Kohlenstoff 14 Verabredet Runder Aufkleber

Carbon-14, 14C oder Radiocarbon ist ein radioaktives Kohlenstoffisotope mit einem Kern, der 6 Protonen und 8 Neutronen enthält. Seine Präsenz in Bio Werkstoffen ist die Grundlage für die bisher verabredet Methode der Radiokarbon archäologischen, geologischen und hydrogeologischen Proben. Kohlenstoff-14 wurde am 27. Februar 1940 von Martin Kamen und Sam Ruben am Radiationslabor der University of California in Berkeley entdeckt, obwohl seine Existenz 1934 von Franz Kurie vermutet wurde.[2] Es gibt drei natürlich vorkommende Kohlenstoffisotope auf der Erde: 99% des Kohlenstoffs besteht aus Kohlenstoff-12, 1% aus Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14 aus Spurenmengen, z. B. ein Teil pro Billion (0,0000000001%) des Kohlenstoffs in der Atmosphäre. Die Halbwertszeit von Kohlenstoff-14 beträgt 5,730±40 Jahre. Es zerfällt durch Beta-Zerfall in Stickstoff-14.[3] Die Aktivität des modernen Radiokarbon-Standards[4] liegt bei etwa 14 Desintegrationen pro Minute (dpm) pro Gramm Kohlenstoff.[5] Die Atommasse von Kohlenstoff-14 beträgt etwa 14.003241 amu. Die unterschiedlichen Kohlenstoffisotope unterscheiden sich nicht wesentlich in ihren chemischen Eigenschaften. Dies wird in der chemischen Forschung in einer Technik, die als Kohlekennzeichnung bezeichnet wird, verwendet: Einige Kohlenstoff-12-Atome einer bestimmten Verbindung werden durch Kohlenstoff-14-Atome (oder einige Kohlenstoff-13-Atome) ersetzt, um sie entlang chemischer Reaktionen mit der gegebenen Verbindung zu verfolgen. Inhalt [verstecken] 1 Herkunft und radioaktiver Zerfall 2 Radiokarbon verabredet 3 Formation während nuklearer Tests 4 Auftreten 4.1 In fossilen Brennstoffen 4.2 Im menschlichen Körper 5 Siehe auch 6 Referenzen 7 Weitere Lektüre 8 Externe Links [bearbeiten] Herkunft und radioaktiver Zerfall Carbon-14 wird in den oberen Schichten der Troposphäre und der Stratosphäre durch thermische Neutronen absorbiert von Stickstoffatomen produziert. Wenn kosmische Strahlen in die Atmosphäre eindringen, werden sie verschiedenen Veränderungen unterzogen, einschließlich der Herstellung von Neutronen. Die resultierenden Neutronen (1n) nehmen an der folgenden Reaktion teil: 1n + 14N → 14C + 1H Die höchste Kohlenstoffproduktionsrate findet in Höhen von 9 bis 15 km (30.000 bis 50.000 ft) und in hohen geomagnetischen Breiten statt, aber der Kohlenstoff-14 ist leicht und gemischt wird gleichmäßig über die Atmosphäre verteilt und reagiert mit Sauerstoff zu radioaktivem Kohlendioxid. Kohlendioxid löst sich auch in Wasser auf und durchdringt so die Ozeane. Kohlenstoff-14 kann auch in Eis durch schnelle Neutronen produziert werden, die Spallationsreaktionen im Sauerstoff verursachen. Kohlenstoff-14 durchläuft dann den radioaktiven Beta-Zerfall. Durch die Emission eines Elektrons und eines Elektronenantineutrinos verfällt Kohlenstoff-14 (Halbwertszeit von 5730 Jahren) in den stabilen (nicht radioaktiven) Isotopenstickstoff-14. Das Inventar von Kohlenstoff-14 in der Biosphäre der Erde beträgt etwa 300 Millionen Curies, von denen der größte Teil in den Ozeanen liegt.[6] Radiokarbon verabredete Hauptartikel: Radiocarbon verabredete Radiocarbon verabrede eine radiometrische verabred-Methode, die (14C) verwendet, um das Alter von kohlenstoffhaltigen Stoffen bis etwa 60.000 Jahre alt zu bestimmen. Die Technik wurde 1949 von Willard Libby und seinen Kollegen [7] während seiner Amtszeit als Professor an der Universität Chicago entwickelt. Libby schätzt, dass die Radioaktivität des austauschbaren Kohlenstoff-14 etwa 14 Desintegrationen pro Minute (dpm) pro Gramm betragen würde. 1960 erhielt er den Nobelpreis für Chemie für dieses Werk. Eine der häufigen Anwendungen der Technik ist bis heute Bio Überreste aus archäologischen Stätten. Pflanze fixieren atmosphärischen Kohlenstoff während der Fotosynthese, sodass der Gehalt von 14C bei Pflanze und Tieren, wenn sie etwa gleich hoch die ist wie der von 14C in der Atmosphäre zu dieser Zeit. Nach dem radioaktiven Zerfall nimmt sie jedoch ab, sodass das Datum des Todes oder der Fixierung abgeschätzt werden kann. Der anfängliche 14C-Wert für die Berechnung kann entweder geschätzt werden, oder direkt mit den bekannten Daten von Jahr zu Jahr verglichen werden, von Daten aus Baumringen (Dendrochronologie) bis vor 10.000 Jahren, oder von Höhlenvorkommen (Speläothems) bis etwa 45.000 Jahre. Eine Berechnung oder (genauer gesagt) ein direkter Vergleich mit Baumring oder Höhlenvorkommen Kohlenstoff-14-Gehalt, gibt dem Holz oder Tier Probe Alter-aus-Formation. Die Technik hat innerhalb der modernen industriellen Ära Grenzen, weil Kohlenstoff aus fossilen Brennstoffen (der wenig Kohlenstoff-14 hat) in großen Mengen in die Atmosphäre freigesetzt wird, in den letzten Jahrhunderten. [bearbeiten] Formation während der nuklearen Prüfungen Atmosphärisch 14C, Neuseeland[8] und Österreich[9]. Die neuseeländische Kurve ist repräsentativ für die südliche Hemisphäre, die österreichische Kurve ist repräsentativ für die Nordhalbkugel. Die nuklearen Waffentests in der Atmosphäre haben die Konzentration von 14C in der Nordhalbkugel fast verdoppelt [10].Die nuklearen Tests in den oben genannten Ländern zwischen 1955 und 1980 (siehe nukleare Testliste) haben die Menge an Kohlenstoff-14 in der Atmosphäre und anschließend in der Biosphäre drastisch erhöht; nach den Tests wurde die atmosphärische Konzentration des Isotop abgebaut. Eine Nebenwirkung der Veränderung des atmosphärischen Kohlenstoffs-14 ist, dass dies die Entschlossenheit des Geburtsjahres eines Individuums ermöglicht: Die Menge an Kohlenstoff-14 in Zahnemaille wird mit der Beschleunigermassenspektrometrie gemessen und mit Platten vergangener atmosphärischer Kohlenstoff-14-Konzentrationen verglichen. Da die Zähne in einem bestimmten Alter gebildet werden und danach kein Kohlenstoff mehr austauschen, ermöglicht diese Methode die Altersbestimmung innerhalb von 1,6 Jahren. Diese Methode funktioniert nur für Individuen, die nach 1943 geboren sind, [11][12], und es muss bekannt sein, ob die Person in der Zeit der Zahnbildung in der nördlichen oder südlichen Hemisphäre lebte. Eine alternative verabredet Methode beruht auf der Augenlinse; transparente Proteine, die so genannten "Linsenkristalline", die im ersten Lebensjahr hergestellt werden, bleiben danach unverändert, sodass die Messung der dort vorhandenen Kohlenstoff-14-Konzentrationen eine Aufzeichnung der Geburtszeit liefern kann. Die Hauptbeschränkungen für die Technologie bestehen darin, dass die Person nach 1950 geboren worden sein muss, die Linse entfernt werden muss, während die Testperson am Leben ist, oder innerhalb von drei Tagen nach dem Tod, bevor sie zu stark verfällt, und der Einzelne nicht in erster Linie von Meeresfrüchten leben kann.[13] [bearbeiten] Bei fossilen Brennstoffen bestehen die meisten vom Menschen hergestellten Chemikalien aus fossilen Brennstoffen, wie Erdöl oder Kohle, in der Kohlenstoff-14 hätte schon lange verfallen sein sollen. Allerdings enthalten diese Ablagerungen häufig Spuren von Kohlenstoff-14 (wobei sich die Anteile erheblich unterscheiden, jedoch von 1 % des in lebenden Organismen festgestellten Verhältnisses bis zu Beträgen, die bei Ölen mit dem höchsten Kohlenstoff-14-Gehalt mit einem scheinbaren Alter von 40.000 Jahren vergleichbar sind)[14]. Dies kann auf eine mögliche Kontamination durch kleine Bakterienmengen, Strahlungsquellen aus dem Untergrund, die die 14N(n,p) 14C-Reaktion verursachen, hindeuten, dass ein direkter Uranabbau (obwohl die gemessenen Verhältnisse von 14C/U in uranhaltigen Erzen[15] für jeden zweiten Kohlenstoff ungefähr 1 Uranatom implizieren würde, um das 14C/12C-Verhältnis zu bestimmen, gemessen in der Reihenfolge 10-15) oder anderen unbekannten sekundären Quellen der Kohlenstoffproduktion-14. Das Vorhandensein von Kohlenstoff-14 in der isotopischen Signatur einer Probe von kohlenstoffhaltigem Material weist möglicherweise auf seine Kontamination durch biogene Quellen oder den Abfall radioaktiven Materials in umliegenden geologischen Schichten hin. Im Zusammenhang mit Gebäude wurde das Borexino Solar Neutrino Observatorium, Erdöl Ausgangsstoff (zur Synthese des primären Szintillats) mit niedrigem 14C-Gehalt gewonnen. In der Borexino Counting Test Facility wurde ein Verhältnis von 14C/12C von 1,94x10-18 ermittelt;[16] Reaktionen, die für unterschiedliche Konzentrationen von 14C in verschiedenen Erdölvorräten verantwortlich sind, und die niedrigeren 14C-Werte in Methan wurden von Bonvicet al.[17] [bearbeiten] im menschlichen Körper diskutiert, da im Wesentlichen alle Nahrungsquellen des Menschen stammen aus Pflanze, der Kohlenstoff, der unseren Körper umfasst, enthält Kohlenstoff-14 in derselben Konzentration wie die Atmosphäre. Die Beta-Zerfallsprozesse aus diesem internen Radiokarbon tragen etwa 0,01 mSv/Jahr (1 m/Jahr) zur Dosis ionisierender Strahlung bei.[18] Im Vergleich zu den Kalium-40-Dosen (0,39 mSv/Jahr) und Radon (variabel) ist dies gering. Kohlenstoff-14 kann in der Medizin als radioaktiver Spur verwendet werden. In der Anfangsvariante des Harnstoff-Atemtests wird ein diagnostischer Test für Helicobacter pylori, Harnstoff, gekennzeichnet mit etwa 37 kBq (1,0 µCi) Carbon-14, an einen Patienten gefüttert. Im Falle einer H. pylori-Infektion spaltet das bakterielle Harnstoffenzym den Harnstoff in Ammoniak und radioaktiv markiertes Kohlendioxid ab, das durch eine niedrige Zähmung des Atems des Patienten nachgewiesen werden kann.[19] Der 14-C-Harnstoff-Atemtest wurde weitgehend durch den 13-C-Harnstoff-Atemtest ersetzt, der keine Strahlenbelastung aufweist.