当前课程知识点：核辐射物理及探测学 > 第二章原子核的放射性 > 2.4 放射规律的一些应用 > 2.4.3 碳-14断代年代法

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2.4.3 碳-14断代年代法在线视频

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下一节:2.4.4 地质放射性鉴年法

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2.4.3 碳-14断代年代法课程教案、知识点、字幕

下面我们来介绍一下

14C断代年代法

14C断代年代法

是利用放射性确定远期年代的

一种方法

我们知道

14C是一个具有β-放射性的核素

它的半衰期是5700年

它主要用于考古学中的年代断代

也就是说它所能断代年代

基本上是几百年到几万年

这样的一个时间范围

往往是几千年到几万年

更合适一点

首先我们来看一下

14C究竟是从什么地方来的

14C本身的半衰期

看起来挺长的5000多年

但是我们知道这个5000年

和咱们整个历史去比的话

那是一个很短的时间

而且我们也知道

14C本身肯定不是哪一个

天然放射系里面的核素

因为我们知道那个系列里面

最底下的那个稳定核素

都是二零几

就说质量数很大的一个核素

所以它不是放射系里面的核素

它的存在

究竟是什么样的一个原因

讲到14C的来源的话

其实就要讲到

来自于地球之外的射线

来自于地球之外的射线

我们叫它叫宇宙射线

在宇宙射线进入大气层的时候

会发生各式各样的作用

在这个作用的过程里面

会产生中子

中子就会和大气里面的14N

发生核反应的过程

这是一个天然的核反应过程

在这个核反应的过程里头

产生了14C

我们知道宇宙射线

在很长久的这个历史进程里面

其实它的总量变化并不大

所以我们说这个14C本身

按照这样的一个核反应生成过程

它的生成率是基本不变的

然后它的衰变呢

是以它的半衰期5700年去衰变

所以这个地方看起来

好像会构成一个

类似于平衡的这种体系

平衡了之后

大气里面的12C和14C的比例

就是一个不变的数值

这个比例不随着时间而发生变化

地球上的植物

会和空气里面的C

发生一个C的交换

它在这个C交换的过程里头

使得地球上的活的植物体里面的

C的这个12C和14C的比例

和空气里面的就是一样的了

我们知道动物其实是通过

吃植物等等这样的过程

构成了一个生物链

在这个过程里面呢

活的生物体

就是包括地球上的植物动物

体内的12C和14C的含量之比

和大气里面的这个比例都是相当的

什么时候会发生变化呢

就是它和空气里面的碳

交换过程结束的时候

这个比例就会发生变化

当然这个停止交换

其实指的就是生物体死掉的时候

我们可以算一下

1g有机生命体的碳中

含有的14C的个数

差不多是6×1010个

每分钟发生衰变的14C

只有14个左右

当生命结束之后

生物体停止和大气里面的碳

进行交换

它体内的14C

就会不断的衰变而减少

所以这个我们就可以

通过它的这个衰变的情况去了解

它究竟是什么时候结束生命的

利用的关系很简单

就是我们前面得到的指数衰减规律

有两种方法可以测量生物体死亡

距今的年代

第一种方法

我们可以直接利用

辐射探测器来测量14C的放射性

通过它的放射性了解

究竟有多少个14C

这样的话反过去我们就可以知道

14C的比例发生了一个什么样的变化

这个变化和年代是相关的

它第二种方法就是直接去数一下

14C核素的数目

这个是利用加速器质谱的办法去数

14C核素的数目

当然这两种方法各有优缺点

第一种方法需要的设备

是比较简单的

但是我们所需要的样品量

是比较大的

往往需要的样品量是克的量级

测量的时间往往是天的量级

所以这个时间长

需要的样品量比较大

这是它的一个缺点

第二种方法呢

设备是很复杂的

需要一个大的加速器

但是需要的样品量比较小

往往是毫克这样一个量级

测量的时间呢

往往是小时这样的量级

就是说测量时间短

需要的样品量比较少

而且测量的精度

比第一种方法要高得多

可能要高五六个量级的样子

断代的方法就是将古代样品的

14C和12C的含量比

与现代样品的比例做比较

这样的话我们就可以得到

生物体的死亡年代

具体的方法就是14C本身

它的数目随着时间是减少的

所以有e^-λt的

一个衰减规律

14C本身是放射性核素

它的数目随着时间

是一个指数衰减的规律

所以我们在这样的一个式子两边

都给它除上12C的数量

就是12C和14C一个比例

我们看一下

这个比例随着时间的变化

当然也是一个指数衰减的规律

利用这个规律

我们可以得到t

就是距今的一个年代

具体的应用例子的话

大家可以在网上搜一下

例如很著名的

像耶稣的裹尸布的年代的测量等等

国内也有相关的一些报道

所以你要用14C作为关键词

去搜索的话

可以看到很多的具体的例子

课上我们就不再讲

这个就是14C 的断代年代法

其实利用到的就是

放射性衰变过程里面

那个固定的时标

这个时标就是它的半衰期

所以利用这个时标

可以确定和时间相关的一些量

这是它断代的一个基本的物理原理

这一节我们就讲到这里

核辐射物理及探测学课程列表：

第一章原子核的基本性质

-1.1 基础知识、常量与单位

--1.1.1 基础知识、常量与单位

-1.2 原子核的构成、表示方法与相关术语

--1.2.1 原子核的构成

--1.2.2 原子核的表示方法

--1.2.3 一些原子核相关的术语

-1.3 原子核的大小与稳定性规律

--1.3.1 原子核的大小

--1.3.2 核力的基本特性

--1.3.3 β稳定曲线及原子核的稳定性规律

--1.3.4 核势垒

-1.4 原子核的结合能

--1.4.1 质量亏损与质量过剩

--1.4.2 原子核的结合能与比结合能

--1.4.3 液滴模型

-1.5 原子核的自旋

--1.5.1 原子核的自旋

-1.6 原子核的磁矩与电矩

--1.6.1 原子核的磁矩

--1.6.2 原子核的电矩

-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态

--1.7.1 原子核的统计性质

--1.7.2 原子核的宇称

--1.7.3 原子核的能态

-课后作业--作业

第二章原子核的放射性

-2.1 放射性衰变的基本规律

--2.1.1放射性的发现

--2.1.2原子核的放射性

--2.1.3衰变纲图

--2.1.4放射性衰变的基本规律

--2.1.5描述放射性的特征量

--2.1.6 放射性活度、比活度、射线强度

-2.2 递次衰变规律

--2.2.1 递次衰变规律

--2.2.2 放射性平衡与逐代衰变

-2.3 放射系

--2.3.1 放射系

-2.4 放射规律的一些应用

--2.4.1 放射源活度修正和源性质分析

--2.4.2 放射源制备时间与放射源活度确定

--2.4.3 碳-14断代年代法

--2.4.4 地质放射性鉴年法

--2.4.5 短寿命核素发生器

-课后作业--作业

第三章原子核的衰变

-3.1 原子核的衰变方式

--3.1.1 原子核的衰变方式

-3.2 α衰变

--3.2.1 α衰变的形式

--3.2.2 α衰变的特点

--3.2.3 α衰变的衰变能

--3.2.4 α衰变与核能级图

--3.2.5 α衰变的衰变常数

-3.3 β衰变

--3.3.1 什么是β衰变？

--3.3.2 中微子假说

--3.3.3 中微子的性质

--3.3.4 β-衰变

--3.3.5 β+衰变

--3.3.6 轨道电子俘获

--3.3.7 β衰变三种类型小结

--3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则

--3.3.9 β能谱形状与库里厄图

--3.3.10 衰变常数与比较半衰期

-3.4 γ跃迁

--3.4.1 什么是γ跃迁？

--3.4.2 γ跃迁的多极性与主要特点

--3.4.3 γ跃迁几率与选择定则

--3.4.4 同质异能跃迁

--3.4.5 内转换

-课后作业--作业

第四章原子核反应

-4.1 核反应的概况

--4.1.1 原子核反应相关概念

--4.1.2 核反应中的第一

--4.1.3 核反应的分类

--4.1.4 核反应中的守恒定律

-4.2 核反应能和Q方程

--4.2.1 核反应能

--4.2.2 Q方程

--4.2.3 Q方程的应用

--4.2.4 实验室坐标系和质心坐标系

--4.2.5 核反应阈能

--4.2.6 L系和C系中出射角的关系

-4.3 核反应截面和产额

--4.3.1 核反应截面

--4.3.2 微分截面和角分布

--4.3.3 L系和C系中反应截面的关系

--4.3.4 反应产额

-4.4 反应机制及核反应模型

--4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系

--4.4.2 核反应的光学模型

--4.4.3 复合核模型

--4.4.4 共振和共振公式

--4.4.5 (n,γ)反应的1/v规律

-课后作业--作业

第六章射线与物质相互作用

-6.1 辐射与物质相互作用概述

--6.1.1 射线(辐射)及射线的分类

--6.1.2 带电粒子与物质原子的碰撞过程

--6.1.3 能量损失率、比能损失或阻止本领

-6.2 重带电粒子与物质的相互作用

--6.2.1 重带电粒子与物质相互作用的特点

--6.2.2 电离能量损失规律：Bethe公式

--6.2.3 对Bethe公式的讨论

--6.2.4 Bragg曲线与能量歧离

--6.2.5 能量损失的Bragg加法法则

--6.2.6 重带电粒子的射程及射程歧离

--6.2.7 阻止时间

-6.3 快电子与物质的相互作用

--6.3.1 快电子与物质相互作用的特点

--6.3.2 辐射能量损失规律

--6.3.3 快电子的能量损失率

--6.3.4 快电子的吸收与射程

--6.3.5 快电子的散射与反散射

--6.3.6 正电子湮没

--6.3.7 带电粒子与物质相互作用小结

-6.4 γ射线与物质的相互作用

--6.4.1 能谱的概念

--6.4.2 γ射线与物质相互作用的特点

--6.4.3 光电效应(物理、能量、截面)

--6.4.4 康普顿效应

--6.4.5 电子对效应

--6.4.6 三种效应的比较

--6.4.7 其他作用过程

--6.4.8 γ射线的衰减规律

--6.4.9 关于中子与物质相互作用的说明

-课后作业--作业

第七章辐射测量的数理统计基础

-7.1 统计学的基础知识

--7.1.1 伯努利实验

--7.1.2 二项分布

--7.1.3 泊松分布

--7.1.4 高斯分布

--7.1.5 串级变量

-7.2 放射性测量的统计误差

--7.2.1 核衰变数的涨落

--7.2.2 放射性测量的统计误差

-7.3 电离过程的涨落与法诺分布

--7.3.1 电离过程的涨落与法诺分布

-7.4 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

--7.4.1 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

-7.5 时间间隔的统计分布

--7.5.1 相邻信号脉冲(或粒子)的时间间隔

--7.5.2 相邻“进位脉冲”的时间间隔

-课后作业--作业

第八章气体电离探测器

-8.1 气体中离子与电子的运动规律

--8.1.1 气体中离子与电子的运动规律

-8.2 电离室

--8.2.1 电离室的工作机制

--8.2.2 脉冲电离室及其输出信号

--8.2.3 脉冲电离室的主要性能指标第一部分：能量分辨率

--8.2.4 脉冲电离室的主要性能指标第二部分：饱和特性、坪特性等

--8.2.5 累计电离室

-8.3 正比计数器

--8.3.1 正比计数器的工作原理

--8.3.2 正比计数器的输出信号

--8.3.3 正比计数器的主要性能指标

-8.4 G-M计数管

--8.4.1 GM计数管的工作机制

--8.4.2 有机自熄GM计数管

--8.4.3 卤素自熄GM计数管

--8.4.4 自熄GM计数管的输出信号和主要性能指标

-8.5 气体探测器小结

--8.5.1 气体探测器小结

-课后作业--作业

第九章闪烁探测器

-9.1 闪烁体

--9.1.1 闪烁体及其分类

--9.1.2 闪烁体的主要物理特性

--9.1.3 闪烁光的收集

-9.2 光电倍增管

--9.2.1 光电倍增管及其主要性能

-9.3 闪烁探测器

--9.3.1 闪烁探测器输出信号的物理过程及输出回路

--9.3.2 闪烁探测器的输出信号

--9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落

-9.4 单晶闪烁谱仪

--9.4.1 单晶闪烁谱仪的构成和主要性能指标

-课后作业--作业

第十章半导体探测器

-10.1 半导体与半导体探测器

--10.1.1 半导体探测器及其基本特点

--10.1.2 半导体的基本性质

-10.2 PN结半导体探测器

--10.2.1 PN结半导体探测器的工作原理

--10.2.2 PN结半导体探测器的输出信号

--10.2.3 PN结半导体探测器的主要性能

-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器

--10.3.1 锂漂移半导体探测器

--10.3.2 高纯锗半导体探测器

--10.3.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器的性能与应用

-10.4 其他半导体探测器

--10.4.1 其他半导体探测器

-课后作业--作业

第十二章核辐射测量方法

-12.1 活度测量方法

--12.1.1 辐射测量关心的问题

--12.1.2 活度测量的相对法与绝对法

--12.1.3 影响活度测量的因素

--12.1.4 α放射性样品活度的测量

--12.1.5 β放射性样品活度的测量

-12.2 符合测量法

--12.2.1 什么是符合？

--12.2.2 真符合

--12.2.3 反符合

--12.2.4 延迟符合

--12.2.5 符合曲线

--12.2.6 偶然符合

--12.2.7 真偶符合比

-12.3 γ能谱解析

--12.3.1 γ能谱解析

-课后作业--作业

第十三章中子及中子探测

-13.1 中子的基本特性与分类

--13.1.1 中子的基本特性与分类

-13.2 中子源

--13.2.1 中子源

-13.3 中子与物质的相互作用

--13.3.1 中子与物质的相互作用

-13.4 中子探测的特点与探测方法分类

--13.4.1 中子探测的特点与探测方法分类

-13.5 常用的中子探测器

--13.5.1 常用的中子探测器

-课后作业--作业

2.4.3 碳-14断代年代法笔记与讨论

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