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用碳14鉴定古董的好处有哪些？

半衰期,年代,宇宙射线用碳14鉴定古董的好处有哪些？

发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

用碳14鉴定古董的好处有哪些？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

碳-14是碳元素的一种具有放射性的同位素，它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生。而碳-14又会发生半衰期T=5730年的衰变变成氮-14，由此构建一个核素平衡。

碳-14应用主要有两个方面：一是在考古学中测定生物死亡年代，即放射性测年法；二是以碳- 14 标记化合物为示踪剂，探索化学和生命科学中的微观运动。1950年以来，这种方法的技术与应用有了显著进展。于是加速器质谱碳-14 测年技术发展起来了。国外用它为文物瓷器断代较为普遍。它的优点是：

一是样品用量少，只需1～5 毫克就可以了。如古瓷器表面或气孔中的微量碳粉都可以测量。

二是灵敏度高，其测量同位素的比值的灵敏度可达10～15。

三是测量时间短，只需要1O～20分钟。

正是这些优点，一直为考古学家、地质学家所重视，并得到广泛的应用。可以说，对测定5000年以内的文物样品，加速器质谱碳-14测年法是测定精度较高的一种。

随着时代的发展，做旧技术也在发展。多有传言用X射线照射新瓷器，能加速同位素的衰变，造成测年断代失误。

建议：在用碳-14测年断代的同时，最好把传统的目测鉴定和古瓷器老化痕迹微观鉴定结合起来，就会大大提高准确性。

回答于 2019-09-11 08:43:50

您可能读到过或者听到过一些新闻故事，讲的是令人着迷的古代文物。在一次考古挖掘中出土了一件木制工具，考古学家发现它已有5000年的历史。在安第斯发现了一具孩童的木乃伊，考古学家声称其生活年代在2000多年前。科学家如何知道一件物品或一具尸体的历史年代？他们使用的是什么方法，这些方法的原理是什么？在本文中，我们将会介绍科学家使用放射现象测定物体年代的方法，其中最知名的就是C14年代测定法。

C14年代测定法可以确定生物起源在约5万年内的考古文物的年代，用于对骨骼、衣物、木材、植物纤维等古代人类行为相关产物进行年代测定。

每天都有大量宇宙射线进入地球大气层。例如，我们每人每小时要承受大约50万束宇宙射线的照射。宇宙射线与大气层中的原子碰撞的情况并不罕见，由此产生的二级宇宙射线以高能中子态存在，同时这些高能中子也经常会与氮原子碰撞。当中子碰撞时，N14（7个质子，7个中子）原子就会变成C14原子（6个质子，8个中子）和1个氢原子（1个质子，0个中子）。C14具有放射性，其半衰期约为5700年。

更多有关宇宙射线和半衰期的信息以及放射性衰减的过程，请看核辐射揭秘。

生物中的碳-14

宇宙射线创造的C14原子与氧结合会形成二氧化碳，植物将其吸收后会通过光合作用融入到植物纤维。食用植物的动物和人类同样会摄取C14。空气和所有生物中普通碳（C12）与C14的比例在任何时代都是几乎不变的。一万亿个碳原子中可能有一个是C14。C14一直在衰变，但它们会按照恒定速度被新的C14原子取代。此时，您的体内有一定比例的C14原子，而所有的植物和动物也都有相同比例的C14原子。

活的生物体一旦死亡，就会停止摄取新的碳。所有生物体死亡的那一刻C12和C14的比例都是一样的，但C14会继续衰变，而且不会得到补充。C14按半衰期为5700年的速度衰变，而样本中C12的数量仍然保持不变。通过测量样本中C12与C14的比例，将其与活的生物体进行对比，就能相当精确地测算样本的生存年代。

通过C14年代测定法计算样本年代的公式如下：

t = [ ln (Nf/No) / (-0.693) ] x t1/2

其中，ln指的是自然对数，Nf/No是样品中的C14与活体组织中相比的百分数，而t1/2是C14的半衰期（5700 年）。

这样，如果化石中的C14与活体样本相比是10%，那么化石的年代即为：

t=[ln(0.10)/(-0.693)]x5700年

=[(-2.303)/(-0.693)]x5700年

=[3.323]x5700年=18940年

由于C14的半衰期是5700年，因此只能测定年代最多为6万年的物体。不过，C14年代测定法的原则也适用于其他同位素。K40是在人体内发现的另外一种天然放射性元素，它的半衰期是13亿年。其他常用于放射性年代测定法的放射性同位元素包括：铀-235（半衰期=7.04亿年）、铀-238（半衰期= 45亿年）、钍-232（半衰期=140亿年）以及铷-87（半衰期=490亿年）。

使用多种放射性同位素可以让生物和地质样本的年代测定有更高的精确度。不过，放射性同位素年代测定法在未来可能会变得不适用。于20世纪40年代后死亡的生物会因为核弹、核反应堆和露天核试验的影响而难以精确测定年代。

碳-14是碳原子的一种放射性同位素，它是宇宙射线撞击空气中的氮原子而形成的。在大气中，每一万亿个二氧化碳分子里就有一个放射性碳-14，植物从大气中吸收二氧化碳时就吸收了碳-14，人和动物吃进植物（食物）的同时也就吸收了碳-14。只有当一个生物体死亡后，它才不再吸收碳-14。于是，碳-14像其他放射性元素一样，开始以稳定而均匀的速度衰减，其半衰（减）期为5730年，即每过5730年后，就有一半的碳-14消失，11460年后，只剩下四分之一的碳-14。而把活的或刚死亡的同类生物样品的碳-14含量作为标准，就可以借此测定出几万年前生物生存的精确年代。不仅如此，科学家还可测出任何由植物做成的东西的年龄，例如，房屋、羊皮纸卷手稿、衣服、纸张以及煤屑等。小小的碳-14原子的确派上了大用场。

发现这一自然奥秘并用实验加以证实的人，是美国科学家威拉德·弗兰克·利比（1908-1980）。他从宇宙射线和人工核反应的研究中得到启发，认为自然界存在生成碳-14的条件，有可能检测出来。1947年，利比在实验室里终于找到了一种解决检测碳-14的方法：燃烧样品，使其转化为二氧化碳气体，用辐射计测定二氧化碳中碳-14的数量。由此，利比建立了碳-14测定年代的方法。

1950年利比又用这种方法测定了金字塔的建造年代，竟奇迹般地与历史文献记载吻合。

1960年，鉴于利比发现碳-14年代测定法，为人类创造出独特的计时工具——“考古学时钟”，他被授予诺贝尔化学奖。

由于碳-14年代测定法依据的是原子核的变化，不受周围环境的物理、化学条件影响，而碳-14的半衰期（5730年）正适用于对几千年到几万年前的标本进行测定，另外，一些含碳的物质，如木、草、贝壳等动植物遗骸在古代遗址中普遍存在，获取标本很方便。因此，碳-14年代测定法被广泛应用于史前考古学和第四纪晚期地质学的研究。

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