碳-14:考古学家的时间指南
碳同位素共有15种已知类型,但自然存在的只有三种,其余为人工合成的放射性同位素。具体分类如下:
### 一、天然存在的碳同位素
1. **碳-12(C-12)**
- **丰度**:占自然界碳元素的98.89%。
- **特性**:稳定同位素,是国际原子量基准和摩尔质量的定义标准(12克C-12为1摩尔)。
2. **碳-13(C-13)**
- **丰度**:约占1.11%。
- **特性**:稳定同位素,因原子核多一个中子,常用于示踪研究和环境科学,如分析生物圈碳流动、气候变化等。
3. **碳-14(C-14)**
- **丰度**:极微量(约万亿分之一),具放射性。
- **特性**:半衰期5730年,通过宇宙射线与大气氮反应生成,应用于考古测年(碳定年法)和医学检测(如幽门螺杆菌呼气试验)。
### 二、人工合成的碳同位素
从碳-8到碳-22共有12种人工同位素,均具有放射性且半衰期极短。例如:
- **碳-8**:半衰期仅约1.98739×10⁻²¹秒,通过质子发射或α衰变快速衰变。
- **碳-11**:常用于正电子发射断层扫描(PET)的医学成像。
### 三、应用与意义
1. **科学研究**:C-14用于考古测年,C-13用于示踪化学反应和生态研究。
2. **医学领域**:C-14呼气试验检测幽门螺杆菌,C-11用于癌症筛查。
3. **工业技术**:中国已实现C-14国产化,打破进口依赖,应用于核医学和工业示踪。
### 总结
自然界中碳以C-12、C-13、C-14三种同位素形式存在,人工合成的同位素则扩展了科研与医疗的应用边界。如需了解具体同位素的半衰期或合成方法,可进一步查阅相关文献。
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