碳—12的含量的相对比值基本保持不变.
当生物体死亡后,新陈代谢停止,由于碳—14不断衰变减少,因此体内碳—14和碳—12含量的相对比值相应不断减少.通过对生物体出土化石中碳—14和碳—12含量的测定,就可以准确算出生物体死亡(即生存)的年代.例如某一生物体出土化石,经测定含碳量为M克(或碳—12的质量),按自然界碳的各种同位素含量的相对比值呆计算出,生物体活着时,体内碳—14的质量应为m克.但实际测得体内碳—14的质量内只有m克的八分之一,根据半衰期可知生物死亡已有了3个5730年了,即已死亡了一万七千二百九十年年了.美国放射化学家W.F.利比因发明了放射性测年代的方法,为考古学作出了杰出贡献而荣获1960年诺贝尔化学奖.。
文物鉴定中的放射性同位素测年方法
文物鉴定中的放射性同位素测年方法概述:文物鉴定是一项重要的文化遗产保护工作,而放射性同位素测年方法在文物鉴定领域有着十分重要的地位。
本文将介绍放射性同位素测年方法在文物鉴定中的应用与原理,并探讨其在鉴定中的局限性和前景。
通过对放射性同位素测年方法的深入了解,我们可以更好地保护和研究珍贵的文化遗产。
一、放射性同位素测年方法的原理放射性同位素测年方法是基于放射性同位素的衰变过程来推断物质年代的一种方法,主要分为碳-14测年和铀系列测年两种。
1. 碳-14测年碳-14测年是通过测量文物中的碳-14同位素含量与稳定碳同位素的比值来确定年代。
该方法主要适用于有机物质的测年,如木材、纸张等。
原理是利用地球上不断变化的大气中碳-14同位素的比例,并结合其半衰期来计算样本的年龄。
2. 铀系列测年铀系列测年是通过测量文物中铀系列同位素的衰变情况来推算年代。
常用的铀系列元素有铀、钍和铅等,因其衰变速率稳定且适用范围广,所以在文物鉴定中得到广泛应用。
通过测量样本中铀系列元素与其衰变产物之间的比值,可以计算出样本的相对年龄。
二、放射性同位素测年方法在文物鉴定中的应用放射性同位素测年方法在文物鉴定中有着广泛的应用领域,包括但不限于以下几个方面:1. 确定文物的年代通过测定文物中含有的放射性同位素的比例,可以推算出文物的年代。
这对于无法准确判断年代的文物非常有帮助,有助于研究者更好地理解文物的历史背景和文化价值。
2. 推断文物的制作时间和历史变迁放射性同位素测年方法可以帮助研究者确定文物的制作时间和历史变迁,从而揭示文物所蕴含的历史信息。
比如,通过测定陶器中的碳-14含量,可以确定陶器的年代,了解不同年代陶器的制作工艺和风格差异。
3. 辅助文物的鉴定和鉴别在文物鉴定的过程中,有时难以准确判断文物的真伪和年代。
而放射性同位素测年方法可以提供一种客观、科学的手段,帮助鉴定者更准确地判定文物的真实性和年代。
4. 建立文物数据库和年代序列通过对大量文物进行放射性同位素测年,可以建立文物数据库和年代序列,为文物鉴定和历史研究提供良好的参考依据。
碳十四断代法可以用来
碳十四断代法可以用来
碳十四断代法可以用来测定古生物化石的年代。
碳十四断代法,又称"碳-14年代测定法"或"放射性碳定年法",是根据碳14的衰变程度来计算出样品的大概年代的一种测量方法,这一原理通常用来测定古生物化石的年代。
1940年代,碳十四断代法由时任美国芝加哥大学教授威拉得·利比(Willard Frank Libby)发明,威拉得·利比因此获得1960年诺贝尔化学奖。
当生物体活着时,由于呼吸、进食等原因,它会不断从外部摄入C14。
最终,体内C14与C12的比例将与环境保持一致。
当生物体死亡时,C14的摄入将停止,然后体内C14与C12的比率将因C14在体内的衰变而改变。
通过测量C14与C12的比率,可以确定该生物体的死亡年代。
碳占人体总质量的18%。
生物体每克碳含有大约500亿个碳14
原子,其中大约10个碳14原子每分钟衰变一次。
碳十四测年法到底测出了什么
碳⼗四测年法到底测出了什么简单归纳下,碳⼗四测年法恰恰证明地球⼗分年轻,根本不是多少亿年碳14是碳原⼦在⾼空受到宇宙射线照射产⽣的不稳定原⼦,它的半衰期按⽬前测定为5730年,每到半衰期就有⼀半会衰减成氮14,⼤约到7万年就衰减到原来的千分之⼀,会⼤⼤加⼤误差,⼀般认为在5万年内相对准确碳12是稳定的碳原⼦,碳14测年法通过测定样本内碳12与碳14的⽐例估算样本的年代,碳14含量越低,说明年代越久远碳会⾃然产⽣三种不同的类别(同位素): 12C、13C和14C。
碳-14被⽤来测年的原因是它很不稳定(放射性),⽽12C和13C是稳定的。
放射性的意思是碳-14会随着时间的过去衰变(放射出射线),于是变成不同的元素。
在此过程期间(称为 “β衰变”),碳-14原⼦中的中⼦会转变成质⼦。
因着失去⼀个中⼦和得到⼀个质⼦,碳-14被变成氮-14(14N = 7个质⼦和7个中⼦)。
如果碳-14不断地衰变,地球最终会消耗所有的碳-14吗?答案是否定的。
碳-14不断被增加到⼤⽓层中。
从外太空来的宇宙射线(包括⾼⽔平的能量)撞击地球上空的⼤⽓层。
这些宇宙射线与⼤⽓层中的原⼦发⽣碰撞,使它们产⽣分裂。
来⾃这些碎⽚原⼦的中⼦与氮-14原⼦(⼤⽓层主要是由氮和氧组成的)发⽣碰撞,把它们转变成碳-14。
⼀旦碳-14产⽣,它就会与⼤⽓层中的氧结合(12C表现像14C。
⼀样,也会与氧结合)产⽣⼆氧化碳(CO2)。
因为CO2会与植物混合(意思是我们吃的⾷物包含12C和14C),所以12C和14C在所有的活⽣物中应该有同样的⽐率,正如在我们呼吸的空⽓中⼀样)。
碳-14测年过程是怎么⼯作的?⼀旦活⽣物死亡,测年过程就会开始。
只要有机体仍然活着,它就会继续吸引14C;可是,当它死亡的时候,它就会停⽌。
既然14C是放射性的(衰变为氮-14),死亡有机体中14C的数⽬会随着时间的过去变得越来越少。
因此,测年的过程包含测定14C数⽬(衰变后仍然存在的部分)。
碳十四鉴定
碳十四鉴定
碳十四鉴定是一种用于确定有机物或古代物质的年龄的方法。
碳十四(C-14)是一种放射性同位素,其半衰期约为5730年。
在生物体死亡后,它的碳含量会随着时间的流逝而逐渐减少。
碳十四鉴定的基本原理是通过测量样品中的碳十四同位素相对于稳定的碳同位素的比例来确定样品的年龄。
当生物体还活着时,它们会吸收大气中的二氧化碳,并且这些二氧化碳中包含一定比例的碳十四。
但是一旦生物体死亡,它们不再吸收新的碳十四,同时已存在的碳十四会以一定速率进行衰变。
通过测量样品中碳十四和稳定的碳同位素的比例,可以计算出从生物体死亡到现在的时间。
这样的鉴定技术常被用于考古学、地质学和环境科学等领域,用于确定古代遗址、化石和其他有机物的年龄。
需要注意的是,碳十四鉴定仅适用于距今不超过6万年左右的样品,因为在更远的时间尺度上,碳十四含量会变得非常微弱,导致难以准确测量。
放射性同位素碳14在考古学中年代测定方法
放射性同位素碳14在考古学中年代测定方法考古学是研究人类历史和文化的学科,而年代测定是考古学中的一个重要环节。
在考古学家探索历史遗存、揭示人类文明演变的过程中,年代测定可以帮助研究者准确地确定遗址的年代和不同文化的时间先后顺序。
放射性同位素碳14就是一种被广泛应用于考古学中的年代测定方法。
碳14(Carbon-14)是一种放射性同位素,以其半衰期约为5730年而闻名。
碳14存在于地球上的所有有机物中,包括人和动物的骨骼、植物的遗骸以及陶器等材料。
当有机物死亡后,其体内碳14的浓度开始逐渐降低,而不断生成的非放射性同位素氮14则保持相对稳定。
基于碳14的半衰期,考古学家可以利用同位素的放射性降解来确定遗址的年代。
具体而言,碳14测定方法通过分析遗址中的有机残留物,例如木材、炭化物、骨骼等,来测定其所含碳14的分子比例,并将其与已知年代的参考样品进行比较。
为了进行这种年代测定,考古学家从遗址中取样,通常选择相对于考古目标具有代表性的材料。
这样的材料通常是有机物质,因为无机物质中没有碳14。
一旦取得了样本,考古学家就会将其送往实验室使用加速器质谱仪(Accelerator Mass Spectrometer)进行碳14测定。
加速器质谱仪是一种高精度、高灵敏度的仪器,可以测定极微量的同位素。
在测定碳14时,实验室的技术人员首先将样品转化为纯净的二氧化碳,然后将其注入加速器质谱仪中。
加速器质谱仪会加速样品中的碳原子,并将其分离出来进行计数。
通过测定样品中碳14的放射强度,可以计算出样品中碳14和碳12的比例,从而得到年代数据。
然而,碳14测定方法也存在一些限制和不确定性。
首先,由于碳14的半衰期有限,该方法在测定远古时期,尤其是超过50000年的样品时可能不太有效。
其次,在碳14浓度很低的样品中,由于样品中残留的碳14会被大量稳定同位素稀释,所以测定结果可能不太可靠。
此外,环境因素也可能影响样品的碳14含量,如淋滤作用、化学交换等,这些要素需要被纳入考虑。
碳14检测玉器的原理
碳14检测玉器的原理碳14(C14)测年法是一种用于确定有机物质年龄的方法,其基本原理是利用放射性碳14的衰变过程中所经历的时间来推测有机物质的年代。
这种方法也可以用于玉器等无机物质的年龄测定,其原理和步骤如下:1. 碳14的生成:地球上的大气中主要存在两种碳同位素:稳定的碳12和稳定的碳13,以及极微量的放射性碳14。
放射性碳14是宇宙射线与大气中稳定碳同位素相互作用生成的。
这些宇宙射线通过与大气分子碰撞,形成辐射性的氮14(N14)原子。
这些氮原子进一步与大气中的氧原子结合形成碳14(C14)。
2. 生物体的吸收:生物体在生命周期中会通过食物链摄取大气中的二氧化碳,其中包括了碳14。
这使得生物体内的碳14含量与大气中的碳14含量保持一致。
3. 碳14的衰变:碳14具有放射性,以恒定的速度衰变为氮14。
半衰期是计算放射性元素衰变的时间,碳14的半衰期约为5730年。
在生物体死亡之后,不再吸收新的二氧化碳,碳14的衰变过程便开始。
4. 碳14含量的测定:测定有机物质中碳14的含量是通过检测其衰变后的核素含量来进行的。
一般而言,使用液体闪烁技术或者加速器质谱技术进行测量。
这些技术能够测量出样品中碳14与氮14的比例,然后通过比较参考样品和测定样品中的碳14含量来计算年代。
5. 年代的推算:通过测定样品中的碳14含量和设定的碳14的衰变速率,可以计算出该样品的年代。
计算的基本原理是假设初始时刻样品中的C14含量与大气中一样,然后根据经过的半衰期数量来估算样品生命的持续时间。
然而,需要注意的是,碳14测年法在玉器等无机物质的年代测定中可能存在一些限制。
因为无机物质的形成和碳14的吸收过程不同于生物体,所以无机物质中碳14的含量可能会受到其他因素的干扰。
而且,玉器等无机物质中的碳14含量通常很低,所以需要一系列的精密测试来确保结果准确。
总的来说,碳14测年法是一种依赖于碳14的衰变过程来推测物质年代的方法。
油墨形成时间鉴定
油墨形成时间鉴定
油墨形成时间鉴定是一种通过对油墨样本进行实验和测试来确定其形成时间的方法。
以下是常见的几种油墨形成时间鉴定方法:
1. 色谱分析:使用色谱仪器对油墨样本进行分析,通过分析样本中的化学成分和含量来确定油墨的形成时间。
不同年代的油墨可能含有不同的化学成分,从而可以为油墨样本进行年代鉴定。
2. 碳14定年:利用碳14同位素的衰变特性,通过对油墨样本中碳14同位素的测量来确定油墨的形成时间。
碳14定年方法需要专门的实验室设备和技术,并且只能用于几千年以内的样本。
3. 微量元素分析:通过对油墨样本中微量元素的分析来确定其形成时间。
随着时间的推移,油墨中的微量元素含量会发生变化,通过对不同年代的油墨样本进行比较,可以确定其形成时间。
4. 纸张研究:通过对油墨样本所在纸张的研究,包括纸张的类型、纤维组成、水印等特征,来确定油墨的形成时间。
纸张的特征经过时间的推移,会发生变化,因此可以通过对纸张进行分析来推断油墨的形成时间。
油墨形成时间的鉴定是一项复杂的工作,需要结合多种分析方法和实验手段进行综合鉴定,以提高结果的准确性。
同时,也
需要考虑到样本的保存状况和可能存在的干扰因素,以确保鉴定结果的可靠性。
古代陶器的年代测定与分析技术
古代陶器的年代测定与分析技术古代陶器作为历史遗存的重要物品,对于了解古代社会、文化和艺术发展具有重要意义。
然而,要准确地确定古代陶器的年代并了解其制作工艺、原料来源等信息,需要借助一系列的测定和分析技术。
本文将介绍几种常见的古代陶器年代测定与分析技术。
一、碳14测年技术碳14测年技术是目前用于确定古代物品年代的最常用方法之一。
在古代陶器中,含有有机物质,如陶瓷表面的斑点、陶瓷内部的残留物等,通过对这些有机物质进行碳14测年,可以获得较为准确的年代信息。
碳14测年技术基于放射性碳14同位素的衰变原理,通过测量物质中碳14与稳定碳12的比例来计算年代。
二、热释光测年技术热释光测年技术是一种利用物质在热激发下释放热释光的原理来测定样品年代的方法。
古代陶器中的矿物质,如石英、长石等,会在受到太阳光或火山爆发等热激发后,储存能量,并在受热激发后释放出特定的热释光信号。
通过测量这些释放的热释光信号,可以确定陶器的年代。
热释光测年技术对于年代较久远的古代陶器具有较高的准确性。
三、几何形状分析除了常见的年代测定技术外,通过研究古代陶器的几何形状也可以为其年代的确定提供一定的参考。
不同历史时期和地区的陶器往往具有特定的外形特征和造型风格,通过研究陶器的几何形状、器物比例、器底型态等,可以对其年代进行初步判断。
然而,几何形状分析是一种相对主观的方法,需要结合其他测定技术进行综合研究。
四、元素分析技术元素分析技术可以通过分析陶器中的化学元素含量及其分布情况,来推断其制作工艺和原料来源。
陶器中常见的元素包括铁、锰、铜、锌等,不同类型的陶器在元素组成上会有一定的差异。
通过测量陶器中元素的含量,并与已知样品进行对比,可以初步确定陶器的年代和制作工艺。
目前主要的元素分析技术包括X射线荧光光谱分析、电子探针微区分析等。
综上所述,古代陶器的年代测定与分析技术多种多样,每种技术都有其优缺点和适用范围。
通过结合不同的测定和分析方法,可以更加全面地了解古代陶器的年代、制作工艺、原料来源等信息,为研究古代社会、历史和文化提供重要的参考依据。
碳14测年
114C测年基本原理1.1 14c的产生•宇宙射线中子冲击高空氮生成14C ,新生14C 被氧化成CO,参加自然界碳循环扩散到2整个生物界以及与大气发生交换的一切含碳物质中。
1n+ 14N→14C+1H1.2 14C的循环•海水中的碳酸盐类物质通过与空气中的14CO发生交换而使含14C 物质进入海水中;2•植物经过光合作用吸收14CO2动物通过食物链而摄入14C 。
•这些物质的14C 含量一方面按放射性衰变规律减少,一方面又不断从大气中获得补充,保持动态平衡。
1.314C 的衰变±•如动植物的死亡碳酸盐的掩埋等,造成物质中的14C 不再得到补充,原始的放射性14C 就按衰变规律减少,14C 的半衰期为5730±40a 根据衰变反应14C →14N+β和衰变定律,有:14N *=14C(e λt -1) 由A=A 0e -λt → t=-1/λln(A /A 0)(A-样品放射性比度,A 0-样品活着时的放射性比度,假设在14C 可测年龄段内,宇宙辐射强度相似,即A 0=13.56±0.07dpm /g)λ2 样品的选择14C常规测定的高精度技术即使用常量样品,如3~10克碳,计数其14C原子衰变时放射出的β射线。
小样液闪是常规测年与加速器测年法之间的必要补充,从而构成较完整的14C 测年方法系列,(小于1g碳)直接计数样品中的14C原子,因而需要的样品量不到常规法用量的千分之一(<10mg)2.2 湖相淤泥•湖相淤泥含大量或不含水生植物的有机遗体,而这些植物吸收了水溶大气CO 2和HCO 3—离子中的碳。
这两种来源的碳具有不同的14C 放射性比度大气中CO 2富14C ,而HCO 3—中的14C 贫乏•如果水溶液含有石灰岩沉积,淤泥有可能与这些物质相结合,致使c 年龄测定给出错误的结果,所以尽量获取生物成因的淤泥。
2.3 湖湘贝壳类•湖相贝壳的初始14C浓度与溶解在湖水中的CO2和HCO3—的14C浓度在生长期达到平衡,具有一定可信度。
碳-14计年法
碳-14计年法[考古的利器─碳-14计年法]阅读以下文章,并回答文末的问题….维拉.黎比要如何判别一件古物是真品还是赝品呢?或是出土的岩石、化石究竟年代如何久远?在科学上有没有可靠的方法来作真伪的鉴定呢?约在半个世纪前,美国化学家维拉.黎比(Willard Frank Libby, 1908-1980)发展出一种称为「碳-14计年法」的科学技术,用来估算古物的年龄,黎比也因为这项成就而在一九六○年荣获诺贝尔奖。
同位素与半衰期要说明碳-14计年法这个技术,先要从「同位素」与「半衰期」讲起。
同位素的「位」字,是指在元素周期表上的「位置」,既然「同位」,就是同一种元素。
原子是由质子、中子、电子三者组成,质子与中子构成原子核,与质子数目相同的电子则在原子核外环绕。
不同元素的原子核中有不同数目的质子与中子,而质子的数目就决定了原子的种类。
比如说,有6个质子的原子就是碳原子,有11个质子的原子就是钠原子,有92个质子的原子就是铀原子。
质子的数目决定原子在周期表上的次序,所以,原子中质子的数目也称为这个元素的「原子序」。
每个元素根据它质子数目的多少,在元素周期表上都有一定的位置。
如果两个原子的质子数目相同,但是中子数目不同的话,它们在周期表上是同一个位置的,就叫「同位素」,就像是孪生兄弟一般。
比如说,正常的钴原子中有27个质子及32个中子,加起来是59,我们称它钴-59,没有放射性;而他的孪生兄弟是大家耳熟能详的钴-60,有27个质子及33个中子,有放射性。
有放射性的同位素叫「放射性同位素」,而没有放射性的同位素叫作「稳定同位素」,所以,并不是所有同位素都有放射性。
也有一些元素本来并没有放射性,但为了科学上的需要,而以人工方法特地制造出放射性同位素来,比如,铝-27原子用中子束来撞击,就会变成有放射性的铝-28了。
衰变放射性同位素将放射质点或能量逐渐释出就变成没有放射性了,这个过程叫「衰变」。
不同放射性物质的衰变速度有快有慢,在科学上用「半衰期」来表示衰变的快慢。
绝对年代测定法
第四纪年代测定法一. 碳十四测年法(14C)1. 基本原理自然界中的14C主要是由宇宙射线中的中子和大气中的氮核(14N)发生核反应而形成的。
新生的14C遇氧化合为含14C的CO2,大气中的CO2通过自然界碳的循环进入生物圈和水圈,。
植物通过光合作用吸收大气中的CO2,动物又吃植物,因而所有生物都含有14C 。
生物死后,尸体分解将14C 带进土壤或大气中,大气又和海面接触,其中的 CO2又和海水中溶解的碳酸盐和 CO2进行交换,导致所有含碳物质均具有14C。
如果含碳物质一旦停止和大气交换如生物死亡、碳酸盐沉积被埋藏等,则14C得不到新的补充,而原有的14C仍按衰变指数继续减少,每隔5730年(14C的半衰期)减少原含量的一半,时间愈久含量愈少。
只要我们测出和大气发生过交换平衡的含碳物质中14C的含量,就可以计算出该样品和外界停止14C交换后所经历的年代。
有一点必须指出,过去大气中的碳十四放射性水平只是变化相对不大,但并不是真正恒定的。
利用统一的现代标准计算出来的年代并不是日历年代,只能称为碳十四年代。
为了解决这个矛盾,学者们又找出了一个辅助的方法,就是通过树轮年代校正曲线来进行校正。
树木春长秋止,在树干截面上形成疏密相间的年轮,年轮的宽窄是由当年的气候等因素决定的,科学家根据年轮的宽狭序列便可知道其生长的年代。
他们首先建立起近几万年的树轮序列,然后测定每一个年轮的碳十四含量,作出了一个曲线,就是树轮年代曲线图。
用它校正,可将误差缩减到几年。
2.采样要求凡和大气发生过交换平衡的含碳物质,如木、碳、生物体、泥、贝壳、骨、碳酸盐等,均可用于14C测年。
样品类别样品种类采样量(g)木质树木、竹子、木器50-100碳质木炭、炭化木20-50生物体果实、各种编织物100泥质泥炭、粘土、土壤500-2000贝壳壳体、礁体100-200骨质骨骼、牙齿、角>100碳酸盐灰华、钙结核、钟乳石100为了保证数据可靠性和正确使用数据,采样注意事项:A 所采样品要防止后期污染,包括采样过程、运输、实验室处理中有可能出现的碳污染;B 要注意所采样品的埋藏状态,如是否经过搬运等。
碳14计算年代的原理
碳14计算年代的原理一、引言碳14(Carbon-14)是一种放射性碳同位素,其半衰期约为5730年。
通过测量某物质中碳14的含量,可以计算出该物质形成的年代。
这一方法被广泛应用于考古学、地质学等领域,为研究古代文明和地质变迁提供了重要的依据。
二、碳14的生成与衰变碳14的生成主要是因为地球大气层中的氮14与宇宙射线发生碰撞,形成碳14同位素。
这些碳14同位素会随着大气循环进入到生物圈中,被植物吸收后进入食物链,最终被人类和其他生物摄入。
然而,碳14并不稳定,会发生放射性衰变,衰变成氮14。
碳14的半衰期为5730年,即在5730年后,原来含有一半碳14的物质中只剩下一半的碳14,而另一半已经转化为氮14。
三、碳14年代测定的原理测定某物质中碳14的含量,可以通过测量其放射性衰变速率来实现。
具体来说,科学家会收集到一些含有有机物质的样本,如木材、骨骼、纺织品等。
然后,利用各种方法将样本中的有机物质提取出来,通常是将其转化为二氧化碳。
接下来,科学家会对样本中的二氧化碳进行测量,确定其中碳14的含量。
常用的测量方法是利用液体闪烁技术或加速器质谱法。
这些方法可以测量出样本中碳14与稳定的碳同位素(碳12和碳13)的比例。
根据碳14的半衰期,可以推算出样本中碳14的衰变速率。
进而,通过与现代标准样本的比较,可以计算出样本形成的年代。
四、样本选择与校正为了得到准确的年代测定结果,样本的选择至关重要。
首先,样本应该是有机物质,因为只有有机物质中才含有碳。
其次,样本应该来源于可靠的地层,以确保其年代的准确性。
在进行年代测定之前,还需要进行校正。
由于大气中碳14的含量会随时间而变化,因此需要将样本中测得的碳14含量与现代标准样本进行比较,以消除时间上的误差。
此外,还需要考虑到地理位置的不同,因为不同地区的大气碳14含量可能存在差异。
五、应用与局限性碳14年代测定方法被广泛应用于考古学、地质学等领域。
通过测定古代遗址中的木材或骨骼样本中的碳14含量,可以确定这些遗址的年代,帮助研究人员还原古代文明的历史。
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在现在生活的树木中,
12C
∶ 13C ∶ 14C=98.9 ∶1.1 ∶1.07×10-10,这个 比值称为碳活动性常数。 工业废气及汽车尾气中的 CO2, 化石燃料和碳 水化合物燃烧排放的CO2,会稀释大气中14C的 浓度。尤其 1850~1954 年的工业革命,化石燃 料的燃烧使12C浓度大大增加。 近代核武器爆炸会增加大气中14C的浓度。1963 年大量核武器爆炸,使14C ∶ C增加了90%。 地球磁场强度变化,太阳黑子活动,可以改变 宇宙射线流,进而改变大气中14C的浓度。
14N + 1n 7 0 14C 6 14N + 7
14C 6
+ p( 14C6产生) 1
14C 衰变)2 6
e - ++Q(
电子 反中微子
最大衰变能量
14C通过第一式不断产生,通过第二式不断衰变。
思考:
A. 在14C6产生和衰变的最初一段时间, 14C6产生与衰变的速度 (单位时间内衰变的14C6原子数)如何? B. 经过一段时间后, 14C6产生与衰变的速度又如何? C. 当14C6产生的速度与衰变速度相等时,大气中14C6的浓度如何 ?
EN型串列静电加速器
串列 AMS 系统——离子源、注入 系统、串列加速器、高能分析系统 、重离子探测器、数据获取系统
北京大学加速器质谱计装置示意图
IS——离子源 EL——单透镜 PA——预加速段 ST——导向器 SL——缝 FC——法拉第杯 GL——间隙透镜 IM——注入磁铁 DM——双注入磁铁 BPM——束流抛面仪 EQ——静电四极透镜 MQ——磁四极透镜 AM——分析磁铁 BM——偏转磁铁 ESD——静电分析器 DT——探测器
EN型串列静电加速器
DM——双注入磁铁 BPM——束流抛面仪 EQ——静电四极透镜 MQ——磁四极透镜 AM——分析磁铁 BM——偏转磁铁 ESD——静电分析器 DT——探测器
IS——离子源 EL——单透镜 PA——预加速段 ST——导向器
SL——缝 FC——法拉第杯 GL——间隙透镜 IM——注入磁铁
第4天 得到100元 存款187.5元 第5天 得到100元 存款193.75元
第6天 得到100元 存款196.875元 第7天 得到100元 存款198.4375元
花掉93.75元 花掉96.875元
花掉98.4375元 花掉99.21875元
剩余93.75元 剩余96.875元
剩余98.4375元 剩余99.21875元 剩余99.609375元 剩余99.8046875元 剩余99.90234375元
年首创的。由于他在14C测年方面的杰出贡献,1960年获得 诺贝尔化学奖。 14C方法是第四纪年龄测定的主要方法之 一,测年精度很高。 碳在自然界有3种同位素:
12C(98.8%) 13C(1.108%) 14C(1.2×10-10%)——放射性同位素,主要产生于高空
稳定同位素
大气层。
(2)14C的产生
在高空大气层,由于宇宙射线的冲击,产生一些热中子和电子 等多种粒子。 冲击概率恒定
其它粒子 宇宙射线的主要成分为质子 (83% ~ 89%) 、 α 粒子 (10% ~ 15%) 及原 子序数 Z≥3 的轻核和高能电子 (1% ~2%),这种射线能量很高,可达 10~20MeV以上。
热中子
电子
热中子——运动很缓慢,能量在0.03电子伏特数量级。相对而言, 还有“快中子”,能量在 1.1 兆电子伏特以上。中子不带电,且 有一个质量单位。
第八章 第四纪年代学
Chapter 8
Quaternary Geochronology
C
第一节 放射性碳测年法
Section 1 Radioactive Carbon Dating
C
1.14C测年的 基本原理
(1)自然界的碳同位素
14 C 测年法是由美国放射性化学家 W.F.Libby(利比) 1949
有一个流浪汉,每天得到100元救济款,但此君每天都花 掉所拥有钱数的1/2,在救济开始的第一天之前,此君手 中的钱数是0,濒于饿死。
第1天 得到100元 存款100元
第2天 得到100元 存款150元 第3天 得到100元 存款175元
花掉50元
花掉75元 花掉87.5元
剩余50元
剩余75元 剩余87.5元
14C
吃 饭
喝 水 吃水果
14C
大气中的另外一部分14C随CO2溶于水,其中一部分形成
含 有 1 4 C 的 碳 酸 岩 ( 例 如 Ca14CO3) 或 重 碳 酸 岩 (
Ca(H14CO3)2),另一部分被海洋生物吸收。
14C
陆地上的生物死亡以后,或水中的物质沉积以后, 都释放出CO2进入大气(注意,其中一部分为14CO2 )。这样,随着大气圈、水圈、生物圈中的碳交换 ,最终使“三圈”中的14C浓度保持着平衡。
e λ T=
已知14C的半衰期为556830年,从而得出常数项为:
1 Io 18.5103(年) I
(3)
上式中初始值Io为已知,一般取现今大气中14C的浓度。只要测
得样品中的14C浓度I ,根据(3)式就可以确定样品的年龄。
由(3)式可以看出,经过10个半衰期以后(即T= 55680年) I Io 14C浓度减小到原来1/1000。 lg Io =3, =1000, 即样品中的 I
这时现有的仪器几乎测量不出来,所以,14 C方法可以测定的最 老年龄为5万年。
最近,利用加速器加速14C,可以测定6~7万年的老样品。
2.14C测年的假设条件
•假定在可测定年龄的时间内(即7万年以 来),大气圈中的14CO2浓度为一常数(即 等于现在大气层中的14C浓度)。 •假定生物死亡或碳酸岩沉积之后,保存于 封闭环境,不与外界发生14C交换。
EN型串列静电加速器
DM——双注入磁铁 BPM——束流抛面仪 EQ——静电四极透镜 MQ——磁四极透镜 AM——分析磁铁 BM——偏转磁铁 ESD——静电分析器 DT——探测器
IS——离子源 EL——单透镜 PA——预加速段 ST——导向器
SL——缝 FC——法拉第杯 GL——间隙透镜 IM——注入磁铁
北京大学加速器质谱计装置示意图
北大的AMS加速器为EN型串列静电加速器,其高端电压为6MV。
加速器高压头部装有电子剥离器,注入的负离子经剥离后转变为 正离子。
迚行14C测量时,端电压一般选用3MV,此时选择3+电荷态,可以 得到较高的剥离效率。
EN型串列静电加速器
DM——双注入磁铁 BPM——束流抛面仪 EQ——静电四极透镜 MQ——磁四极透镜 AM——分析磁铁 BM——偏转磁铁 ESD——静电分析器 DT——探测器
河系中心的最进点。而整个“银河盘”又是在包裹着它的热气
体中以每秒200公里的速度运行。“银河盘幵不像飞盘那样圆滑 ”,科学家称,“它是扁平的”。当银河系的“北面”或前面
与周围的热气摩擦时就会产生宇宙射线。
宇宙射线还存在着转化、簇(醋)射的过程。除中微子以外,几乎 所有的高能宇宙射线,在穿过大气层时都要与大气中的氧、氮 等原子核发生碰撞,幵转化出次级宇宙线粒子,而超高能宇宙 线的次级粒子又将有足够能量产生下一代粒子,如此下去,一 级一级的转化,将会产生一个庞大的粒子群。 1938 年,法国人 奥吉尔在阿尔卑斯山观测到了这一现象,幵将其命名为“广延 大气簇射”。 宇宙射线为来自太阳系以外的高能量粒子,能量约从 109eV 到 1020eV以上。在靠近地球的太空中,每秒每平方厘米约有一个宇 宙射线穿过。宇宙射线的主要成份是质子,其它核种从氦核到 铁核以上,甚至微量的镧系元素。在人造粒子加速器中其最高 能量约为1013eV。宇宙射线的能谱横跨12个数量级的能量。能谱 上有两个有重要物理意义的转折点, 1015eV 称为膝点 (knee) , 3×1018eV 称 为 踝 点 (ankle) 。 极 高 能 宇 宙 射 线 (Ultra High Energy Cosmic Rays: UHECR)主要研究1018eV以上的宇宙射线。
14C
14C
(5)14C的自然衰变
当生物死亡或碳酸岩沉积之后,如果被迅速埋藏,那 么,生物体内或碳酸岩内部的14C与外界的交换便停 止下来。其内部的14C浓度随时间按指数规律减少: I=Ioe- λ T
I——经过时间T后的14C浓度 Io——14C的初始浓度(生物死亡时的浓度), 规定为100% T——时间(年) e,λ——常数 注意:上述衰变过程不受任何外界环境的影响!随着时间的增
3.测定对象
•木头及木炭 •泥炭 •淤泥 •骨头、骨化石 25~60g 200~500g,一般取1000g 500~1000g 1000g
•贝壳、珊瑚等
石灰华 钟乳石
200~300g
•无机碳酸盐沉积 500g
苏 达 钙结石 天然碱
•古石灰
1000g
•象牙
50g
测定对象
•土壤和古土壤 •陨石标本 •种子 •谷粒 硬果壳 草 布 兽皮 •古铁器 细枝 纸 500~1000g 200g 100g
当大气中14C6产生的速度与衰变速度相等(动态平 衡)时,大气中14C6的浓度是一定值。
(4)碳 循 环
14 C 在高空形成以后,很快被氧化成 14 CO ,并均匀分布 6 2
在大气圈中(注意,大气中氧很丰富,约占20.95%)。
植物 光合作用 吸收CO2 放出O2 食草动物14C 食肉动物14C
25g
1000g
•毛发编织物
•其它 空 气 冰
100g
海 水 地下水
土壤水 雪
(3)新技术
加 速 器 质 谱 仪 ( Accelerator Mass Spectrometry ,简称 AMS)——1977 年开始 ,直接计数 14 C 原子数,而不是计数在衰变 过程中产生的少量粒子。 优点: •加大了测量范围; •灵敏度的增加 使样品用量减少到原来的 1/1000。