Основные источники и химические формы углерода-14 в природе
Лекции.ИНФО


Основные источники и химические формы углерода-14 в природе



Изото́пыуглеро́да — разновидности атомов (и ядер) химического элемента углерода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. Углерод имеет два стабильных изотопа — 12C и 13C. Содержание этих изотопов в природном углероде равно соответственно 98,93 % и 1,07 %. Известны также 13 радиоактивных изотопов углерода (от 8C до 22C), из которых один — 14C — встречается в природе (его содержание в атмосферном углероде около 10−12). Углерод — лёгкий элемент, и его изотопы значительно различаются по массе, а значит и по физическим свойствам, поэтому во многих природных процессах происходит их разделение (фракционирование).

Изотоп 14C образуется при облучении 14N нейтронами по следующей реакции:

Изотоп углерода 14C образуется в атмосфере из атмосферного азота под действием космического излучения. С небольшой скоростью углерод-14 образуется и в земной коре.Измерение радиоактивности органических веществ растительного и животного происхождения, обусловленной изотопом 14C, применяется для радиоуглеродного анализа возраста старинных предметов и природных образцов. В живом организме 14C находится в равновесии с окружающей средой. После гибели организма он перестаёт обмениваться углеродом со средой, и содержание 14C начинает медленно уменьшаться (его период полураспада равен 5,70±0,03 тыс. лет). Измеренная удельная активность 14C в образце может быть однозначно связана с временем, прошедшим с момента гибели организма.

 

Атомы 14С быстро окисляются в атмосфере кислородом воздуха до СО2, которая смешивается с основной двуокисью углерода атмосферы. Поглощение СО2 растениями обогащает их радиоуглеродом, а через них 14С попадает в организм животных. Таким образом, космические лучи являются источником радиоактивности всех живых организмов. СО2, растворенная в воде океана, образует «меченные» карбонаты и бикарбонаты. Вследствие этих процессов возникает одинаковый изотопный состав во всем обменном углероде. Концентрация 14С в обменном углероде биосферы составляет 1.07*10-10%, концентрация стабильных изотопов 12С и 13С – соответственно 98.89 и 1.11%. Смерть лишает живую материю способности поглощать радиоуглерод. В мертвых органических тканях происходят внутренние изменения, включая и распад атомов радиоуглерода. После прекращения углеродного обмена (гибели организмов, выпадения карбонатов на дно океана), концентрация радиоуглерода в этих образованиях начинает уменьшаться за счет ничем не

компенсируемого распада его атомов и с течением времени падает до нуля. Такие образования могут быть использованы для определения абсолютного возраста по 14С. Содержание изотопа

14C в образце можно сопоставить с кривой радиоактивного распада и таким образом установить промежуток времени, истекший с момента гибели организма (его выключения из кругооборота углерода). Однако для такого определения абсолютного возраста образца необходимо допустить, что начальное содержание 14С в организмах на протяжении последних 50 000 лет (ресурс радиоуглеродного датирования) не претерпевало изменений. На самом деле образование

14С под воздействием космических лучей и его поглощение организмами несколько менялось. В результате измерение содержания изотопа 14С в образце дает лишь приблизительную дату.

Чтобы учесть влияние изменений начального содержания 14С, можно использовать данные

дендрохронологии о содержании 14C в древесных кольцах. Возможности углеродного метода лимитированы временем жизни 14С. Верхний предел метода определяется чувствительностью анализа. Удельная активность 0.03 распад/мин на 1 г углерода, соответствующая возрасту 50000 лет, лежит у предела возможностей измерительной техники. На современном уровне измерительной техники он достигает 30-40 тыс. лет, а при значительном обогащении – 60 тыс. лет. Нижний предел метода ограничен точностью анализа и при 0.3%-ной ошибке составит 80 лет. Исходную начальную концентрацию 14С(N0) определяют по углероду атмосферы или современным

углеродсодержащим образованиям с максимальным его содержанием. Расчеты возраста ведут по обычной формуле радиоактивного распада где Nt – содержание 14С в изучаемом объекте.

 

выделение его из морской воды), выделение трансплутониевых элементов в условиях высоких радиационных нагрузок, выделение ценных компонентов из отработанного топлива, глубокая очистка контурных вод энергетических ядерных установок, локальный неразрушающий анализ элементов и т.д. Решение этих задач связано с дальнейшим исследованием состояния и поведения радиоактивных нуклидов при процессах соосаждения, хроматографии, при электрохимических процессах. Чрезвычайно важные задачи ядерная технология ставит перед радиохимическим анализом (контроль чистоты ядерных материалов, определение степени выгорания, изотопного состава и содержания делящихся материалов в ядерном топливе и др). Радиоактивные нуклиды и радиоактивные излучения находят применение в самых различных областях науки, техники. Сельского хозяйства и медицины.

 

 


 

 









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-25; Просмотров: 115;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная