碳-14约会如何工作

宇宙射线每天大量进入地球大气层。例如，每个人每小时都会击中大约一百万个宇宙射线。宇宙射线与大气中的原子碰撞，以能量中子的形式形成次级宇宙射线，而这些能量性中子与氮原子碰撞并不少见。当中子碰撞时，氮-14（七个质子，七个中子）原子变成碳-14原子（六个质子，八个中子）和一个氢原子（一个质子，零中子）。碳14是放射性的，有半衰期约5700年。

有关宇宙射线和半衰期以及放射性衰减过程的更多信息，请参见核辐射如何工作。

生物中的碳14

宇宙射线与氧气结合形成二氧化碳的碳14原子，该原子自然地吸收二氧化碳，并通过光合作用掺入植物纤维中。动物和人也吃植物并服用碳14。在任何给定时间，正常碳（碳12）与空气中的碳14的比率几乎是恒定的。也许一万亿个碳原子中的一个是碳14。碳-14原子总是腐烂，但它们被新的碳-14原子以恒定的速率取代。目前，您的身体中有一定比例的碳-14原子，所有生物和动物的百分比相同。

生命有机体死亡后，它就停止摄入新碳。死亡时碳12与碳-14的比率与其他所有生物相同，但是碳14腐烂，未被替换。碳-14的半衰期为5700年，而样品中的碳-12含量保持恒定。通过查看样品中碳12与碳-14的比率，并将其与生物体中的比率进行比较，可以相当精确地确定以前生物的年龄。

一个计算样品的碳14年代的公式是：

t = [ln（nf/no）/（-0.693）] x T1/2

t = [ln（n_F/n_o） /（-0.693）] x T_1/2

其中ln是天然对数，n_F/n_o与生物组织的数量相比，样品中碳14的百分比是_1/2是碳14（5700年）的半衰期。

因此，如果您的化石与活样品相比具有10％的碳14，那么化石将是：

t = [ln（0.10） /（-0.693）] x 5,700年

t = [（-2.303） /（-0.693）] x 5,700年

t = [3.323] x 5,700年

t = 18,940年

由于碳-14的半衰期为5700年，因此仅适用于约60，000年历史的对象。但是，碳14年代的原理也适用于其他同位素。钾40是您体内自然发现的另一个放射性元素，半衰期为13亿年。放射性约会的其他有用的放射性同位素包括铀-235（半衰期= 7.04亿年），铀-238（半衰期= 45亿年），钍-232（半衰期= 140亿年）和Rubidium-87（半衰期= 490亿年）。

各种放射性同位素的使用允许具有高度准确性的生物学和地质样品的约会。但是，未来的放射性同位素约会可能无法很好地工作。1940年代之后死亡的任何事物核弹，核反应堆和露天核试验开始更改事物，至今将很难确切。

最初出版：2000年10月3日