Radiokarbon: a kőbaltától az atomfegyver kísérletekig

Átírás

1 Dr. Molnár Mihály MTA Atommagkutató Intézete Radiokarbon: a kőbaltától az atomfegyver kísérletekig Puskás Tivadar Távközlési Technikum Budapest, október

2 Természetes szénizotópok a Földön 12 C 13 C stabilak proton neutron ~ 99 % 14 C ~ 1 % bomlékony Radiokarbon 1:

3 A 14 C radiokatív bomlási egyensúlyban a Földön 14 7 Kozmogén eredetű N 1 0 n 14 6 C * 1 1 p 14 6 C * Béta-bomló 14 7 N * 0 1e T 1/2 = 5730 év

4 A Föld szén-ciklusa elosztja a 14 C-et az egyes szférák között Levegőben ~2% Egyensúly! Élőlényekben ~ 4% ~10 DPM/g C. Óceánokban ~ 94% A radiokarbon a légköri szén természetes nyomjelzője! A 14 C a légköri szén természetes nyomjelzője (~14 DPM/g 4 29 C)!

5 Egy Nobel-díjas ötlet A 14 C kormeghatározás alapja: - az élőlények 14 C tartalma állandó - a radioaktív anyagok jól használahatóak óra ként a bomlástörvény szerint, azaz W. F. Libby - eltelt idő (t) ~ ln állandó kezdeti aktivitás későbbi aktivitás mérhető Mérjünk időt 14 C aktivitásméréssel!

6 1 g szén aktivitása (bomlás/perc) A 14 C mennyiség (aktivitás) mérésén alapuló kormeghatározás 14 C állandó (?) CO 2 (levegő) halál = az anyagcsere megszűnése nincs több C felvétel amíg él A0=állandó ~10 DPM A(t) nincs 14 C utánpótlás A leletben lévő szén fajlagos aktivitása időben csökken: A=A 0 *exp(- t) év

7 A 14 C módszerrel datálható anyagok: Így dátumozhatók a Minden olyan anyag kora meghatározható, amely légköri eredetű szenet tartalmaz! fa, faszén maradványok, mag, levél, vászon, tőzeg, humusz, csont, elefántcsont, szövet, szarv, haj, kagyló, csiga, karbonát üledék, cseppkő, talaj, vízben oldott organikus és inorganikus szén, jég.. Általában nem dátumozható, mivel nem ad reális kort pl. a vakolat, habarcs, kerámiában maradt szerves anyag. Különleges technikát igényel festmények, barlangrajzok, vaseszközökben lévő szén dátumozása. A minta mennyiségét a minta széntartalma, a szerves anyag állapota, a szennyezők mennyisége és a dátumozás módszere határozza meg!

8 Geológia A 14 C kormeghatározás rendkívül széles körben használható Régészet 14 C Hidrológia

9 Múltbeli emberi kultúrák vizsgálata radiokarbon módszerrel

10 Történelmi helyek, alkotások hitelességének vizsgálata 14 C-el

11 Történelmi helyek, alkotások hitelességének vizsgálata 14 C-el

12 Karbonátos kőzetek (pl. cseppkövek) vizsgálata 14 C-el 14 C Baradla-barlang Öreg C (mészkő) 5 10% a cseppkőben

13 Klímaváltozás tanulmányozása (pl. a csiga-hőmérő kalibrálása )

14 Vízbázis-védelem ( 14 C víz-kor ) A csapadék friss szén-dioxidot visz le, sok 14 C-vel! 14 C csökken Idős vizekben (ami régen volt csapadék) kevés a 14 C

15 A 14 C korskála kalibrálása: faévgyűrűk, korallok és üledékek segítségével Minták ismert (U/Th) korokkal!

16 mért radiokarbon kor Kezdeti 14 C koncentráció Kalibráció ma (2011): az elmúlt évre visszamenően valódi naptári kor

17 Miért kell a Libby-féle konvencionális 14 C korokat kalibrálni? A természeti jelenségek általában nem állandóak. aktuális ismereteink általában korlátozottak. A Földet érő kozmikus sugárzás intenzitásának ingadozásai. A szén-dioxid óceánokban való oldódásának változásai (hőmérséklet klíma). A légkör szén-dioxid tartalmának változásai. A 14 C felezési ideje ismeretének bizonytalansága. stb stb stb

18 Emberi hatás: fosszilis szénnel hígítjuk a légkör 14 C tartalmát kőolaj kőszén Fosszilis szén: 14 C mentes szén földgáz

19 fosszilis CO 2 (ppm) A fosszilis szén mennyisége mérhető a 14 C hígulás mérésével Debrecen, 2008 tél európai háttér felett magyar háttér felett C-hígulás Ipari/fosszilis vagy természetes CO 2??? 0 08-Sep 08-Oct 08-Nov 08-Dec 09-Jan 09-Feb 09-Mar 09-Apr hónap

20 A hígítással ellentétes emberi hatás: mesterségesen is előállítanak 14 C-et 85 Kr 239 Pu 14 C 3 H 90 Sr 129 I 137 Cs

21 A kísérletek egyezményes betiltásáig (1963): ~ 400 légköri robbantás Össz hatóerő: ~500 Mt TNT ekvivalens

22 D 14 C ( ) Globális hatás: légköri 14 C atomboma-csúcs Északi félteke (Németország) Déli félteke (Új-Zéland)

23 D 14 C ( ) Légköri 14 C atomboma-csúcs : éves pontosságú azonosíthatóság

24 A 14 C atombomba csúcs az orvostudomány szolgálatában Alkohol metabolizmus tanulmányozása 1,5 dl 1964-es évjáratú konyak elfogyasztása után. Az agyi szövetek fejlődési idejének vizsgálata

25 Az új alkalmazásokat sokszor a méréstechnika korlátozza Minta típus szén tartalom (%) - számlálásos aktivitásmérés (LSC, GPC) Izotópszámlálás tömegspektrometria (AMS) faszén, tőzeg g 1-50 mg fa g mg szövet, vászon g 2-25 mg 1000 : 1 üledék, talaj 0, g 20 mg -1 g csont, fog g mg korall, cseppkő g 25 mg talajvíz, rétegvíz 0, liter ml levegő 0, liter 2-3 liter Régészeti kormeghatározáshoz (hiba <0,3%) szükséges mérésidő 1 hét 1 óra

26 Kezdetben a minta C tartalmát CO 2 formába hozzuk és megtisztítjuk A milligrammos mintamennyiségek tiszta kémiai preparálása nagy kihívás

27 A gyorsítós tömegspektrométer (AMS) általában grafit mintát mér grafitizáló reakciócella ~ 600 C kemence vezérlő egység ~ 0 C hűtő Debrecenben: 4 db kemence-hűtő páros

28 Debrecenben is elérhető a legmodernebb 14 C AMS méréstechnika Dedikált 14 C AMS EnvironMICADAS Accelerator Mass Spectrometer (AMS) Alsó méréshatár: 0,3 pmc ~ év MTA ATOMKI-ban üzembe helyezve: június Támogatók: Új Magyarország Fejlesztési Terv (GOP /A ) Országos Tudományos Kutatási Alap (OTKA MB08-A 81515)

29 Köszönöm!

30 Fulbright ösztöndíjasként Arizónában 2008-ban:

31 grafit kémia US iroda CO 2 gyártás Fulbright ösztöndíjasként Arizónában 2008-ban: A nice Lab in UA for AMS 14 C dating

32 Régi idők Festivals Fegyverek Sivatag Fulbright ösztöndíjasként Arizónában 2008-ban: the beautiful Tucson

33 Peter kollegák Emricks Theresa Fulbright ösztöndíjasként Arizónában 2008-ban: nice friends!