Karbon izotopu ¹⁴ C

Karbon izotopunun radyoaktivitesi ¹⁴ C

İzotoplar , aynı elementin aynı atom numarasına ve farklı kütle numarasına sahip bir dizi atomudur. Doğal olarak oluşan elementlerin büyük çoğunluğu birden fazla izotopa sahiptir. Özellikleri çok farklı olabilir. Bireysel izotopların yüzdeleri de önemli ölçüde değişir. Elemental karbonun üç izotopu vardır: ¹⁴ C, ¹³ C ve ¹² C. En yaygın olanı ¹² C’dir – %98’in üzerinde. Doğada bulunabilen ¹³ C çok daha azdır. Öte yandan, karbonun radyoaktif izotopu – ¹⁴ C, Dünya’da en az miktarda bulunur. Kaynağı, termal nötronların (kozmik kökenli) nitrojen çekirdekleri ile nükleer reaksiyonlarıdır. Stratosferde yer alırlar. Karbon izotop ¹⁴ C kendiliğinden bozunur. Beta bozunması, radyoaktif olmayan nitrojen ^14N , bir elektron ve bir antinötrino üretir. Zamanla, malzemedeki radyoaktif ¹⁴ C izotoplarının içeriği azalır. Ürettiği radyasyonun şiddeti de azalır. Radyoaktif karbon içeriğinin yarı yarıya azaldığı süre, yarı ömür (radyoaktif elementlerin özelliği) olarak tanımlanır. ¹⁴ C karbon izotopu için bu 5730 yıldır. Böylece bu süreden sonra radyoaktifin bir kısmından kalan ^14C’nin yarısı kalır.

Radyokarbon tarihlemesi

Atmosferde biriken karbon izotopu ^14C’nin büyük bir kısmı ^14CO oluşturmak üzere oksitlenir. Bu form hidroksil radikali ₍ OH) ile reaksiyona girdiğinde ayrıca ^14CO2’ye oksitlenir. Karbon dioksit, ¹⁴ CO ₂ , sırayla, atmosferden biyosfere ve hidrosfere salınır (örneğin, difüzyon, çözünme, fotosentez sonucunda). ¹⁴ C radyokarbon, birçok organik bileşiğin bir bileşenidir. Bitkilerde asimile olurlar veya okyanus suyunda çözünürler. ¹⁴ C izotopunun atmosferdeki konsantrasyonu, örneğin okyanusun derinliklerindekinden birkaç kat daha fazladır. Böylece doğal bir izotop izleyici haline gelir. Yardımı ile doğal ortamda meydana gelen değişiklikleri izlemek mümkündür. ¹⁴ C izotopunun en önemli uygulamalarından biri, sözde radyokarbon tarihlemesidir. Radyoaktif ¹⁴ C içeren karbondioksit tüm canlılara – bitkilere ve hayvanlara – nüfuz eder. Organizmalar, biyosfer ile radyokarbon değişim döngüsüne katılırlar. Daha sonra ¹⁴ C izotopunun içeriği sabittir. Organizma öldüğünde bu değişir. Bir organizma öldüğünde artık karbon ^14C almaz, dolayısıyla miktarı sürekli olarak azalır. Bu izotopun bozunması, bozunma yasası tarafından belirlenen bir oranda gerçekleşir (zaman içinde ¹⁴ C atomunun bozunması üstel bir fonksiyon şeklini alır). Alıntılanan varsayım, radyokarbon tarihleme (veya radyoaktif karbon yöntemi) olarak adlandırılan arkeolojik buluntuların yaşını belirlemenin temeli oldu. Ölü organik madde ve atmosferdeki ¹⁴ C ve ¹² C içeriğinin oranının karşılaştırılması, radyokarbon yaşının (organizmanın ölümünden ölçüm anına kadar geçen süre) belirlenmesini sağlar. Geleneksel radyokarbon yaşı, hem test numunesindeki hem de modern biyosfer standardındaki karbon izotoplarının içeriği karşılaştırılarak belirlenir.

Radyokarbon konsantrasyonunu ölçmek için AMS tekniği, ¹⁴ C

Malzemedeki radyoaktif karbon ^14C içeriğinin ölçülmesi karmaşıktır ve tüm süreci pahalı hale getiren özel ekipman gerektirir. AMS hızlandırıcı tekniği, ^14C’nin 12C’ye kıyasla biraz daha ağır olduğu gerçeğinden yararlanır ⁽ yaklaşık 1,17 kat). ^13C içeriğinin paralel bir ölçümü de yapılır. AMS tekniğinde hızlandırıcı kütle spektrometreleri kullanılır. İyon kaynağı, hızlandırıcı, analiz mıknatısı veya elektrostatik analiz cihazı gibi bu aparatın çeşitli bileşenleri 5 x 5 m’lik bir karenin kenarlarına yerleştirilmiştir. Tamamen yaklaşık 15 metre uzunluğunda tekdüze bir yüksek vakum odasıdır. Cihaz, düşük enerjili ve yüksek enerjili bir parçaya ayrılabilir. AMS spektrometresi, tek tek karbon izotoplarının oranını belirlemek için katottan ⁽ test malzemesinden yapılmış) salınan ^14C , ^13C , 12C atomlarını ölçer. Karbon iyonları (iyon kaynağında üretilen) hızlandırıcıya yönlendirilir. Orada hızlanırlar ve analiz mıknatısına çarparlar. Daha sonra, her iki iyon türünün elektrik akımının ölçülmesine izin veren sürüklenme odasında bulunurlar. Son olarak, radyoaktif karbon izotopu ^14C’nin iyonları, elektrostatik analizörden geçtikten sonra, onları saymayı sağlayan dedektöre ulaşır. AMS spektrometresi son derece gelişmiş bir cihazdır. Aparatın tüm parçaları ve güncel çalışma parametreleri özel bir PC yazılımı ile kontrol edilmekte ve bir konsoldan kontrol edilebilmektedir.