加速器質譜儀放射性碳定年 - Beta Analytic

... 輻射測試法定年和透過加速器質譜儀(AMS)定年。

輻射測試法檢測的是碳14原子的β粒子衰變，而加速器質譜儀計算的是樣品目前的碳14原子數量。

兩種碳定年方法各有其優缺點。

加速器質譜儀放射性碳定年 AMS定年包括加速離子到高動能的能量，然後進行質量分析。

儘管較輻射測試定年法昂貴，但是AMS定年方法的精準度更佳，而且只需少量樣品。

除了考古學和地質學，AMS定年還被應用在其他領域，例如生物醫學研究和海洋科學研究。

測量樣品中的放射性碳有兩種技術—透過輻射測試法定年和透過加速器質譜儀(AMS)定年。

這兩種方法被廣泛地用來測試考古文物和地質樣品的碳14含量。

這兩種放射性碳定年採用近代標準，例如草酸和其他参考材料。

儘管兩種放射性碳定年方法都能得出高品質的結果，但是它們的基本原理是不相同的。

輻射測試法檢測的是碳14原子的β粒子衰變，而加速器質譜儀計算的是樣品目前的碳14原子數量。

兩種碳定年方法各有其優缺點。

加速器質譜儀 質譜儀根據原子量檢測特定元素的原子。

然而，它們卻没有能力區别原子等壓線（不同元素的原子擁有相同的原子量，比如碳14和氮14，這種最常見的氮同位素）。

由於原子核物理學,質譜儀經微調，已可自眾多的鄰近質量中，分離出罕見的同位素，從而產生了加速器質譜儀。

其最終發展成一種能忽略碳14訊號周邊繁多同位素，並檢測出樣品中碳14的方法。

加速器質譜儀是如何進行的? 加速器質譜儀的放射性碳定年過程含兩部分。

第一部分是加速離子到非常高的動能能量，第二部分是隨之其後的質量分析。

常見於加速器質譜儀的加速系統有二，一為粒子迴旋加速器，一為串列靜電加速器。

使用串列加速器的AMS分析 預處理完之後，將欲使用加速器質譜儀進行放射性碳定年的樣品，轉化成固體石墨形式。

轉化方式是將樣品轉換成二氧化碳之後，接著在金屬催化劑的作用下進行石墨化。

燃燒樣品將其轉化成石墨，但其同時，也會使其他元素進入樣品，比如氮14。

當樣品最終被轉化成幾毫克的石墨後，它們被壓在一個金屬盤上。

對照材料同樣也被壓在金屬盤子上。

之後，將這些金屬盤子安裝於輪靶上以便依序進行分析。

之後將來自銫槍的離子射向輪靶，產生負離子化碳原子。

這些負離子化碳原子穿過聚焦裝置和注射磁體後到達串列加速器，而後透過兩百萬伏特的高壓電加速到正極端子。

在這個階段，其他帶負電荷的原子因為不穩定而無法到達探測器。

而這些帶負電荷的碳原子會轉移到剝離器（一個氣體或金屬箔），在那裡它們將失去電子，成為三價的帶正電碳原子。

在這個階段，出現的分子可能被消除掉，因為它們無法存在於這種三價帶電狀態。

帶有三價正電荷的碳原子進一步加速遠離正極端子，穿過另一套聚焦裝置，進行質量分析。

在質量分析中，將磁場套用在這些移動的帶電粒子上，使其偏離移動路徑。

如果帶電離子有相同的速度但擁有不同的質量，如同碳同位素的情況，較重的粒子偏離得最小。

不同偏轉角度的探測器就能計算粒子數。

在AMS定年的最後階段，不僅收集到樣品中的碳14原子數量，也收集到了碳12和碳13的數量。

從這些數據就可推知同位素的濃度比，其可用於評估分餾的等級。

AMS放射性碳定年的優點 對比輻射測試方法定年，AMS放射性碳定年最大的優點就是樣品量小。

對於某些樣品，加速器質譜儀僅需20至500毫克的量，然而常規的方法則需要較多的量，如木頭和木炭至少需10克，而骨頭和沉積物至少需100克。

一般而言，加速器質譜儀需要的樣品量少於常規方法的1000倍。

放射性碳定年是一個破壞性過程。

因此，其在分析樣品，尤其是微量樣品的能力，對於擁有少量文物的考古學家，以及因材料昂貴或稀有，而無法破壞的研究人員來說，加速器質譜儀是他們的選擇。

由於加速器質譜儀的靈敏度，如血液粒子、穀粒或種子等小粒子碳定年皆有辦法進行。

比起輻射測試方法需要1或2天的時間，加速器質譜儀分析樣品中碳14含量需時更短，一個樣品僅需幾小時即可完成。

最後，不可不提的是，相對於輻射測試法，AMS測量通常精準度更高，而背景值也較低。

AMS放射性碳定年的缺點 加速器質譜儀雖然是強大的工具，也是昂貴的工具。

建置和維護加速器質譜儀需要花費數百萬美元。

由於樣品量太小的關係，污染物控制也很困難。

需要執行嚴格的預處理，以確保污染物已清除且不會導致碳定年過程出現重大誤差。

AMS的其他應用 除了考古學、地質學和海洋科學研究以外，使用標有14C＂熱＂樣品的生物醫學實驗室，也透過AMS來開發藥物。

加速器質譜儀也被應用於藥物動力學、代謝物分析、毒理學和微劑量給藥。

AMS可用來確定海洋裡碳14的自然豐度、檢測沉積層的碳定年，也可用來繪製分布在溶解無機碳的碳14三維地圖。

免責聲明：本視頻託管於第三方網站中，可能包含廣告。

本段影片節錄自BETA實驗室網路研討會:同位素101:穩定同位素分析導論 為了提供您最佳的使用體驗，本網站使用Cookies。

若您繼續閱覽本網站，即表示同意使用。

Copyright©2022.BetaAnalytic.版權所有 隱私權政策|網站目錄|條款與條件