Вуглець-14

Вугле́ць-14 (лат. C-14, історичні назви ра́діовугле́ць, ра́діокарбо́н) — радіоактивний нуклід хімічного елемента вуглецю з атомним номером 6 і масовим числом 14.

Вуглець-14 Таблиця ізотопів
Загальні відомості
Назва, символ	радіовуглець, радіокарбон,¹⁴C
Нейтронів	8
Протонів	6
Властивості ізотопу
Період напіврозпаду	5,70 (3) ×10³[1] років
Продукти розпаду	¹⁴N
Атомна маса	+14,003241989 (4)[2] а.о.м
Спін	0⁺[1]
Дефект маси	3 019,893(4)[2] кеВ
Енергія зв'язку	7 520,319 (0)[2] (питома) кеВ
Канал розпаду	Енергія розпаду
$β$ ^-	0,156476 (4)[2] МеВ

Вуглець-14 є одним з природних радіоактивних ізотопів. 27 лютого 1940 його вперше виявили під час своїх експериментів американські фізики Мартін Девід Кеймен та Самуел Рубен. Період його напіврозпаду, що становить 5730 ± 30 років, був встановлений пізніше (Мартін Кеймен у своїх перших експериментах отримав 2700 і 4000 років[3], Ліббі 1951 року прийняв час напіврозпаду у 5568 ± 30 років). Це дозволило використовувати цей ізотоп для встановлення віку радіоактивним шляхом у геології при датуванні біоматеріалів віку до 50 000 років. Найчастіше використовується у льодовиковій та післяльодниковій геології, в археології, а також у фізиці атмосфери, геоморфології, гляціології, гідрології та ґрунтознавстві, у фізиці космічних променів, фізиці Сонця і в біології, не лише для датувань, але і як трасер різних природних процесів.[4]

Вуглець-14 утворюється в атмосфері з азоту-14 під впливом космічних променів. Відносний вміст вуглецю-14 у відношенні до «звичайного» (вуглецю-12) в атмосфері залишається приблизно постійним (приблизно 1:10¹²). Як і звичайний вуглець, ¹⁴C вступає у реакцію з киснем, утворюючи вуглекислий газ, який потрібен рослинам у процесі фотосинтезу. Люди та різні тварини потім споживають рослини та виготовлені з них продукти в їжу, засвоюючи таким чином і вуглець-14.

Утворення та розпад

Вуглець-14 утворюється у верхніх шарах тропосфери та стратосфери внаслідок поглинання атомами нітрогену-14 теплових нейтронів, які у свою чергу є результатом взаємодії космічних променів та сполук атмосфери:

\mathrm {~_{0}^{1}n} +\mathrm {~_{7}^{14}N} \rightarrow \mathrm {~_{6}^{14}C} +\mathrm {~_{1}^{1}H} .

Переріз процесу ¹⁴N(n, p) ¹⁴C достатньо високий (1,83 барн). Він у 25 разів вище, ніж перетин конкуруючого процесу — радіатівного захоплення теплового нейтрона ¹⁴N(n, $γ$ ) ¹⁵N.

З найбільшою швидкістю вуглець-14 утворюється на висоті від 9 до 15 км на високих геомагнітних широтах, проте потім він рівномірно розподіляється по всій атмосфері.

Ще один природний канал утворення вуглецю-14 — відбувається з дуже малою ймовірністю кластерний розпад деяких важких ядер, що входять до радіоактивних рядів. Останнім часом виявлений розпад з емісією вуглецю-14 ядер 224Ra (ряд торію), 223Ra (ряд урану-актинію), 226Ra (ряд урану-радію); передбачений, але експериментально не виявлений аналогічний процес для інших природних важких ядер (кластерна емісія вуглецю-14 виявлена також для відсутніх у природі нуклідів 221Fr, 221Ra, 222Ra та 225Ac). Швидкість утворення радіогенного вуглецю-14 з цього каналу занадто мала порівняно зі швидкістю утворення космогенного вуглецю-14.[5]

Вуглець-14 зазнає $β$ ^--розпад, внаслідок розпаду утворюється стабільний нуклід 14N (виділяється енергія 156,476 (4) кеВ[2]) :

\mathrm {~_{6}^{14}C} \rightarrow \mathrm {~_{7}^{14}N} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.

Див. також

Радіовуглецеве датування

Примітки

Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 3–128. — Bibcode:2003NuPhA.729....3A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.(англ.)
Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — Bibcode:2003NuPhA.729..337A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.(англ.)
Martin David Kamen. «Radiant science, dark politics: a memoir of the nuclear age».
В. Левченко. — «Радиоуглерод и абсолютная хронология: записки на тему». — «Русский Переплёт», 18 декабря 2001.
Baum, E. M. et al. (2002). Nuclides and Isotopes: Chart of the nuclides 16th ed.. Knolls Atomic Power Laboratory (Lockheed Martin).

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[Nubase2003-1] Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 3–128. — Bibcode:2003NuPhA.729....3A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.(англ.)

[AME2003-2] Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — Bibcode:2003NuPhA.729..337A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.(англ.)

[3] Martin David Kamen. «Radiant science, dark politics: a memoir of the nuclear age».

[4] В. Левченко. — «Радиоуглерод и абсолютная хронология: записки на тему». — «Русский Переплёт», 18 декабря 2001.

[5] Baum, E. M. et al. (2002). Nuclides and Isotopes: Chart of the nuclides 16th ed.. Knolls Atomic Power Laboratory (Lockheed Martin).