Kako se ogljik-14 uporablja za dajanje artefaktov

V petdesetih letih je W.F. Libby in drugi (University of Chicago) so zasnovali metodo za oceno starosti organskega materiala na podlagi stopnje razpada ogljika-14. Carbon-14 datiranje se lahko uporablja na predmetih, starih od nekaj sto let do 50.000 let.

Ogljik-14 nastaja v atmosferi, ko reagirajo nevtroni iz kozmičnega sevanja dušikovi atomi:

¹⁴₇N + ¹₀n → ¹⁴₆C + ¹₁H

Prosti ogljik, vključno s ogljik-14 nastane v tej reakciji, lahko reagira na tvorbo ogljikov dioksid, sestavni del zraka. Atmosferski ogljikov dioksid, CO₂ima koncentracijo v stanju dinamičnega ravnovesja približno en atom ogljika-14 na vsakih 10¹² atomi ogljika-12. Žive rastline in živali, ki jedo rastline (kot ljudje), zaužijejo ogljikov dioksid in ga imajo enako ¹⁴C /¹²C razmerje kot ozračje.

Ko pa rastlina ali žival umre, preneha z jemanjem ogljika kot hrane ali zraka. The radioaktivno razpadanje ogljika, ki je že prisoten, začne spreminjati razmerje ¹⁴C /¹²C. Z merjenjem, koliko je razmerje znižano, je mogoče določiti, koliko časa je minilo od živenja rastline ali živali. Razpad ogljika-14 je:

¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰_-1e (razpolovna doba je 5720 let)

Za ostanke papirja, odvzetih s svitkov Mrtvega morja, je bilo ugotovljeno, da ima ¹⁴C /¹²C razmerje 0,795-krat večje od rastlin, ki živijo danes. Ocenite starost drsenja.

Rešitev

The polovično življenje za ogljik-14 znano 5720 let. Radioaktivno razpadanje je postopek prvega reda, kar pomeni, da reakcija poteka v skladu z naslednjo enačbo:

dnevnik₁₀ X₀/ X = kt / 2,30

kjer je X₀ je količina radioaktivnega materiala v času nič, X je količina, ki ostane po času t, in k je konstanta hitrosti prvega reda, ki je značilna za razpadanje izotopa. Stopnje upadanja so ponavadi izraženi kot njihova razpolovna doba namesto konstante hitrosti prvega reda, kjer

k = 0,693 / t_1/2

zato za to težavo:

k = 0,693 / 5720 let = 1,21 x 10^-4/year

dnevnik X₀ / X = [(1,21 x 10)^-4/ leto] x t] / 2,30

X = 0,795 X₀, torej dnevnik X₀ / X = log 1.000 / 0.795 = dnevnik 1,26 = 0,100

torej 0,100 = [(1,21 x 10^-4/ leto) x t] / 2,30

t = 1900 let