Koolstof 14-deklaag briefkaart

Koolstof-14, 14C of radiocarbon is een radioactieve isotoop van koolstof met een kern die 6 protonen en 8 neutronen bevat. De aanwezigheid ervan in organisch materiaal is de basis van de tot nu toe toegepaste methode voor het dateren van radiocarbonen in archeologische, geologische en hydrogeologische monsters. Koolstof-14 is op 27 februari 1940 ontdekt door Martin Kamen en Sam Ruben aan het Radiation Laboratory van de Universiteit van Californië in Berkeley, hoewel het bestaan ervan in 1934 door Franz Kurie was gesuggereerd[2]. Op aarde zijn er drie van nature voorkomende isotopen van koolstof: 99% van de koolstof is koolstof-12, 1% is koolstof-13, en koolstof-14 komt voor in sporenhoeveelheden, bijv. tot 1 deel per triljoen (0,0000000001%) van de koolstof in de atmosfeer. De halfwaardetijd van koolstof-14 bedraagt 5,730±40 jaar. Het daalt tot stikstof-14 door bètaafbraak.[3] De activiteit van de moderne radiocarbonstandaard[4] is ongeveer 14 desintegraties per minuut (dpm) per gram koolstof.[5] De atoommassa van koolstof-14 bedraagt ongeveer 14.003241 amu. De chemische eigenschappen van de verschillende isotopen van koolstof verschillen niet merkbaar. Dit wordt gebruikt bij chemisch onderzoek in een techniek die koolstofetikettering wordt genoemd: sommige koolstofatomen van een bepaalde verbinding worden vervangen door koolstof-14-atomen (of sommige koolstof-13-atomen) om ze te traceren langs chemische reacties waarbij de betrokken stof betrokken is. Inhoud [huid] 1 Oorsprong en radioactief verval 2 Radiocarbon datering 3 Vorming tijdens kernproeven 4 Voorkomen 4.1 In fossiele brandstoffen 4.2 In het menselijk lichaam 5 Zie ook 6 Referenties 7 Verder lezen 8 Externe verbindingen [bewerken] Oorsprong en radioactief verval Koolstof-14 wordt geproduceerd in de bovenste lagen van de troposfeer en de stratosfeer door thermische neutronen geabsorbeerd door stikstofatomen. Wanneer kosmische stralen de atmosfeer binnendringen, ondergaan zij verschillende transformaties, waaronder de productie van neutronen. De resulterende neutronen (1n) nemen deel aan de volgende reactie: 1n + 14N → 14C + 1H Het hoogste koolstof-14-productiepercentage vindt plaats op hoogten van 9 tot 15 km (30.000 tot 50.000 ft) en op hoge geomagnetische breedten, maar de koolstof-14 mengt zich gemakkelijk en wordt gelijkelijk verdeeld over de atmosfeer en reageert met zuurstof tot radioactief kooldioxide . Kooldioxide lost ook op in water en permeert zo de oceanen. Koolstof-14 kan ook in ijs worden geproduceerd door snelle neutronen die mortaliteitsreacties in zuurstof veroorzaken. Koolstof-14 gaat vervolgens door radioactief bètaafval. Door een elektron en een elektronenantineutrino uit te stoten, vervalt koolstof-14 (halfwaardetijd van 5730 jaar) in de stabiele (niet-radioactieve) isotoop-stikstof-14. De inventaris van koolstof-14 in de aardbiosfeer is ongeveer 300 miljoen Curies, waarvan de meeste zich in de oceanen bevinden.[6] [Bewerk] Radiocarbon-datering Hoofdartikel: Radiocarbondatering Radiocarbondatering is een radiometrische datingmethode die (14C) gebruikt om de leeftijd van koolstofhoudende materialen tot ongeveer 60.000 jaar te bepalen. De techniek werd in 1949 ontwikkeld door Willard Libby en zijn collega's[7] tijdens zijn aanstelling als professor aan de Universiteit van Chicago. Libby schat dat de radioactiviteit van verwisselbare koolstof-14 ongeveer 14 desintegraties per minuut (dpm) per gram zou zijn. In 1960 kreeg hij de Nobelprijs voor de chemie. Een van de veelvuldige toepassingen van de techniek is tot nu toe het gebruik van organische resten van archeologische vindplaatsen. Planten maken atmosferische koolstof vast tijdens fotosynthese, zodat het 14C-niveau bij planten en dieren wanneer ze sterven ongeveer gelijk is aan het 14C-niveau in de atmosfeer op dat moment. Daarna neemt het echter af ten gevolge van radioactieve verval, waardoor de datum van overlijden of fixatie kan worden geschat. Het initiaal 14C-niveau voor de berekening kan ofwel worden geschat, ofwel direct worden vergeleken met de gegevens die jaarlijks bekend zijn, van de gegevens over boomringen (dendrochronologie) tot 10.000 jaar geleden, of van grotdeposito's (speleothems) tot ongeveer 45.000 jaar oud. Een berekening of (nauwkeuriger) een directe vergelijking met de niveaus van de kool-14 in de boomring of grot-afzetting, geeft het hout of het diermonster de leeftijd van de vorming. De techniek heeft beperkingen in het moderne industriële tijdperk, omdat fossiele brandstoffen (die weinig koolstof-14 bevat) in de afgelopen eeuwen in grote hoeveelheden in de atmosfeer terecht zijn gekomen. [Edit] Formatie tijdens nucleaire testsAtmosferisch 14C, Nieuw-Zeeland[8] en Oostenrijk[9]. De Nieuw-Zeelandse curve is representatief voor het zuidelijk halfrond, de Oostenrijkse curve is representatief voor het noordelijk halfrond. De atmosferische kernwapenproeven verdubbelden bijna de concentratie van 14C in het noordelijk halfrond [10].De bovengrondse kernproeven die tussen 1955 en 1980 in verschillende landen hebben plaatsgevonden (zie lijst van kernproeven) hebben de hoeveelheid koolstof-14 in de atmosfeer en vervolgens in de biosfeer drastisch doen toenemen; na afloop van de tests begon de concentratie van de isotoop in de atmosfeer te dalen . Een bijkomend effect van de verandering in de atmosferische koolstof-14 is dat hierdoor het geboortejaar van een individu kan worden bepaald: de hoeveelheid koolstof-14 in tandenamel wordt gemeten met gasmassaspectrometrie en vergeleken met de gegevens over vroegere atmosferische koolstof-14 concentraties. Aangezien tanden worden gevormd op een bepaalde leeftijd en daarna geen koolstof uitwisselen, kan met deze methode worden bepaald dat de leeftijd binnen 1,6 jaar ligt. Deze methode is uitsluitend van toepassing op personen die na 1943 zijn geboren[11][12] en moet bekend zijn of de betrokkene op de leeftijd waarop de tand zou zijn gevormd, in het noordelijke of zuidelijke halfrond woonde. een alternatieve uitvalmethode berust op de ooglens; transparante eiwitten die "lenskristallijn" worden genoemd en die in het eerste levensjaar worden geproduceerd, blijven daarna ongewijzigd, zodat het meten van koolstof-14-concentraties daar een record kan opleveren voor het tijdstip van geboorte. De voornaamste beperkingen van de technologie zijn dat de persoon na 1950 moet zijn geboren, dat de lens moet worden verwijderd zolang de persoon leeft of binnen drie dagen na de dood voordat hij te veel vervalt, en dat de persoon niet in de eerste plaats op schaal- en schelpdieren kan hebben gedijen.[13] [Bewerken] In fossiele brandstoffen zijn de meeste chemicaliën die in man zijn verwerkt, gemaakt van fossiele brandstoffen, zoals aardolie of steenkool. 4 zou lang moeten zijn geleden. Dergelijke afzettingen bevatten echter vaak sporen van koolstof-14 (die aanzienlijk variëren, maar variëren van 1% van de in levende organismen gevonden verhouding tot een schijnbare leeftijd van 40.000 jaar voor olie met de hoogste koolstof-14).[14] Dit kan wijzen op mogelijke verontreiniging door kleine hoeveelheden bacteriën, ondergrondse stralingsbronnen die de 14N(n,p)-14C-reactie veroorzaken; direct uraanval (hoewel gemeten verhoudingen van 14C/U in uraniumhoudende ertsen[15] zijn gemeld, zou voor elke twee koolstofatomen ongeveer 1 uraanatoom impliceren om de 14C/12C-verhouding, gemeten in de orde van grootte van 10-15), of andere onbekende secundaire bronnen van koolstof-14 te veroorzaken. De aanwezigheid van koolstof-14 in de isotopenhandtekening van een monster van koolzuurhoudend materiaal duidt mogelijk op de verontreiniging ervan door biogene bronnen of het verval van radioactief materiaal in de omringende geologische lagen. In verband met de bouw van het observatorium van de Borexino-neutrino werd aardoliegrondstof (voor de synthese van het primaire scintillant) verkregen met een laag 14C-gehalte. In de Borexino Counting Test Facility werd een 14C/12C-verhouding van 1,94x10-18 bepaald;[16] reacties die verantwoordelijk zijn voor variërende 14C-waarden in verschillende aardoliereserves en de lagere 14C-waarden in methaan, zijn door Bonvicini e.a. besproken[17] [bewerken] In het menselijk lichaam Omdat in wezen alle bronnen menselijke voeding is afkomstig van planten , de koolstof die ons lichaam bevat , bevat koolstof - 14 in dezelfde concentratie als de atmosfeer . De bèta-afname van dit inwendige radiocarbon draagt ongeveer 0,01 mSv/jaar (1 mrem/jaar) bij aan de dosis ioniserende straling van elke persoon.[18] Dit is klein in vergelijking met de doses kalium-40 (0,39 mSv/jaar) en radon (variabel). Koolstof-14 kan als radioactieve tracer in de geneeskunde worden gebruikt. Bij de initiaal variant van de ureum ademtest wordt een diagnostische test op Helicobacter pylori, ureum geëtiketteerd met ongeveer 37 kBq (1,0 µCi) koolstof-14, aan een patiënt toegediend. Bij een H. De ureum-ademtest met 14 C is grotendeels vervangen door de ureum-ademtest met 13 C zonder stralingsproblemen.