放射性鉴年法
物理术语
放射性鉴年法是将核物理的研究成果应用于考古和地质研究的方法。随着科学家对原子核研究的不断深入,对放射性物质规律的不断总结,考古学必将取得长足的进展,历史的面纱也会被逐渐揭开。
定义
放射性鉴年法就是利用放射性物质的放射性进行样品年代鉴定的方法。主要是利用重核的衰变,可以确定地质年代。而某些轻核的同位素也可用于鉴定,这主要是用于考古研究。
原理
备放射性的重核都很不稳定,会自发的通过α衰变、β衰变等变成稳定的轻核。而这个衰变的过程是有一定的规律性的,随着时间的推移,放射性物质的含量会不断减少。而且这些重核的半衰期都很长,同地球的年龄相当。在最初阶段,矿物质中往往只含有单一的放射性重核,随着放射性衰变的进行,重核所占比例不断减小,我们通过测定样品中的重核比例,便可计算出该样品的年代。这种方法能够很好的应用于地质和考古鉴年。下面以Rb(87)为例进行说明。
如果在初始时刻的Rb(87)的含量为N0,而放射性物质的衰变服从指数规律,那么在t时刻的含量为N(t)=N0*exp(-λt)。经过β衰变后,产生的是Sr(87),t时刻Sr的含量为N1,则由原子核数目的守恒可知N1 N(t)=N0,从而有t=ln(1 N1/N(t))/λ。只要测定出样品中剩余的Rb和Sr的含量之比,并已知Rb的衰变常量λ,代入上式就可确定时间了。
应用
常用的放射性物质有铀系、锕系等放射系,也有较轻的放射性核素,如上面提到的Rb(87),还有为人所熟知的碳14
利用放射系进行鉴年的原理同Rb(87)类似,只是忽略了中间子核的含量在计算中的影响,而考虑母核和最终子核的含量。而这种近似的出来也是合理的,因为经过漫长的地质年代,中间子核的含量已经微乎其微,剩余较多的是母核和稳定的末端子核。计算公式也和铷87的相似。
碳14鉴年
碳14是碳12的同位素,半衰期为5730年。主要是宇宙射线作用在大气中的氮14上,发生核反应产生的。由于宇宙射线的强度十分稳定,大气中碳14的含量也一直保持在稳定的水平。地球上的生物在新陈代谢时吸入了含碳14的空气,通常情况下,作为大气中碳循环的一环,生物体内的碳14和碳12的比例与大气中是相同的,并保持稳定。但是当生物死后,体内便没有了碳14的来源,伴随着碳14的不断衰变,它同碳12的比例不断下降。通过测定生物遗体样品中碳14与碳12的含量比例,在根据大气中两者的比例,便可推测出样品所在年代,从而为考古研究提供依据。
参考资料
最新修订时间:2023-07-05 20:36
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