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簡介 自然界中碳元素有三種同位素,即穩定同位素12C、13C和放射性同位素14C。 14C由美國科學家馬丁·卡門與同事塞繆爾·魯賓於1940年發現。 14C的半衰期為5730年,14C的應用主要有兩個方面:一是在考古學中測定生物死亡年代,即放射性測年法;二是以14C標記化合物為示蹤劑,探索化學和生命科學中的微觀運動。

1 碳14 -碳14

 

2 碳14 -正文

  元素碳的一种放射性同位素(見放射性),符號劰C,簡寫為14C。
  碳14是繼發現氚后,於1940年2月由 S.魯賓和M.D.卡門利用加速的氘核打石墨靶,通過13C(d,p)14C核反應發現的,從而改變了當時人們認為氫和碳都沒有半衰期足夠長的放射性同位素可供應用的看法。
  碳14是純β-衰變核素,β-射線的最大能量為0.155兆電子伏,在空氣中的最大射程為22厘米。碳14的半衰期為5730年。3.7×107貝可的碳14重0.224毫克。碳14屬低毒性核素,主要親和脂肪,對人體的有效半減期為10天,在人體中的最大容許積存量為1.48×107貝可。碳14在放射性工作場所空氣中和露天水源中的最大容許濃度分別為1.48×102和3.7×103貝可/升。
  自然界的碳14是宇宙射線與大氣中的氮反應產生的。但碳14不僅存在於大氣中,隨著生物的吸收代謝(包括經食物鏈進入活的動物和人體)也存在於一切生物體中。由於碳14一面在生成、一面又以一定的速率衰變,所以它在自然界的含量和它對碳12的比值基本保持不變。但是隨著礦物燃料的使用,產生大量非放射性二氧化碳,使大氣中碳14對碳12的比值有所下降;核試驗開始以後,又使自然界的碳14含量和碳14對碳12的比值有所增高。
  產生碳14的核反應有13C(d,p)14C和14N(n,p)14C等。前一核反應是用加速器來實現的,靶核碳13的天然丰度為1.10%;后一核反應可用反應堆中子輻照來實現,靶核氮14的天然丰度是 99.63%。因此,14N(n,p)14C核反應最適用於碳14的大量生產。常用的靶材料有氮化鈹和氮化鋁,後者成本較低。為了提高產品中碳14的丰度,靶材料中的碳12含量越小越好。因此,用作靶材料的氮化鋁須選高純鋁和高純氮來製備。靶子製得後放入反應堆,在高中子注量率條件下輻照2~5年,然後將輻照后的靶材料取出,放入加熱容器內,置於電爐中,在通以高純氧的條件下加高溫,輻照生成的碳14即氧化為14CO2。當14CO2隨氧氣通入氫氧化鋇溶液被吸收時,就製成了高丰度的碳14初級產品Ba14CO3
  碳、氫和氧是構成有機物的三種重要元素。已知的含碳化合物極多,加上碳14的半衰期長、β-射線能量較低,碳14標記的產品通常可以長期貯存,長期使用,使用又較為安全簡便,所以碳14標記化合物作為示蹤劑在工農業生產研究,尤其是在生物醫學科研中的應用非常廣泛。碳14測年法是美國科學家W.F.利比根據生物體死亡后停止新陳代謝和該生物體中碳14的量因衰變不斷地減少的規律而建立起來的推算生物體死亡年代的方法,已有效而廣泛地用於考古。碳14在基礎科學研究方面的用處也很大,它可用於化學反應機理、碳原子定位、同位素交換、同位素動力學效應、輻射化學效應,以及生理、病理、藥理等的研究。
  參考書目
 V.F. Raaen,et al.,Carbon-14, McGraw-Hill,New York,1968.
 W.F.Libby,Radiocarbon Dating,2nd ed., Chicago Univ.Press,Chicago,1955.

 

3 碳14 -配圖

 

4 碳14 -相關連接

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