放射性碳定年法 2.doc

放射性碳定年法和加速器质谱法 -李一鸣 201300232079内容提要放射性碳测年法在考古过程中起到很重要的作用，用以断代定年，下文将介绍其概念、适用材料及测定年限，帮助了解碳测年。而加速器质谱法更是一个改革性的技术，若是应用于碳测年，可更精确。下文将介绍原理，优势等信息。关键字 ： 碳测年 AMS 应用正文一、放射性碳定年法 放射性碳定年法，又称碳测年，是利用自然存在的碳-14同位素的放射性定年法，用以确定原先存活的动物和植物的年龄的一种方法，可测定早至五万年前含碳有机物质的年代。对于考古学与晚第四纪地质研究来讲，这是一个准确的定年法技术. 碳以同位素混合物形式存在于大气和所有生命组织中（在组织存活时期混合物的比例为恒定）。碳有两个稳定同位素：碳-12（12C）和碳-13（13C）。除此之外，还有一些微量的不稳定（放射性）同位素：碳-14（14C）。14C的半衰期为5730年，因此它要用很长的时间才可完全消失，当（动物或植物）组织死亡后，由于碳-14会经历衰变，其比例就会降低，于是死亡样品的年龄可以通过测量样品的碳-14含量来确定。 并非所有的材料都可以进行放射性碳定年。大多数有机物（不是所有）都可以进行碳定年。此外，一些无机物质，如贝壳的文石（主要是CaCo3）成分，虽然为无机物，但是也可以进行碳定年（只要矿物的形成有吸收碳14，并保持与大气的碳14浓度相当即可）。自采用该方法以来，已进行过碳定年的样品包括木炭、木材、树枝、种子、骨头、贝壳、皮革、泥炭、湖泊淤泥、土壤、头发、陶器、花粉、壁画、珊瑚、血液残留、布料、纸或羊皮纸、树脂、水，等等。二、加速器质谱法 加速器质谱法（Accelerator Mass Spectrometry, 简称AMS），是一种质谱分析方法，与其他的质谱分析方法不同，加速器质谱法将离子加速到非常高的速度，再进入质谱分析单元从而提高了质谱的灵敏度和辨别度。 通常，加速器质谱法使用铯溅射负离子源，在这一过程中，稳定的同位素被转变为负离子，而某些不易转变成负离子的同质素就直接被排除，比如14N在这一步中就大部分被排除了。被预加速的离子通过第一个串联质谱仪，然后装有电子剥离器的阵列加速器，这是根据范德格拉夫起电机的原理设计的。在这两个阶段的连接点，被预加速的离子会通过一个气体或碳膜形成的薄层，失去电子从阴离子变为阳离子，这一过程称作“剥离” 当需探测的离子离开电磁加速器之后，已经达到了光速的百分之几。离子会进入第二阶段的高能质谱分析系统，第二阶段的质谱分析会加入电磁透镜，所以分子的碎片会和离子分离开。此时只剩下某些同质素的正离子，但其能量状态比要检测的离子能量要高，可以借助新型的同量异位素分离技术和重离子探测器分离开, 由于粒子被加速到Mev的能量，可以利用负离子源技术、电子剥离技术、电磁场分离技术和原子核物理技术来很好地将待测粒子与分子离子、同位素和同量异位素分开，从而根本地得到有效的抑制。正因为如此，AMS14C测年方法显示出了其独特的优点。首先，样品用量少：一般AMS14C测年方法只需用1至5mg样品，最小有人只用20-50g，而常规14C测年法则需1至5g样品，相差三个数量级。其次，灵敏度高：AMS14C测年法测量同位素比值的灵敏度可达10-15至10-16，而常规质谱只能达10-8，火花质谱可达10-9，最先进的ICP质谱也只能达10-11，相差五至七个数量级。再从测量时间来看：AMS14C测年法测量现代碳，达到1%的精度，只需10-20分钟，但常规14C测年方法却需12-20小时。 正由于AMS14C测年方法具有上述优点，自其问世以来，一直为考古学家、古人类学家和地质学家所重视，并得到广泛的应用。例如，在地学方面，尤其是在更新世至全新世界面时标，晚更新世和全新世时期的冰期、古气候、古环境变化、海平面升降等研究方面，能提供高分辨的时间标尺。在考古学方面，能为旧石器时代晚期人类的发展提供完整的时间标尺，为新石器时代考古提供完整的年代序列，为史前考古研究提供可靠的时间标尺等。AMS14C测年也常用于一些重要文物或事件的鉴定。 下面是用AMS解决在格陵兰岛上诺尔斯人消失之谜的例子。“丹麦80年发掘的结果，国家博物馆拥有大量埋葬在旧挪威教堂墓地的骨头。对这种骨材料的选定部分同位素的分析，使我们能够确定哪种食物每个人都吃过，或者更实质：陆地和海洋的饮食之间的平衡。与此同时，我们已经用AMS测得这些骨头的14C含量。同位素分析再次说明，挪威人改变了他们的饮食习惯.第一个定居者的饮食包括80 的农产品和20 从周围海边。但是海鲜食品发挥了越来越大的角色，这样的格局是朝着完全转身期间，从1300年的格陵兰北欧不得不结束这种格局他们的饮食的50-80来自简化的海洋食品链：他们开始了作为农民，但最终成为猎人或渔民。一些考古学家声称，古代挪威格陵兰屈从了，因为他们在文化上缺乏灵活性，无论是不能或不愿适应不断变化的条件和存在，前来到了一个灾难性的结束，由触发恶化气候.这个假设现在可以反驳。”【1】参考文献：【1】C-14 dating and the disappe