Kohlenstoff 14, C, oder radiocarbon, ist ein radioaktives Isotop von Kohlenstoff mit einem Kern, der 6 Protone und 8 Neutronen enthält. Seine Anwesenheit in organischen Materialien ist die Basis des radiocarbon Datierung auf Methode, die von Willard Libby und Kollegen (1949), bis heute archäologische, geologische und hydrogeologische Proben den Weg gebahnt ist. Kohlenstoff 14 wurde am 27. Februar 1940, von Martin Kamen und Sam Ruben an der Universität des Strahlenlaboratoriums von Kalifornien in Berkeley entdeckt, obwohl seine Existenz von Franz Kurie 1934 angedeutet worden war.

Es gibt drei natürlich vorkommende Isotope von Kohlenstoff auf der Erde: 99 % des Kohlenstoff sind Kohlenstoff 12, 1 % ist Kohlenstoff 13, und Kohlenstoff 14 kommt in Spur-Beträgen vor, d. h., nicht weniger als 1 Teil pro Trillion (0.0000000001 %) des Kohlenstoff in der Atmosphäre zusammensetzend. Die Halbwertzeit von Kohlenstoff 14 ist 5,730±40 Jahre. Kohlenstoff 14 Zerfall in den Stickstoff 14 durch den Beta-Zerfall.

Die primäre natürliche Quelle von Kohlenstoff 14 auf der Erde ist kosmische Strahl-Handlung auf den Stickstoff in der Atmosphäre, und es ist deshalb ein cosmogenic nuclide. Jedoch hat Freiluftkernprüfung zwischen 1955-1980 zu dieser Lache beigetragen.

Die verschiedenen Isotope von Kohlenstoff unterscheiden sich merkbar in ihren chemischen Eigenschaften nicht. Das wird in der chemischen und biologischen Forschung, in einer Technik genannt das Kohlenstoff-Beschriften verwendet: Kohlenstoff 14 Atome können verwendet werden, um nichtradioaktiven Kohlenstoff zu ersetzen, um chemische und biochemische Reaktionen zu verfolgen, die mit Kohlenstoff-Atomen von jeder gegebenen organischen Zusammensetzung verbunden sind.

Ursprung und radioaktiver Zerfall

Kohlenstoff 14 wird in den oberen Schichten der Troposphäre und der Stratosphäre durch von Stickstoff-Atomen gefesselte Thermalneutronen erzeugt. Wenn kosmische Strahlen in die Atmosphäre eingehen, erleben sie verschiedene Transformationen einschließlich der Produktion von Neutronen. Die resultierenden Neutronen (n) nehmen an der folgenden Reaktion teil:

:n + N  C + p

Die höchste Rate von Kohlenstoff findet 14 Produktion an Höhen 9 bis 15 km (30,000 bis 50,000 ft) und an hohen geomagnetic Breiten statt, aber der Kohlenstoff 14 sogleich werden Mischungen und gleichmäßig verteilt überall in der Atmosphäre und reagieren mit Sauerstoff, um radioaktives Kohlendioxyd zu bilden. Kohlendioxyd löst sich auch in Wasser auf und durchdringt so die Ozeane.

Kohlenstoff 14 geht dann radioaktiven Beta-Zerfall durch.

:

Durch das Ausstrahlen eines Elektrons und eines Elektronantineutrinos verfällt Kohlenstoff 14 (Halbwertzeit von 5730 Jahren) in den stabilen (nichtradioaktiven) Isotop-Stickstoff 14.

Der Warenbestand von Kohlenstoff 14 in der Biosphäre der Erde ist ungefähr 300 Megacurie (11 EBq), von denen die meisten in den Ozeanen sind.

Bezüglich 2008, der Rate von Kohlenstoff war 14 Produktion nicht bekannt - während die Reaktion modelliert werden kann oder die aktuellen Konzentrationen und das globale Kohlenstoff-Budget verwendet werden kann, um denselben Weg zurückzuverfolgen, waren Versuche, Produktion zu messen, mit diesen Modellen nicht übereingestimmt. Produktionsraten ändern sich wegen Änderungen zum kosmischen Strahl-Fluss-Ereignis, wie supernovae, und wegen Schwankungen im magnetischen Feld der Erde. Die Letzteren können bedeutende Schwankungen in Kohlenstoff 14 Produktionsraten schaffen, obwohl die Änderungen des Kohlenstoff-Zyklus diese Effekten schwierig machen können, Spaß zu machen.

Anderer Kohlenstoff 14 Quellen

Kohlenstoff 14 kann auch durch andere Neutronreaktionen, einschließlich in besonderem C (n, Gamma) C und O (n, Alpha) C mit Thermalneutronen und N (n, d) C und O (n, Er) C mit schnellen Neutronen erzeugt werden.

Datierung von Radiocarbon

Radiocarbon, der miteinander geht, ist ein radiometric Datierung auf Methode, die (C) verwendet, um das Alter von kohlenstoffhaltigen Materialien bis zu ungefähr 60,000 Jahren zu bestimmen. Die Technik wurde von Willard Libby und seinen Kollegen 1949 während seiner Amtszeit als ein Professor an der Universität Chicagos entwickelt. Libby hat eingeschätzt, dass die Radioaktivität von austauschbarem Kohlenstoff 14 ungefähr 14 Zerfälle pro Minute (dpm) pro Gramm reiner Kohlenstoff sein würde, und das noch als die Tätigkeit des modernen radiocarbon Standards verwendet wird. 1960 wurde Libby dem Nobelpreis in der Chemie für diese Arbeit zuerkannt.

Einer des häufigen Gebrauches der Technik ist bis heute organisch bleibt von archäologischen Seiten. Werke befestigen atmosphärischen Kohlenstoff während der Fotosynthese, so kommt das Niveau von C in Werken und Tieren, wenn sie ungefähr sterben, dem Niveau von C in der Atmosphäre damals gleich. Jedoch nimmt es danach vom radioaktiven Zerfall ab, dem Datum des Todes oder Fixierens erlaubend, geschätzt zu werden. Die Initiale C Niveau für die Berechnung kann entweder, oder direkt im Vergleich zum bekannten Jahr für Jahr Daten von Baumring-Daten (dendrochronology) vor bis zu 10,000 Jahren geschätzt werden (überlappende Daten von lebenden und toten Bäumen in einem gegebenen Gebiet verwendend), oder von Höhle-Ablagerungen (speleothems) zurück zu ungefähr 45,000 Jahren vor der Gegenwart. Eine Berechnung oder (genauer) ein direkter Vergleich von Kohlenstoff 14 Niveaus in einer Probe, mit dem Baumring oder Kohlenstoff der Höhle-Ablagerung 14 Niveaus eines bekannten Alters, geben dann das Holz oder Tierbeispielalter seit der Bildung.

Bildung während Kerntests

Die oberirdischen Kerntests, die in mehreren Ländern zwischen 1955 und 1980 vorgekommen sind (sieh Kerntest Schlagseite haben), haben drastisch den Betrag von Kohlenstoff 14 in der Atmosphäre und nachher in der Biosphäre vergrößert; nachdem die Tests geendet haben, hat die atmosphärische Konzentration des Isotops begonnen abzunehmen.

Eine Nebenwirkung der Änderung in atmosphärischem Kohlenstoff 14 besteht darin, dass das einige Optionen ermöglicht hat, für das Geburtsjahr einer Person, insbesondere des Betrags von Kohlenstoff 14 im Zahn-Email oder dem Kohlenstoff 14 Konzentration in der Linse des Auges zu bestimmen.

Ereignis

In fossilen Brennstoffen

Die meisten künstlichen Chemikalien werden aus fossilen Brennstoffen, wie Erdöl oder Kohle gemacht, in der der Kohlenstoff 14 schon lange verfallen sein sollte. Jedoch enthalten solche Ablagerungen häufig Spur-Beträge von Kohlenstoff 14 (sich bedeutsam, aber im Intervall von 1 % das Verhältnis ändernd, das in lebenden Organismen zu Beträgen gefunden ist, die mit einem offenbaren Alter von 40,000 Jahren für Öle mit den höchsten Niveaus von Kohlenstoff 14 vergleichbar sind). Das kann mögliche Verunreinigung durch kleine Beträge von Bakterien, unterirdische Quellen der Radiation anzeigen, die den N (n, p) C Reaktion, direkter Uran-Zerfall verursacht (obwohl berichtet, gemessene Verhältnisse von C/U in Uran tragenden Erzen würden ungefähr 1 Uran-Atom für alle zwei Kohlenstoff-Atome einbeziehen, um das C/C Verhältnis, gemessen zu veranlassen, auf der Ordnung 10 zu sein), oder andere unbekannte sekundäre Quellen von Kohlenstoff 14 Produktion. Die Anwesenheit von Kohlenstoff 14 in der isotopic Unterschrift einer Probe des kohlenstoffhaltigen Materials zeigt vielleicht seine Verunreinigung durch biogenic Quellen oder den Zerfall des radioaktiven Materials in der Umgebung geologischer Schichten an. Im Zusammenhang mit dem Gebäude von Borexino Sonnenneutrino-Sternwarte wurde Erdöl feedstock (für den primären scintillant zu synthetisieren), mit dem niedrigen C Inhalt erhalten. Im Borexino, der Testmöglichkeit aufzählt, wurde ein C/C Verhältnis 1.94x10 bestimmt; wahrscheinliche Reaktionen, die für verschiedene Niveaus von C in verschiedenen Erdölreservoiren, und tiefer C Niveaus im Methan verantwortlich sind, sind von Bonvicini und al besprochen worden.

Im menschlichen Körper

Da im Wesentlichen alle Quellen des menschlichen Essens aus Werken abgeleitet werden, enthält der Kohlenstoff, der unsere Körper umfasst, Kohlenstoff 14 bei derselben Konzentration wie die Atmosphäre. Die Rate von Zerfällen des Kaliums 40 und Kohlenstoff 14 im normalen erwachsenen Körper ist (einige tausend aufgelöste Kerne pro Sekunde) vergleichbar. Der Beta-Zerfall von äußerlichem (umwelt)-radiocarbon trägt etwa 0.01 mSv/year (1 mrem/year) zur Dosis jeder Person der ionisierenden Strahlung bei. Das ist im Vergleich zu den Dosen vom Kalium 40 (0.39 mSv/year) und radon (Variable) klein.

Kohlenstoff 14 kann als ein radioaktives Leuchtspurgeschoss in der Medizin verwendet werden. In der anfänglichen Variante des Harnstoff-Alkoholtests, eines diagnostischen Tests auf Pförtner von Helicobacter, wird Harnstoff, der mit ungefähr Kohlenstoff 14 etikettiert ist, einem Patienten (d. h. 37,000 Zerfall pro Sekunde) gefüttert. Im Falle einer H. Pförtner-Infektion bricht das urease Bakterienenzym den Harnstoff in Ammoniak und radioaktiv etikettiertes Kohlendioxyd, das durch das auf niedriger Stufe Zählen des Atems des Patienten entdeckt werden kann. Der 14-C Harnstoff-Alkoholtest ist durch den 13-C Harnstoff-Alkoholtest größtenteils ersetzt worden, der keine Strahlenprobleme hat.

Siehe auch

• Isotopic, der etikettiert
• Radiocarbon, der miteinander geht

Weiterführende Literatur

Links

• Was ist Radiokarbonmethode? Wald-Loch Ozeanografisches Institut