Carbon-14, 14C, hay carbon phóng xạ, là một trong các đồng vị phóng xạ của nguyên tố carbon với hạt nhân chứa 6 proton và 8 neutron. Sự có mặt của nó trong vật chất hữu cơ là cơ sở cho phương pháp định tuổi bằng đồng vị carbon do nhà hóa lý Willard Libby và cộng sự (1949) sử dụng nhằm xác định tuổi của các mẫu khảo cổ học và địa chất kỷ Đệ tứ.
Carbon-14 do những nhà vật lý và hóa học Martin Kamen và Sam Ruben phát hiện vào ngày 27 tháng 2 năm 1940 tại Phòng thí nghiệm Phóng xạ Đại học California ở Berkeley, mặc dầu sự sống sót của nó đã được Franz Kurie Dự kiến từ năm 1934. [ 2 ]
Có ba loại đồng vị của carbon xuất hiện trong tự nhiên trên Trái Đất: 99% là carbon-12, 1% là carbon-13, và carbon-14 xuất hiện với một lượng rất nhỏ, chiếm khoảng một phần nghìn tỷ (0,0000000001%) của carbon trong khí quyển. Chu kỳ bán rã của carbon-14 là 5.730±40 năm.[3] Carbon-14 phân hạch thành nitơ-14 thông qua phân rã beta.[4] Nguồn chính trong tự nhiên của carbon-14 trên Trái Đất là do tia vũ trụ bắn phá nitơ trong bầu khí quyển, và do đó các nhà khoa học còn gọi nó là nuclit vũ trụ. Tuy vậy, những vụ thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển giai đoạn 1955–1980 cũng đóng góp một phần vào lượng này.
Các đồng vị khác nhau của carbon có tính chất hóa học gần như nhau. Đặc tính này đã được áp dụng trong các nghiên cứu hóa học và sinh học với kỹ thuật đánh dấu carbon: người ta sử dụng nguyên tử carbon-14 nhằm thay thế đồng vị carbon không phóng xạ nhằm theo dõi dấu vết các phản ứng hóa học và hóa sinh có sự tham gia của các nguyên tử carbon trong bất kỳ một hợp chất hữu cơ nào.
Bạn đang đọc: Carbon-14 – Wikipedia tiếng Việt
Nguồn gốc và phân rã phóng xạ[sửa|sửa mã nguồn]
2: Phân rã của carbon-14
3: Phương trình “cân bằng” cho các cơ thể còn sống, và mất cân bằng cho các sinh vật đã chết, trong đó C-14 phân ra (xem 2).1 : Sự hình thành của carbon-142 : Phân rã của carbon-143 : Phương trình ” cân đối ” cho những khung hình còn sống, và mất cân đối cho những sinh vật đã chết, trong đó C-14 phân ra ( xem 2 ) .Carbon-14 sinh ra ở tầng đối lưu và tầng bình lưu do những nguyên tử nitơ hấp thụ những neutron nhiệt. Khi tia thiên hà đi vào khí quyển, chúng va chạm với nhiều nguyên tử và xảy ra nhiều phản ứng hạt nhân với một trong những loại sản phẩm có neutron nhiệt. Những neutron ( 1 n ) tham gia vào những phản ứng đa phần sau :
- 1n + 14N → 14C + 1p
Tốc độ sản sinh carbon-14 diễn ra mạnh nhất ở độ cao 9 tới 15 km và ở nơi có vĩ độ từ lớn, sau đó carbon-14 ngay lập tức hòa lẫn và phân tán trong toàn khí quyển nó phản ứng với oxy để tạo ra carbon dioxide phóng xạ. Carbon dioxide hòa tan vào nước và thấm vào đại dương .Carbon-14 sau đó trải qua quy trình phân rã beta ,
- 6 14 C → 7 14 N + e − + ν ¯ e { displaystyle mathrm { ~ _ { 6 } ^ { 14 } C } rightarrow mathrm { ~ _ { 7 } ^ { 14 } N } + e ^ { – } + { bar { nu } } _ { e } }
Theo tương tác yếu, bằng phát ra một electron và một phản neutrino electron, một neutron trong hạt nhân carbon-14 phân rã thành một proton và carbon-14 ( chu kỳ luân hồi bán rã 5730 năm ) biến thành đồng vị không thay đổi ( không phóng xạ ) nitơ-14 .Carbon-14 ở trong sinh quyển Trái Đất vào lúc 300 megacurie ( 11 E Bq ), và hầu hết chúng nằm trong đại dương. [ 5 ]Cho đến 2008, người ta vẫn chưa biết vận tốc sản sinh carbon-14 là bao nhiêu – trong khi phản ứng sản sinh hoàn toàn có thể nghiên cứu và điều tra bằng kim chỉ nan và quy mô hóa hoặc dựa trên quy trình carbon để theo dõi, những nỗ lực đo lượng sản sinh ra không tương thích với giá trị tiên đoán của những quy mô này. Tốc độ sản sinh đổi khác chính bới sự đổi khác của lưồng tia ngoài hành tinh, như bắt nguồn từ siêu tân tinh, và do sự biến thiên của từ trường Trái Đất. Yếu tố từ trường hoàn toàn có thể ảnh hưởng tác động lớn đến vận tốc sản xuất carbon-14, mặc dầu sự biến hóa trong quy trình carbon cũng gây tác động ảnh hưởng khó khăn vất vả tới tác dụng Dự kiến. [ 6 ]
Những nguồn carbon-14 khác[sửa|sửa mã nguồn]
Carbon-14 cũng được sinh ra từ những phản ứng hạt nhân khác có sự tham gia của neutron, bao gồm 13C(n,gamma)14C và 17O(n,alpha)14C với neutron nhiệt, và 15N(n,d)14C và 16O(n,3He)14C với neutron nhanh.[7]
Xem thêm: Con Tim Rung Động 2 Chap 149.2 Tiếng Việt – TimTruyen
Những lần phóng thích vật chất vành nhật hoa từ Mặt Trời cũng là một trong những nguyên do sản sinh ra carbon-14. Gió Mặt Trời chứa những luồng hạt proton nguồn năng lượng cao va chạm vào khí quyển đã làm tăng lượng carbon phóng xạ mà những nhà địa chất đã ghi nhận có sự tăng nồng độ trong vòng cây ở thực vật trong năm 774 – 775 sau Công nguyên. [ 8 ]
Định tuổi bằng carbon phóng xạ[sửa|sửa mã nguồn]
Định tuổi bằng carbon phóng xạ là phương pháp định tuổi bằng đồng vị phóng xạ sử dụng (14C) để xác định tuổi của vật liệu hay mẫu có chứa carbon với độ tuổi lên tới 60.000 năm. Kỹ thuật này do nhà hóa lý Willard Libby và cộng sự phát minh năm 1949[9] trong khi ông là giáo sư tại Đại học Chicago. Libby ước lượng rằng sự phóng xạ trao đổi được của carbon-14 là xấp xỉ 14 hạt nhân 14C phân hủy trên một phút (dpm) trên một gam chứa thuần túy carbon, kết quả này vẫn còn sử dụng cho đến ngày nay và trở thành tiêu chuẩn xác định carbon phóng xạ hiện đại.[10][11] Nhờ nghiên cứu này, Libby nhận Giải Nobel Hóa học năm 1960.
Một trong những kỹ thuật hay vận dụng là xác lập niên đại của mẫu hữu cơ sống sót ở những khu khảo cổ. Thực vật cố định và thắt chặt carbon trong khí quyển trong quy trình quang hợp do vậy mức 14C trong thực vật và động vật hoang dã khi chúng chết xê dịch bằng mức 14C có trong khí quyển ở thời gian đó. Tuy nhiên, lượng carbon-14 sau đó giảm đi do quy trình phân rã, được cho phép những nhà khảo cổ xác lập được niên đại mà thực vật chết hoặc thời gian nó cố định và thắt chặt carbon lần cuối. Mức 14C khởi đầu dùng cho đo lường và thống kê hoàn toàn có thể ước đạt được, hoặc so sánh trực tiếp với tài liệu đã biết theo chuỗi thời hạn từ tài liệu đếm vòng-cây ( giải pháp xác lập tuổi thọ của cây ) lên tới 10.000 năm trở lại trước ( sử dụng những tài liệu bổ trợ từ những cây còn sống và đã chết xung quanh vùng đó ), hoặc từ những hang trầm tích ( speleothems ), được cho phép xác lập niên đại tới 45.000 năm từ hiện tại. Kết quả giám sát hoặc ( đúng chuẩn hơn ) so sánh trực tiếp mức carbon-14 trong mẫu khảo cổ với mức carbon-14 của vòng cây hoặc của hang đá trầm tích đã biết tuổi, sẽ cho biết tuổi của mẫu gỗ hay xương lúc thực – động vật hoang dã chết .
Hình thành trong những vụ thử hạt nhân[sửa|sửa mã nguồn]
14C ở [12] và [13] Đường cong của New Zealand đại diện cho bầu khí quyển bán cầu nam, đường cong của Áo đại diện cho bán cầu bắc. Các vụ thủ hạt nhân trong khí quyển đã làm tăng gấp đôi mật độ tập trung của 14C ở bán cầu bắc.[14]Mức độC ở New Zealand và Áo Đường cong của New Zealand đại diện thay mặt cho bầu khí quyển bán cầu nam, đường cong của Áo đại diện thay mặt cho bán cầu bắc. Các vụ thủ hạt nhân trong khí quyển đã làm tăng gấp đôi tỷ lệ tập trung chuyên sâu củaC ở bán cầu bắc .Các vụ thử nghiệm hạt nhân trong bầu khí quyển do 1 số ít vương quốc thực thi từ 1955 đến 1980 ( xem list ) đã làm tăng một lượng đáng kể carbon-14 trong khí quyển và hệ quả là cả sinh quyển ; sau khi những nước ngừng những vụ thử nghiệm trên không, mức độ của đồng vị phóng xạ này khởi đầu giảm .Một hiệu ứng bê lề của sự biến hóa carbon-14 trong khí quyển đó là nó được cho phép một số ít tùy chọn cho việc xác lập năm sinh của một cá thể, đơn cử là đo lượng carbon-14 trong men răng, [ 15 ] [ 16 ] hoặc lượng carbon-14 tập trung chuyên sâu trong thấu kính của mắt người đó. [ 17 ]
Lượng carbon-14 trong sinh quyển Trái Đất vào thời gian 300 megacuries ( 11 E Bq ) với phần lớn trong đại dương. [ 5 ]
Sự phân bố của carbon-14 như sau:[18]
Xem thêm: Ảnh vú đẹp căng tròn xem BỎNG MẮT của các em gái còn trinh
- Toàn cầu: ~8500 PBq
- Trong khí quyển: 140 PBq
- Trong vật chất: cân bằng với khí quyển
- Từ các vụ thử hạt nhân trong khí quyển (cho tới 1990): 220 PBq
Trong nguyên vật liệu hóa thạch[sửa|sửa mã nguồn]
Hầu hết những hóa chất tự tạo sản xuất từ nguyên vật liệu hóa thạch, như dầu mỏ hoặc than đá, mà trong những nguyên vật liệu này lượng carbon-14 đã giảm từ lâu. Tuy vậy, những tầng trầm tích này thường chứa một lượng nhỏ carbon-14 ( với tỷ suất biến thiên lớn, và có tỷ suất lên tới 1 % được tìm thấy trong khung hình sống, một tỷ suất sánh bằng với vật mẫu cách nay 40.000 năm ). [ 19 ] Với tỷ suất lớn như vậy hoàn toàn có thể trong nguyên vật liệu hóa thạch Open một số ít vi trùng. Những nguồn bức xạ gây ra phản ứng 14N ( n, p ) 14C, gồm có sự phân rã trực tiếp của uranium ( mặc dầu tỷ suất đo được của 14C / U trong quặng chứa uranium [ 20 ] cho thấy gần 1 nguyên tử uranium trên 2 nguyên tử carbon để tương thích với tỷ suất đo được 14C / 12C, đo theo bậc 10 − 15 ), hoặc những nguồn phụ khác có mẫu sản phẩm carbon-14. Sự Open của carbon-14 trong tín hiệu đồng vị của mẫu chứa carbon ám chỉ rằng nó có chứa những thành phần có nguồn gốc từ sinh học hoặc sự phân rã của vật tư phóng xạ xung quanh vật mẫu. Trong quy trình khảo sát nhằm mục đích kiến thiết xây dựng đài quan sát neutrino Mặt Trời Borexino, dầu nguyên vật liệu có chứa ít thành phần 14C. Ở bộ phận Thí nghiệm đếm Borexino, đã đo được tỷ suất 14C / 12C là 1,94 × 10 − 18 ; [ 21 ] và những nguyên do làm cho đổi khác tỷ suất 14C trong những mỏ dầu, và tỷ suất nhỏ 14C trong mỏ khí mêtan đã được bàn luận trong Bonvicini et al. [ 22 ]
Trong khung hình người[sửa|sửa mã nguồn]
Do mọi nguồn thức ăn của con người đều xuất phát từ thực vật hay động vật hoang dã, lượng carbon trong khung hình có chứa carbon-14 sẽ bằng với tỷ lệ của nó trong khí quyển. Tốc độ phân rã của Kali-40 và Carbon-14 trong khung hình một người lớn thông thường là đáng kể ( khoảng chừng hai, ba nghìn phân rã trên giây ). [ 23 ] Phân rã beta từ carbon phóng xạ bên ngoài ( từ thiên nhiên và môi trường ) góp phần giao động 0,01 mSv / năm ( 1 mrem / năm ) vào liều tương tự bức xạ ion ảnh hưởng tác động vào một người. [ 24 ] Lượng tương tự này khá nhỏ so với liều lượng của Kali-40 ( 0,39 mSv / năm ) và radon ( đổi khác ) mà một người phải chịu từ thiên nhiên và môi trường .
Carbon-14 còn được dùng làm chất đánh dấu phóng xạ trong y học. Trong các thử nghiệm ban đầu về nồng độ Urê trong hơi thở, phục vụ cho chẩn đoán Helicobacter pylori, urê được đánh dấu với khoảng 37 kBq (1,0 μCi) carbon-14 khi đưa vào bệnh nhân (hay là 37.000 phân rã trên giây). Nếu bị nhiễm H. pylori, enzyme xúc tác từ vi khuẩn thủy phân urê thành amonia và carbon dioxide đã được đánh dấu phóng xạ, và thiết bị đo phóng xạ sẽ phát hiện được qua hơi thở bệnh nhân.[25] Kiểm nghiệm hơi thở urê 14-C đã được thay thế bằng kiểm nghiệm urê 13-C với ưu điểm không cần tới tính phóng xạ của chất đánh dấu.
Source: https://thcsbevandan.edu.vn
Category : Thông tin cần biết