新浪博客

BETA-实验室碳测年系列--五、14C测年方法大比拼:常规14C 测年VS加速

2016-05-10 10:23阅读:
碳14测年方法可分为常规14C 测年和加速器质谱(AMS)14C测年两种,下面小编为您就这两种方法做一下对比:
1、常规14C 测年方法
常规法已有超过50年的发展历史, 早年多用气体正比计数技术,20 世纪60 年代后发展了液体闪烁技术。常规法具有所需样品量大、测试效率低的缺点。周卫健等研制了14C小样品的液体闪烁法的制样装置, 能够测量的碳量为100~200 mg,是一种见效快、费用低的有效方法, 在尚不具备加速器测年的情况下,解决了部分地质、考古小样品的测年难题。
2、加速器质谱(AMS)14C测年方法
1977 年McMaster 和Rochester 的两个科学小组分别独立地用串列加速器成功测试了自然样品中14C的原子数, 使AMS 第一次用于14 C 的测量。20 世纪80 年代中期, 美国通用离子公司生产了专用的第二代AMS 系统。它们的端电压为3 MV , 测量精度<0.5 %。20世纪80年代末,Purser 等提出了专用的第三代AMS 系统, 它采用了同时注入系统, 专门用于14C测量, 其14C 或12C 的测量精度可达0.123 %, 是目前分析14C的最理想装置。
3、 联系与对比:常规VS加速器质谱
相同点:
两种方法测年的基本原理都是依据被测样品中14C 同位素的原子数目因放射性衰变而随时间指数衰减的规律。
不同点:
(1)常规方法是通过β衰变计数, 测量一段时间内样品中发生衰变的14C 原子数;
(2)AMS方法是计测样品中现存的14C原子数, 或者更准确地说是测定样品中14C与12C 原子数目的比值。
对比:
由于14C 放射性衰变的半衰期较长(为5730年), 因此上述被
测物理量在数值上的差别是极大的。例如有1g年龄为4 万年的碳样品, 其中的14C原子总数为4.7x10^8个,14C 与12C 原子数之比约为10^(-14), 对于这个样品每小时平均只有6.3个14C原子发生衰变。当用常规的刀计数法测这个样品时, 平均每小时最多只能记录到6.3 次计数, 但是任何声测量仪器都有称之为本底计数的噪声, 目前其计数很难降低到每小时30次以下. 原子的衰变计数与本底计数都必然有统计涨落, 当被测样品的衰变计数太低时, 它将被本底计数的统计涨落所掩盖而测不准。因此, 为了提高测年的精确度, 扩展最大可测年限, 对于常规的β计数法14C测年, 就只能增加样品量( 例如几克碳) 以提高信号噪声比,或者延长测量时间( 例如若干天), 以获得必要的统计精度. 需用的样品量大, 测量时间太长( 即效率低) 是常规14C方法的主要缺点, 另外常规方法的最大可测年限, 在最佳情况下也难以超过4.5万年。
AMS方法是直接计测样品中的14C原子数, 不必等待它们发生衰变, 因此所需要和消耗的样品量要少得多, 只需几毫克, 甚至几百微克的碳量就足够了。而且所需的测量时间相对于常规方法也缩短了, 一般每30 min 就可测量一个样品, , 大大提高了效率。AMS 方法克服了上述常规方法的两个主要缺点, 但这是以测量装置的高技术、高投资为代价的。
14C是丰度极低的碳同位素, 对于现代样品, 它与12原子数之比为10^(-12),而对于一个年龄为4万年的样品, 该比值仅为10^(-14),AMS碳测年的核心在于精确测定样品的14C与12C的原子数比值. 为此AMS 需极高的探测灵敏度。 即测14C原子有极高的效率, 同时需排除14的同量异位素14N , 以及质量数为14的各种分子离子。
AMS与传统的质谱计有相似之处, 它同样由离子源, 离子的加速、聚焦和分析装置, 以及离子探测器三部分组成. 但AMS 是将离子用加速器加速到几兆电子伏的能量, 高能条件下离子传输及鉴别都较方便, 从而可以检测丰度为10^(-14)至10^(-15)的同位素. 因此又称为高能质谱计, 或高灵敏质谱计。

加速器质谱(AMS)14C测年方法使过去因量太少或含碳量太低而不能用常规14C方法测年的样品,现在可以测定其年代了。加速器质谱测年法在各种测碳14年方法中测年最准确,精度最高,BETA实验室在此领域一直居于世界领先地位,有任何问题请咨询本公众号或info@radiocarbon.cn。

我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享