文档介绍：「放射性时钟」或放射定年法
「重要」事件的时间间隔从几世纪至几十亿年都有
•历史学家,
•考古学家,
•人类学家,
•地理学家,
•天文物理学家
放射活性蜕变
•与原子核的年龄无关
•不受热影响
•不受压力影响,
•不受磁场与电场影响
•事实上﹐所有外力皆不能对其影响
所有放射活性测定年代方法的基础是蜕变率恒定不变。
–λt
N = N0 e
•放射活性时钟广泛用于考古学、地理学与宇宙物质的年代测定上。
•当「长寿命」放射活性元素并入一封闭系统中的飞逝时光能由剩余活
性或在蜕变中形成的元素之量推测出来。
不确定性:
•当一颗石头形成时有多少子核种已含于内?
•在过程中有任何母核种或子核种被加入或取出吗?
1
一些天然的放射性同位素与其半衰期
放射性同位素产物半衰期
(母核) (子核) (年)
钐(Samarium)-147 钕(Neodymium)-143 106 billion
铷(Rubidium)-87 锶(Strontium)-87 billion
铼(Rhenium)-187 锇(Osmium)-187 42 billion
镥(Lutecium)-176 铪(Hafnium)-176 38 billion
钍(Thorium)-232 铅(Lead)-208 14 billion
铀(Uranium)-238 铅(Lead)-206 billion
* 钾(Potassium)-40 氩(Argon)-40 billion
铀(Uranium)-235 铅(Lead)-207 billion
铍(Beryllium)-10 硼(Boron)-10 million
氯(Chlorine)-36 氩(Argon)-36 300,000
* 碳(Carbon)-14 氮(Nitrogen)-14 5730
铀(Uranium)-234 钍(Thorium)-230 248,000
钍(Thorium)-230 镭(Radium)-226 75,400
2
放射性碳测定年代
放射性碳测定法是在1940年代晚期芝加哥大学的Willard F. Libby 教授所领导科学团发
展出的。
Libby之后在1960年获得诺贝尔化学奖:
「其方法可应用碳-14在考古学、地理学、地理物理学与其它科学分支的年代测
定上。」
根据一位推荐Libby为此项殊荣候选人的科学家说:
「很少有在化学上的单一发现对许多人类致力的许多领域的思想有如此冲击。很
少有一个发现产生如此广泛的公众利益。」
碳-14
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见第一与第二张图于Hyperphysics, 「Carbon Dating.」[]。
-
• 14C在上层大气层产生:
•分子的宇宙射线轰击产生中子
• 14N(n,p) 14C 反应产生14C
14
• C与O2 结合形成CO2
14 12
• CO2 与 CO2达成平衡而并入有机物质
•碳测定年代只应用在生命体中的物质
14C平衡活性
有机生命体持续排出CO2 至大气中
•在大气中达成平衡
•假设14C的产率是恒定的(事实上不是)
12 C
6 × -12
12 ≈ 10
6 C
3
14C比活度~ 15 Bq/克全部碳
14C 半衰期= 5730 年
β–放射出并变为14N
贝它能源= MeV (穿透力不强)﹐不见得会穿出固态试样
试样通常被氧化形成CO2
14C以气体形态被计数
需要大的试样(1-2 克碳)与长的计数时间(达15小时)
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见第三张图于Hyperphysics, 「Carbon Dating.」[]。
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–λt
N = N0 e
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图 1:Libby与Arnold(1