カーボン14年代測定 ポストカード

炭素14（たんそ14、14C、ラジオカーボン）は、6個の陽子と8個の中性子を含む炭素の放射性同位元素である。炭素14の存在は、考古学的、 地質学的および水文地質学的な試料の年代を決定するラジオカーボン・デーティング法の基礎となっている。炭素14は、1940年2月27日にマーティン・ケイメンとサム・ルーベンによってカリフォルニア大学バークレー校の放射線研究所で発見されたが、その存在は1934年にフランツ・クーリエによって示唆されていた。地球上には、炭素の天然に存在する同位元素として、99%が炭素12、1%が炭素13、そして炭素14は微量、例えば大気中の炭素の1兆分の1（0.0000000001%）までしか存在しない。炭素14の半減期は5,730±40年である。炭素14は、ベータ崩壊によって窒素14に崩壊する。現代のラジオカーボン標準の活性度は、1グラムの炭素あたり14分離壊（dpm）程度である。炭素14の原子量は、約14.003241amuである。炭素の異なる同位元素は、化学的性質に大きな差異はない。これは、炭素ラベル法と呼ばれる技術で化学研究に使用されている。ある化合物の炭素12原子のいくつかが、炭素14原子（または一部の炭素13原子）に置き換えられ、化合物が関与する化学反応を追跡することができる。目次 1 起源と放射性崩壊 2 ラジオカーボン・デーティング 3 原爆実験による生成 4 発生 4.1 化石燃料 4.2 ヒトの体内 5 関連項目 6 参考文献 7 さらなる読書 8 外部リンク 編集] 起源と放射性崩壊 炭素14は、熱中性子を窒素原子に吸収することによって、対流圏と成層圏の上層で生成される。宇宙線が大気中に入ると、さまざまな変化を起こし、中性子の生成を含む。生成された中性子（1n）は、以下の反応に参加する。 1n + 14N → 14C + 1H 炭素14の生成速度が最も高いのは、高度9〜15 km（30,000〜50,000 ft）および高地磁気緯度であるが、炭素14は容易に混合し、大気全体に均一に分布し、酸素と反応して放射性炭酸ガスを形成する。炭酸ガスはまた、水に溶解し、海に浸透する。炭素14は、氷中で速い中性子によって酸素のスピレーション反応を引き起こすことによっても生成される。その後、炭素14は、放射性ベータ崩壊を受ける。 電子と電子反中性子を放出することによって、炭素14（半減期5730年）は、安定した（非放射性）同位元素である窒素14に崩壊する。地球の生物圏における炭素14の在庫は約3億キュリーであり、そのほとんどは海洋にある。 編集] ラジオカーボン・デーティング ラジオカーボン・デーティングは、（14C）を使用して、約60,000年前までの炭素質材料の年代を決定する放射性年代測定法である。この技術は、1949年にウィラード・リブビーと彼の同僚によって、シカゴ大学での彼の在任中に開発された。リブビーは、交換可能な炭素14の放射能が、1グラムの炭素あたり14分離壊（dpm）程度であると推定した。1960年、彼はこの研究に対してノーベル化学賞を受賞した。この技術の頻繁な用途の1つは、考古学的な遺跡からの有機物の年代を決定することである。植物は光合成中に大気中の炭素を固定するので、植物と動物の炭素14レベルは、死んだ時点でほぼ大気中の炭素14レベルに等しい。しかし、その後、放射性崩壊により減少し、死んだ時期または固定された時期を推定することができる。計算または（より正確には）樹木リングデータ（年輪学）または洞窟堆積物（speleothems）との直接比較により、10,000年前から45,000年程度の試料の年代を決定することができる。 現代の産業時代には、化石燃料炭素（炭素14がほとんどない）が過去の数世紀にわたって大気中に大量に放出されたため、この技術には限界がある。 編集] 原爆実験による生成 大気14C、ニュージーランド[8]およびオーストリア[9]。ニュージーランドの曲線は南半球を代表し、オーストリアの曲線は北半球を代表する。 大気中の核兵器の実験は、北半球の大気中の14C濃度をほぼ2倍にした。[10] 1955年から1980年の間にいくつかの国で行われた上空核実験（核実験リストを参照）は、大気中および生物圏中の炭素14の量を劇的に増加させたが、実験が終了した後、大気中の同位元素の濃度は減少し始めた。炭素14レベルの変化の副作用の1つは、個人の出生年を決定できることである。歯のエナメル質中の炭素14の量は、加速質量分析法によって測定され、過去の大気中の炭素14濃度の記録と比較される。歯は特定の年齢で形成され、その後炭素を交換しないため、この方法により、1.6年以内に年齢を決定することができる。この方法は、1943年以降に生まれた個人にのみ有効であり、個人が生まれたときに北半球または南半球のどちらに住んでいたかを知る必要がある。別の年代測定法は、眼のレンズに依存する。人生の最初の年に生成される「レンズクリスタリン」と呼ばれる透明なタンパク質は、その後変化しないため、炭素14濃度を測定することで出生時の記録を得ることができる。この技術の主な制限は、1950年以降に生まれた人、レンズは生きている間または死後3日以内に除去する必要がある、個人が主に海産物を摂取していないことである。[13] 編集] 発生 編集] 化石燃料 ほとんどの人工化学物質は、炭素14が長い間崩壊しているはずの石油や石炭などの化石燃料から作られている。しかし、このような堆積物には、しばしば微量の炭素14（大きく変動するが、生物から1%の比率から、最高レベルの炭素14を含む油では40,000年と見なされる年齢まで）が含まれている。これは、バクテリアによる汚染、地下の放射線源が14N（n、p）14C反応を引き起こす、直接のウラン崩壊（ウラン含有鉱石中の14C / Uの測定比率は、14C / 12C比率が10^-15であるため、およそ1つのウラン原子が2つの炭素原子ごとに存在する必要がある）、または他の未知の二次的な炭素14生成源によるものと考えられる。炭素質材料のサンプルの同位元素シグネチャーにおける炭素14の存在は、生物起源または周囲の地質層における放射性物質の崩壊による汚染を示す可能性がある。ボレキシノ太陽ニュートリノ観測所の建設に接続して、低14C含有量の石油フィードストック（一次シンチレータの合成用）が得られた。ボレキシノ・カウンティング・テスト・ファシリティでは、14C / 12C比は1.94x10^-18と決定された。[16] 異なる石油貯留層での14Cの様々なレベルおよびメタンでのより低い14Cレベルの原因となる反応は、Bonviciniらによって議論された。[17] 編集] ヒトの体内 食品の供給源のほぼすべてが植物由来であるため、ヒトの体内を構成する炭素は、大気中の炭素14と同程度の濃度である。この内部ラジオカーボンからのベータ崩壊は、約0.01mSv /年（1mrem /年）に各人の電離放射線量に寄与する。これは、カリウム40（0.39mSv /年）およびラドン（可変）からの線量と比較して小さい。炭素14は、医学における放射性トレーサーとして使用できる。ヘリコバクター・ピロリの診断検査である尿素呼気試験の初期の変種では、約37kBq（1.0µCi）の炭素14でラベル付けされた尿素が患者に与えられた。 H. pylori感染の場合、細菌のウレアーゼ酵素は尿素をアンモニアと放射性ラベル付きの二酸化炭素に分解し、患者の呼気の低レベルカウンティングによって検出できる。[19] 14C-尿素呼気試験は、放射線の問題がない13C-尿素呼気試験に置き換えられた。