测定年代和加速器质谱分析PPT课件下载推荐.ppt

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开测定年代基础是核物理，而却应用在考古和地质方面。

开始探索性研究不易被理解，没人支持，经费只能取自其它项始探索性研究不易被理解，没人支持，经费只能取自其它项目之余。

消息传到了考古界，维竟金基金会主持人目之余。

消息传到了考古界，维竟金基金会主持人FejosFejos主主动提供资金，得以改进仪器，使研究继续进行。

动提供资金，得以改进仪器，使研究继续进行。

33）样品问题样品问题19461946年底，同利比一起工作的阿拿德明白了利比的研究目的，年底，同利比一起工作的阿拿德明白了利比的研究目的，在新年假期告诉了他的父亲（律师，业余考古爱好者），消在新年假期告诉了他的父亲（律师，业余考古爱好者），消息又传到了英大都会博物馆，馆长息又传到了英大都会博物馆，馆长LansingLansing立即将立即将1111个埃个埃及出土已知年代的样品寄去。

及出土已知年代的样品寄去。

44）实验成功实验成功19491949年年1414CC测年方法终获成功，彻底改变了单靠观察和经验判测年方法终获成功，彻底改变了单靠观察和经验判定古物年代的方法。

定古物年代的方法。

基本思想：

若已知一个放射核素的半衰期，可以利用核基本思想：

若已知一个放射核素的半衰期，可以利用核衰变规律，建立一个时钟测定过去流逝的时间衰变规律，建立一个时钟测定过去流逝的时间。

21414CC测定年代的原理测定年代的原理T1/2=5730年年0.156MeV放射性衰变规律放射性衰变规律D=D0e-tt=-（T1/2/0.693）ln（D/D0）利用半衰期利用半衰期定义定义举例：

举例：

1414CC样品样品过去过去DD00=4.00=4.00现在现在DD=3.95=3.95t=-（5730/0.693）ln（3.95/4.00）104年年现在现在D可测量可测量过去过去时间时间t和活度和活度D001）1）14C的产生与平衡的产生与平衡n+14N14C+p14C14N+宇宙射线中子与大气中的宇宙射线中子与大气中的1414NN原子原子核反应产生放射性核反应产生放射性1414CC，平衡后，平衡后，1414CC的产生速率（地球表面）：

的产生速率（地球表面）：

2.22.2个个1414CC原子原子/cmcm22秒秒1414C/C/1212C=1.18C=1.181010-12-121414COCO22+1212COCO22混合一体混合一体天然天然CC样品的放射性样品的放射性270270BqBq/kg/kg3利用利用1414CC衰变测年代基本假设衰变测年代基本假设如何知道过如何知道过去的去的DD002）2）基本假设基本假设天然天然CC样品的放射性样品的放射性270270BqBq/kg/kg，从过去几万年从过去几万年前到现在没有变化，是一个恒定的。

前到现在没有变化，是一个恒定的。

33）方法的建立方法的建立只要只要CC参加自然界中有生命物体的交换过程和物质参加自然界中有生命物体的交换过程和物质代谢过程，代谢过程，1414CC为恒定量保持不变。

如果生命结束，为恒定量保持不变。

如果生命结束，交换过程停止，交换过程停止，1414CC的份额就要减少。

份额的减少与的份额就要减少。

份额的减少与经历的时间有关。

经历的时间有关。

放射性放射性1414CC方法可以直接方法可以直接确定古老木料确定古老木料皮肤皮肤毛毛发发羊皮纸羊皮纸等的年代。

等的年代。

古埃及国王古埃及国王SesostrisSesostris三世载尸船舱板的年代三世载尸船舱板的年代为为45004500年前。

年前。

四四,加速器质谱计加速器质谱计-超灵敏质谱方法超灵敏质谱方法1问题的提出和解决问题的提出和解决1）射线计数法的局限性射线计数法的局限性灵敏度低，需要样品量多。

灵敏度低，需要样品量多。

对考古样品，在几天的测量时间内使测定的年代准确到对考古样品，在几天的测量时间内使测定的年代准确到100100年，需要年，需要1-5g1-5g纯碳或者纯碳或者25-1000g25-1000g样品。

许多稀世样品。

许多稀世珍宝样品没有这样的量或者不可能用来测定。

珍宝样品没有这样的量或者不可能用来测定。

怎样减少样品用量和提高效率怎样减少样品用量和提高效率？

22）解决问题的思考解决问题的思考射线计数法是通过测定样品中射线计数法是通过测定样品中1414CC正在发生衰变的原子核正在发生衰变的原子核数目来确定其份额的。

实际上，样品中还有许多数目来确定其份额的。

实际上，样品中还有许多1414CC原子核原子核还没有发生衰变。

还没有发生衰变。

例如：

1200012000年前的年前的CC样品样品11gg含有含有1.6251.62510101010个个1414CC原子原子核核射线计数法测量射线计数法测量计数大约计数大约3.753.75个个/分，分，若达到总计数若达到总计数101044个个需测量需测量40-5040-50小时。

小时。

1414CC的的利用率利用率101044/1.625/1.62510101010=6=61010-7-7太低了太低了如果能够直接测量样品中如果能够直接测量样品中1414CC原子核的数目，而不是发生衰变核原子核的数目，而不是发生衰变核的数目，探测灵敏度会大大提高，样品量就会减少。

的数目，探测灵敏度会大大提高，样品量就会减少。

能不能直接测量样品中能不能直接测量样品中1414CC原子核的数目呢？

原子核的数目呢？

普通质谱计可以直接鉴别原子核，但灵敏度达不到，普通质谱计可以直接鉴别原子核，但灵敏度达不到，效率很低。

效率很低。

33）核物理实验技术的发展提供了可行性答案）核物理实验技术的发展提供了可行性答案重离子核物理实验技术在重离子核物理实验技术在2020世纪世纪6060年代取得了年代取得了33项重大进展：

项重大进展：

离子源技术可以有效的产生离子源技术可以有效的产生1414CC的离子的离子加速器能够有效地加速重离子到较高能量（加速器能够有效地加速重离子到较高能量（MeVMeV）探测器技术可以直接鉴别核素探测器技术可以直接鉴别核素1212CC1313CC1414CC等等7070年代中期，人们想起了年代中期，人们想起了19381938年曾利用回旋加速器将年曾利用回旋加速器将33HeHe与与33HH分离而发现分离而发现33HeHe的方法，就是直接记录的方法，就是直接记录33HeHe原子核的数目。

原子核的数目。

由此得到启发，结合上面重离子核物理实验技术的重大进展，由此得到启发，结合上面重离子核物理实验技术的重大进展，使加速器从核物理实验专用设备中解放出来，建立了加速器质使加速器从核物理实验专用设备中解放出来，建立了加速器质谱计，达到了超灵敏的分析能力。

可以说，谱计，达到了超灵敏的分析能力。

可以说，AMSAMS对对低水平或长低水平或长寿命放射性测量，是一次革命性进展，同时寿命放射性测量，是一次革命性进展，同时AMSAMS也可以用于超也可以用于超痕量痕量稳定元素稳定元素的分析，在生物、环境和药物等方面有广泛的应的分析，在生物、环境和药物等方面有广泛的应用。

用。

2加速器质谱计加速器质谱计（AMS）AcceleratorMassSpectroscope离子源串列静电串列静电加速器加速器分析和开分析和开关磁铁关磁铁探测器探测器静电静电分析分析器器注入磁铁注入磁铁北京大学加速器质谱计北京大学加速器质谱计1992建成，建成，1993年投入工作年投入工作核素分辨能力核素分辨能力31414C-C-射线计数法与射线计数法与AMSAMS法的比较法的比较现代样品现代样品6万年前样品万年前样品10万年前样品万年前样品放射性放射性AMS放射性放射性AMS放射性放射性AMS样品量样品量1克克1mg几克几克2-5mg100mg计计数数/分分13.77200.0580.70.24本本底底1.6几个几个/天天1.6几个几个/天天1.6几个几个/天天误误差差50年年25年年1800年年500年年2500年年所需时间所需时间12小时小时15分分4天天2小时小时1天天4超灵敏质谱方法的应用超灵敏质谱方法的应用特点：

特点：

11直接测量样品中被测核素的数目，直接测量样品中被测核素的数目，放射性的或稳定的都可以放射性的或稳定的都可以22灵敏度高，灵敏度高，1414C/C/1212CC比率可达到比率可达到1010-15-15（超灵敏）（超灵敏）33需样品量少，速度快，效率高。

需样品量少，速度快，效率高。

应用范围应用范围扩大扩大1可用于断代的放射性核素增加了可用于断代的放射性核素增加了1010BeBe半衰期半衰期1.5101.51066年年地质年代地质年代大陆架海域海底探矿锰结核大陆架海域海底探矿锰结核?

22放射性标记元素测量放射性标记元素测量2626AlAl研究神经系统等研究神经系统等33稀有过程粒子的探测稀有过程粒子的探测等等11）耶苏裹尸布年代考察（）耶苏裹尸布年代考察（AMSAMS）（8383页）页）结果惊人一致结果惊人一致：

在公元在公元1260-13801260-1380年年可能性可能性95%95%决不会早于公元决不会早于公元12001200年年100%100%结果震惊了世界，与人们传说不一致结果震惊了世界，与人们传说不一致耶苏裹尸布样品耶苏裹尸布样品比邮票还小比邮票还小5AMS应用举例应用举例19881988年年44月月2121日，关闭了保安系统，大不列颠日，关闭了保安系统，大不列颠博物馆考古权威和大主教一起进入都灵教堂，博物馆考古权威和大主教一起进入都灵教堂，从裹尸布上取下从裹尸布上取下33小块分别装入标有号码的小块分别装入标有号码的金属瓶子，同时还有类似的已知年代的物品金属瓶子，同时还有类似的已知年代的物品33种，（种，（11世纪，世纪，1111世纪，世纪，1414世纪），都只有编世纪），都只有编号没有任何其他标示，分发给号没有任何其他标示，分发给33个当时最有个当时最有权威的权威的AMSAMS实验室测量。

实验室测量。

亚利桑那大学亚利桑那大学牛津大学牛津大学苏黎世工学院苏黎世工学院22）冰人（）冰人（IceManIceMan）19911991年在阿尔卑斯山中发现，与现代人不同，引起轰动。

年在阿尔卑斯山中发现，与现代人不同，引起轰动。

取了骨骼和臀部肌肉取了骨骼和臀部肌肉20-3020-30mgmg，用加速器质谱计测量用加速器质谱计测量1414CC的含量的结果表明的含量的结果表明冰人生活年代冰人生活年代33503350-3300BC56%-3300BC56%现在认为现在认为公元前公元前3350-31003350-3100年年32103210-3160BC36%-3160B