탄소는 지구상에서 가장 흔한 원소입니다. 주로 수소와 산소로 수많은 결합을 만듭니다. 12C , 13C 및 14C 의 세 가지 알려진 탄소 동위 원소가 있습니다. 후자는 방사성 특성으로 인해 구어체로 방사성 탄소라고합니다. 그것의 가장 중요한 응용은 지질학적 구조와 고고학적 대상의 나이를 결정하는 것입니다. 또한 방사성 탄소는 환경 변화를 연구하는 데 사용됩니다.
탄소 동위원소 14C 의 방사능
동위 원소 는 동일한 원자 번호와 다른 질량 수를 갖는 동일한 원소의 원자 집합입니다. 대부분의 자연 발생 원소는 하나 이상의 동위 원소를 가지고 있습니다. 그들의 속성은 매우 다를 수 있습니다. 개별 동위 원소의 백분율도 크게 다릅니다. 원소 탄소에는 14C , 13C 및 12C 의 세 가지 동위원소가 있습니다. 가장 일반적인 것은 12C 로 98%이상입니다. 자연에서 발견될 수 있는 13C 는 훨씬 적습니다. 반면 탄소 -14C 의 방사성 동위 원소는 지구상에서 가장 적은 양으로 발생합니다. 그 근원은 열 중성자(우주 기원)와 질소 핵의 핵 반응입니다. 그들은 성층권에서 일어난다. 탄소 동위원소 14C 는 자발적으로 붕괴합니다. 베타 붕괴는 비방사성 질소 14 N, 전자 및 반뉴트리노를 생성합니다. 시간이 지남에 따라 물질의 방사성 14C 동위원소 함량이 감소합니다. 그것이 생성하는 방사선의 강도도 감소합니다. 방사성 탄소의 함유량이 반으로 줄어드는 시간을 반감기(방사성 원소의 특성)라고 합니다. 탄소의 14C 동위 원소의 경우 5730년입니다. 따라서 이 시간이 지나면 방사성 14C 의 한 부분에서 절반이 남습니다.
방사성 탄소 연대 측정
대기 중에 축적되어 있는 탄소 동위원소 14C 의 대부분은 산화되어 14CO 를 형성한다. 이 형태가 수산기(OH)와 반응하면 다시 14CO2 로 산화 된다. 차례로 이산화탄소 14 CO 2 는 대기에서 생물권과 수권으로 방출됩니다(예: 확산, 용해, 광합성의 결과). 14C 방사성탄소는 많은 유기 화합물의 성분입니다. 그들은 식물에 동화되거나 바닷물에 용해됩니다. 대기 중 14C 동위원소의 농도는 예를 들어 해양 깊이보다 몇 배 더 높습니다. 따라서 천연 동위원소 추적자가 됩니다. 그것의 도움으로 자연 환경에서 발생하는 변화를 추적할 수 있습니다. 14C 동위원소의 가장 중요한 응용 분야 중 하나는 소위 방사성 탄소 연대 측정입니다. 방사성 14C 를 포함하는 이산화탄소는 식물과 동물을 비롯한 모든 생물체에 침투합니다. 유기체는 생물권과 함께 방사성 탄소 교환 주기에 참여합니다. 그러면 14C 동위 원소의 함량은 일정합니다. 이것은 유기체가 죽으면 바뀝니다. 유기체가 죽으면 더 이상 탄소 14C 를 흡수하지 않으므로 그 양이 꾸준히 감소합니다. 이 동위원소의 붕괴는 붕괴 법칙에 의해 결정된 속도로 발생합니다(시간이 지남에 따라 14개의 C 원자의 붕괴는 지수 함수의 형태를 취함). 인용된 가정은 고고학적 발견물의 연대를 결정하는 기초가 되었으며, 이를 방사성탄소연대측정법(또는 방사성탄소법)이라고 합니다. 죽은 유기물과 대기에서 14C 와 12C 의 함량 비율을 비교하면 방사성 탄소 연대(유기체의 죽음에서 측정 시점까지의 시간)를 결정할 수 있습니다. 기존의 방사성 탄소 연대는 테스트 샘플과 현대 생물권 표준의 탄소 동위원소 함량을 비교하여 결정됩니다.
방사성 탄소 농도 측정을 위한 AMS 기술, 14C
물질의 방사성 탄소 14C 함량 측정은 복잡하고 전문 장비가 필요하므로 전체 공정 비용이 많이 듭니다. 가속기 기술인 AMS는 14C 가 12C (약 1.17배)에 비해 약간 더 무겁다는 사실을 이용합니다. 13 C 함량의 병렬 측정도 수행됩니다. 가속기 질량 분석기는 AMS 기술에 사용됩니다. 이온 소스, 가속기, 분석 자석 또는 정전기 분석기와 같은 이 장치의 다양한 구성 요소는 5 x 5m 정사각형의 측면을 따라 배치됩니다. 전체 길이가 약 15m인 균일한 고진공 챔버입니다. 장치는 저에너지 부분과 고에너지 부분으로 나눌 수 있습니다. 개별 탄소 동위원소의 비율을 결정하기 위해 AMS 분광계는 음극(시험 물질로 만들어짐)에서 방출되는 14 C, 13 C i 12 C 원자를 측정합니다. 탄소 이온(이온 소스에서 생성됨)은 가속기로 향합니다. 거기에서 그들은 가속되어 분석 자석에 부딪칩니다. 그런 다음 두 이온 유형의 전류를 측정할 수 있는 드리프트 챔버에 있습니다. 마지막으로 방사성 탄소 동위원소 14C 의 이온은 정전기 분석기를 통과한 후 검출기에 도달하여 이를 계수할 수 있습니다. AMS 분광계는 매우 진보된 장치입니다. 장치의 모든 부분과 현재 작동 매개변수는 특수 PC 소프트웨어로 제어되며 콘솔에서 제어할 수 있습니다.
