Karbon adalah unsur yang paling biasa di Bumi. Ia mencipta banyak ikatan, terutamanya dengan hidrogen dan oksigen. Terdapat tiga isotop karbon yang diketahui: 12 C, 13 C dan 14 C. Yang terakhir, disebabkan oleh sifat radioaktifnya, dalam bahasa sehari-hari dipanggil radiokarbon. Aplikasinya yang paling penting ialah menentukan umur pembentukan geologi dan objek arkeologi. Selain itu, radiokarbon digunakan untuk mengkaji perubahan persekitaran.
Keradioaktifan isotop karbon 14 C
Isotop ialah satu set atom unsur yang sama yang mempunyai nombor atom yang sama dan nombor jisim yang berbeza. Sebahagian besar unsur semulajadi mempunyai lebih daripada satu isotop. Sifat mereka boleh sangat berbeza. Peratusan isotop individu juga berbeza dengan ketara. Karbon unsur mempunyai tiga isotop: 14 C, 13 C dan 12 C. Yang paling biasa ialah 12 C – lebih 98%. Dalam alam semula jadi, terdapat lebih kurang 13 C yang boleh didapati. Sebaliknya, isotop radioaktif karbon– 14 C berlaku di Bumi dalam jumlah terkecil. Sumbernya ialah tindak balas nuklear neutron terma (asal kosmik) dengan nukleus nitrogen. Mereka berlaku di stratosfera. Isotop karbon 14 C mereput secara spontan. Pereputan beta menghasilkan nitrogen bukan radioaktif 14 N , elektron, dan antineutrino. Dari masa ke masa, kandungan radioaktif 14 C isotop dalam bahan berkurangan. Keamatan sinaran yang dihasilkannya juga berkurangan. Masa selepas kandungan karbon radioaktif berkurangan separuh ditakrifkan sebagai separuh hayat (ciri unsur radioaktif). Bagi isotop karbon 14 C ialah 5730 tahun. Oleh itu, selepas masa ini, daripada satu bahagian radioaktif 14 C kekal separuh daripadanya.
Pentarikhan radiokarbon
Sebahagian besar isotop karbon 14 C, yang terkumpul di atmosfera, dioksidakan untuk membentuk 14 CO. Apabila bentuk ini bertindak balas dengan radikal hidroksil (OH), ia terus teroksida kepada 14 CO 2 . Karbon dioksida, 14 CO 2 , seterusnya, dibebaskan dari atmosfera ke dalam biosfera dan hidrosfera (sebagai contoh, resapan, pembubaran, fotosintesis). Radiokarbon 14 C ialah komponen banyak sebatian organik. Mereka berasimilasi dalam tumbuhan atau larut dalam air laut. Kepekatan isotop 14 C di atmosfera adalah beberapa kali lebih tinggi daripada, sebagai contoh, di kedalaman lautan. Oleh itu, ia menjadi pengesan isotop semula jadi. Dengan bantuannya, adalah mungkin untuk mengesan perubahan yang berlaku dalam persekitaran semula jadi. Salah satu aplikasi terpenting isotop 14 C ialah apa yang dipanggil pentarikhan radiokarbon. Karbon dioksida yang mengandungi radioaktif 14 C meresap ke dalam semua benda hidup – tumbuhan dan haiwan. Organisma mengambil bahagian dalam kitaran pertukaran radiokarbon dengan biosfera. Maka kandungan isotop 14 C adalah malar. Ini berubah apabila organisma mati. Apabila organisma mati, ia tidak lagi mengambil karbon 14 C, jadi jumlahnya semakin berkurangan. Pereputan isotop ini berlaku pada kadar yang ditentukan oleh hukum pereputannya (pereputan 14 atom C dari masa ke masa mengambil bentuk fungsi eksponen). Andaian yang dipetik menjadi asas untuk menentukan umur penemuan arkeologi, yang dipanggil pentarikhan radiokarbon (atau kaedah karbon radioaktif). Perbandingan nisbah kandungan 14 C dan 12 C dalam bahan organik mati dan di atmosfera membolehkan untuk menentukan umur radiokarbon (masa dari kematian organisma hingga saat pengukuran). Umur radiokarbon konvensional ditentukan dengan membandingkan kandungan kedua-dua isotop karbon dalam sampel ujian dan dalam piawaian biosfera moden.
Teknik AMS untuk mengukur kepekatan radiokarbon, 14 C
Pengukuran kandungan karbon radioaktif 14 C dalam bahan adalah rumit dan memerlukan peralatan khusus, yang menjadikan keseluruhan proses mahal. Teknik pemecut, AMS, mengeksploitasi fakta bahawa 14 C lebih berat sedikit berbanding 12 C (kira-kira 1.17 kali). Pengukuran selari kandungan 13 C juga dibuat. Spektrometer jisim pemecut digunakan dalam teknik AMS. Pelbagai komponen radas ini, seperti sumber ion, pemecut, magnet penganalisis atau penganalisis elektrostatik diletakkan di sepanjang sisi segi empat sama 5 x 5 m. Mereka sepenuhnya adalah ruang vakum tinggi yang seragam sepanjang kira-kira 15 meter. Peranti boleh dibahagikan kepada bahagian tenaga rendah dan tenaga tinggi. Untuk menentukan nisbah isotop karbon individu, spektrometer AMS mengukur atom 14 C, 13 C i 12 C yang dibebaskan daripada katod (diperbuat daripada bahan ujian). Ion karbon (dihasilkan dalam sumber ion) diarahkan ke pemecut. Di sana mereka dipercepatkan dan memukul magnet penganalisis. Mereka kemudiannya berada di dalam ruang hanyut, yang membolehkan pengukuran arus elektrik kedua-dua jenis ion. Akhirnya, ion-ion isotop karbon radioaktif 14 C, selepas melalui penganalisis elektrostatik, mencapai pengesan yang membolehkan untuk mengiranya. Spektrometer AMS ialah peranti yang sangat canggih. Semua bahagian radas dan parameter operasi semasa dikawal oleh perisian PC khas dan boleh dikawal dari konsol.
