碳-14檢視原始碼討論檢視歷史
碳14是碳元素的一種具放射性的同位素，它是透過宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生。碳-14原子核由6個質子和8個中子組成。其半衰期約為5,730±40年，衰變方式為β衰變，碳14原子轉變為氮-14原子。自然界中碳元素有三種同位素，即穩定同位素12C、13C和放射性同位素14C。 14C的半衰期為5730年，14C的應用主要有兩個方面：一是在考古學中測定生物死亡年代，即放射性測定年代法 的一種，其他常用的還有鉀-氬法測定，鉀-氬法測定，熱釋光測定等；二是以14C標記化合物為示蹤劑，探索化學和生命科學中的微觀運動。在地球上有99%的碳以碳-12的形式存在，有大約1%的碳以碳-13的形式存在，只有兆分之一（0.0000000001%）是碳-14，存在於大氣中，由大氣中氮與宇宙射線作用生成，其豐度基本保持不變，是生物圈中碳-14的來源。
發現
碳-14最早由加州大學伯克利分校放射性實驗室的馬丁?卡門（Martin Kamen）和塞繆爾?魯賓（Sam Rubin）於1940年2月27日發現的。1949年碳-14測年方法的祖師爺Willard Libby和Arnold完成了已知年齡的考古和地質樣品的測定，宣告14C測年方法的創建成功，轟動了整個考古學界和地質學界。Libby也因此在1960年獲得了諾貝爾獎。 [1]
由來
碳有三種自然同位素，其中碳-14具有放射性稍微特別一點，它存在於自然界中所有的生物體中，說到碳，我們第一個想到的就是地球上充滿多樣性的生命形式，我們所知的每一種生物都由四種基本元素構成：碳、氮、氧、氫。但是碳是最重要、也是最特別的元素，它是有機分子的基礎，是生命體的基石。 從鑽石到納米管再到DNA，碳對於構造最複雜的結構必不可少。地球上大部分的碳都來自於上一代恆星死亡時的超新星爆發，目前絕大多數以碳-12的形式存在，也就是原子核中有6個中子。在碳的總量中1.1%是以碳-13的形式存在，原子核中多了一個中子。雖然碳-13也很穩定，但在恆星中碳-13形成的頻率要比碳-12低得多，所以碳-12不僅在地球上是碳的主要形式，而且在我們可觀察宇宙的任何地方都應該是這個樣子，這一點並不奇怪，因為走到哪物理定律都是一樣的，恆星也以同樣的方式聚變。還有另外一種形式的碳它就是碳14，原子核中有8個中子的碳原子，碳-14非常罕見而且原子核本身也不穩定會發生衰變，在地球上的碳總量中只有1 /萬億的碳原子是碳-14。數十億年前在恆星中形成的碳-14原子的半衰期為5700年，地球目前已經存在了45億年，所以古老的恆星賦予我們的碳-14早已衰變為氮原子了。那麼地球上現在的碳-14咋來的當一個原子的中子數與原子核中的質子數不匹配時，多出來的中子就覺得自己有點多餘，於是原子核通常會發生以下兩種方式的衰變： 一種是α衰變，即原子核發射一個氦-4原子核（兩個質子和兩個中子） 另一種是β衰變，即原子核中的一個中子通過發射一個電子、一個反電子中微子轉變為質子。 所以在碳-14中多出來一個中子，就會經歷β衰變，半衰期為5700年，衰變後的碳-14會變為氮原子，衰變過程中的重子數是守恆的。在所有的有機生命體中，當然也包括我們自己的身體，甚至是海洋中的生物體內，都存在着少量、但含量穩定的碳-14。[2]
應用領域
碳-14呼氣試驗 幽門螺桿菌（Hp）可引起多種胃病，包括胃炎、胃潰瘍、十二指腸潰瘍、非潰瘍性消化不良、胃癌等。因此，根除幽門螺桿菌已經成為現代消化道疾病治療的重要措施。 幽門螺桿菌可產生高活性的尿素酶。當病人服用碳14標記的尿素後，如患者的胃內存在Hp感染，胃中的尿素酶可將尿素分解為氨和碳14標記的CO2，碳14標記的CO2通過血液經呼氣排出，定時收集呼出的氣體，通過分析呼氣中碳14標記的CO2的含量即可判斷患者是否存在幽門螺桿菌感染。 相比於傳統的胃鏡檢查，該法簡單、高效、準確率高，減輕了病人的身體和精神負擔。
標記化合物 碳-14標記化合物廣泛應用於化學、生物學、醫學領域中，採用放射性標記化合物進行示蹤，具有方法簡單、易於追蹤、準確性和靈敏性高等特點。 [8]
利用碳-14測定年代 宇宙射線中的中子與大氣中的大量存在的穩定核素氮14發生N(n,p)C反應能夠產生碳14，而碳14又會發生半衰期T=5730年的β衰變變成氮14，由此構建一個核素平衡。碳14與氧氣反應生成的二氧化碳被生物圈接收，活體生物體內的碳14與碳12濃度比例是一定【經測定，碳14的同位素豐度為1.2×10^(-12)】的，只有當生物死亡後，碳循環中斷，碳14逐漸衰變至沒有。在化石標本中採樣測量碳-14的豐度，與1.2×10^(-12)比較，即可計算出生物生活的年代。
14C的應用主要有兩個方面：一是在考古學中測定生物死亡年代，即放射性測年法；二是以14C標記化合物為示蹤劑，探索化學和生命科學中的微觀運動。
宇宙射線中的中子與大氣中的大量存在的穩定核素氮-14發生N(n,p)C反應能夠產生碳-14，而碳-14又會發生半衰期T=5730年的β衰變變成氮-14，由此構建一個核素平衡。碳-14與氧氣反應生成的二氧化碳被生物圈接收，活體生物體內的碳-14與碳-12濃度比例是一定【經測定，碳-14的同位素豐度為1.2×10^(-12)】的，只有當生物死亡後，碳循環中斷，碳-14逐漸衰變至沒有。在化石標本中採樣測量碳-14的豐度，與1.2×10^(-12)比較，即可計算出生物生活的年代。多數和鈾釷測年對同一批樣品交叉使用
比如：一個化石樣品含有碳-14的豐度是4.3×10^(-13)，則可計算出該化石活體生活的年代距今t=ln(No/N)T/ln2=ln[1.2×10^(-12)÷4.3×10^(-13)]×5730÷ln2≈8483.9861年（N『=Ne^(-λt)）。
利用碳14原理測量生物基含量 放射性碳測年法適用於在工業產品中生物基含量測量,因為產品中包含了一些近代的生物質材料和石化衍生材料的組合。為此開發的標準稱為ASTM D6866。 近代的生物質材料(生物基成分)含有碳14,石化衍生材料(來自石油)沒有。因此所有的碳14產品來自生物基成分。對於一個包含生物質成分和石化衍生成分的產品，ASTM D6866分析將用碳14含量來計算產品中有多少是來自植物成分，有多少來自石油衍生成分。 例子: 通過ASTM D6866，100%來源石油衍生成分的聚乙烯製作的產品只有0% 的生物基含量,而一個由100%來源於植物的聚乙烯製作的產品將有一個100%的生物基含量結果。 通過ISO / IEC 17025:2005認證的BETA實驗室還為全世界的產品製造商、分銷商和研究人員提供生物基產品、生物燃料、垃圾衍生燃料和燃燒排放氣體（CO2氣體）的生物基/可再生碳含量測試。 BETA實驗室利用碳-14原理進行天然產品來源測試，如香精、香料、精油、化妝品和補充劑，來識別產品中的化石衍生來源成分。[3]