Thursday, September 10, 2009

碳-14同位素測定遺骸之年代

1895年11月,德國物理學教授侖琴 (Roentgen) 發現一種眼睛看不見但能穿透物質的射線。
因不知其名,故稱為X射線,一般俗稱X光。
1898年7月在法國巴黎,居里 (Curie) 夫婦兩人首次自瀝青鈾礦中提煉出一種新元素,
命名為釙 (Po) 以紀念居里夫人的祖國波蘭。
同年12月又成功地分離出另一新元素鐳 (Ra) 。
「放射性」(radioactivity)這個名詞就是居里夫人所創的。
1898年,威廉韋恩發現了帶正電的質子,
1899 年原籍紐西蘭的拉塞福 (Rutherford) 發現了帶2個正電單位的α粒子,稱為阿伐射線,
且證明帶一個負電單位的貝他 (β) 射線就是電子。
在1900年韋拉特 (Villard) 發現另一種電磁波射線,能量比X射線還高,命名為加馬(γ)射線。
不帶電的中子是最後被發現的,遲至1932年2月才由查兌克 (Chadwick) 發現。
至此人類對原子核裡面的構造,才有較清楚的瞭解。

碳-14是因宇宙射線撞擊地球大氣層而產生的,
碳-14氧化成二氧化碳後會被植物吸收。
同時,動物又會進食植物,所以大部份有機體都會有一定份量的碳-14。
但當植物和動物死去,他們便會停止吸取碳-14。
碳-14的份量因衰變會隨時間而減少,每經過一個半衰期(即大約5,730年),含量便會減半。
透過量度古代有機體的碳-14含量,我們便可以估計該有機體的死亡年份。

碳-13及其同位素簡介
碳-13(carbon-13, 13C)之原子核含有6個質子及7個中子,是一種在1929年發現的天然而穩定的核種,也就是說在無外力激發下,不會自行蛻變而放出任何輻射線(如x- ray,r-ray, -ray等)或粒子(如中子,α-粒子等),因此它在人體中,完全不會產生任何輻射線傷害。在自然界或人體中與其共存的碳-12同位素,化性與物性幾乎完全相同,但是含量懸殊,碳-12約佔98.9%,碳-13約佔1.1%。此外,自然界中還有一種同位素,稱作碳-14同位素,由於其原子核之中子數比質子數多了兩個,因此會自行蛻變,放射出 -ray,半衰期為5,760年,在自然界中之含量非常微小,在人體中之含量可以忽略不計。但在考古學上測定人類遺骸之年代時,卻非常有用。在臨床應用上,碳-13與碳-14皆可標幟於特定化合物中的特定位置,經口服或靜脈注射進入人體後,利用示蹤技術或核磁共振造影,可以檢驗人體疾病或測定臟器功能與感染,但是由於碳-14同位素之半衰期長達5,760年,在臨床應用上,雖然劑量微小,但卻可能造成無法預期之傷害。於1986年左右,法國、德國、奧地利等數個歐洲國家即開始禁止碳-14使用於臨床研究。反之,碳-13同位素,由於安全無慮,近年來已逐漸取代碳-14同位素在臨床應用上的地位。此外,碳 -13原子核具磁性,可利用來進行13C-NMR監測或MRI造影,而碳-12及碳-14則無此特性。

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