Radiokarbon: a kőbaltától az atomfegyver kísérletekig

Dr. Molnár Mihály MTA Atommagkutató Intézete

Radiokarbon: a kőbaltától az atomfegyver kísérletekig Puskás Tivadar Távközlési Technikum Budapest, 2011. október 18. www.meetthescientist.hu

1 | 26

Természetes szénizotópok a Földön

12C

13C

stabilak

~ 99 % proton

neutron

www.meetthescientist.hu

14C

~1% bomlékony

„Radiokarbon” 1:1 000 000 000 000 2 | 29

A 14C radiokatív bomlási egyensúlyban a Földön

Kozmogén eredetű 14 7

N  01n146C * 11p 

Béta-bomló

C * 147N *  10e   

14 6

T1/2= 5730 év www.meetthescientist.hu

3 | 29

A Föld szén-ciklusa elosztja a 14C-et az egyes szférák között

Levegőben ~2%

Egyensúly! ~10 DPM/g C Élőlényekben ~ 4%

.

Óceánokban ~ 94%

A radiokarbon a légköri szén természetes nyomjelzője!

14C a légköri szén természetes „nyomjelzője” (~14 DPM/g 4 | 29 Awww.meetthescientist.hu C)!

Egy Nobel-díjas ötlet…

A 14C kormeghatározás alapja: - az élőlények 14C tartalma állandó - a radioaktív anyagok jól használahatóak „óra” ként a bomlástörvény szerint, azaz állandó

W. F. Libby

- eltelt idő (t)

~ ln

kezdeti aktivitás későbbi aktivitás mérhető

Mérjünk időt 14C aktivitásméréssel! www.meetthescientist.hu

5 | 29

A 14C mennyiség (aktivitás) mérésén alapuló kormeghatározás

14

C állandó (?)

CO2 (levegő)

halál = az anyagcsere megszűnése nincs több C felvétel 14

nincs C utánpótlás amíg él A0=állandó ~10 DPM 1 g szén aktivitása (bomlás/perc)

A leletben lévő szén fajlagos aktivitása időben csökken:

10000

A(t)

0


-10000

A=A0*exp(-t)

-20000

év

-30000

-40000

-50000

6 | 29

A 14C módszerrel datálható anyagok:

Minden olyan anyag kora meghatározható, amely légköri eredetű szenet tartalmaz!

Így dátumozhatók a 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!


7 | 29

A 14C kormeghatározás rendkívül széles körben használható

Régészet


Hidrológia

Geológia

14C

8 | 29

Múltbeli emberi kultúrák vizsgálata radiokarbon módszerrel


9 | 29

Történelmi helyek, alkotások hitelességének vizsgálata 14C-el


10 | 29

Történelmi helyek, alkotások hitelességének vizsgálata 14C-el


11 | 29

Karbonátos kőzetek (pl. cseppkövek) vizsgálata 14C-el

14C

Baradla-barlang Öreg C (mészkő) 5 – 10% a cseppkőben


12 | 29

Klímaváltozás tanulmányozása (pl. a „csiga-hőmérő kalibrálása”)


13 | 29

Vízbázis-védelem (14C „víz-kor”)

A csapadék friss szén-dioxidot visz le, sok 14C-vel! 14C

csökken Idős vizekben (ami régen volt csapadék) kevés a 14C www.meetthescientist.hu

14 | 29

A 14C korskála kalibrálása: faévgyűrűk, korallok és üledékek segítségével

Minták ismert (U/Th) korokkal! www.meetthescientist.hu

15 | 29

mért „radiokarbon” kor

Kezdeti 14C koncentráció

Kalibráció ma (2011): az elmúlt 50.000 évre visszamenően

valódi „naptári” kor


16 | 29

Miért kell a Libby-féle „konvencionális” 14C korokat kalibrálni?

A természeti jelenségek általában nem állandóak….

A Földet érő kozmikus sugárzás intenzitásának ingadozásai. A szén-dioxid óceánokban való oldódásának változásai (hőmérséklet ↔ klíma). A légkör szén-dioxid tartalmának változásai.

… aktuális ismereteink általában korlátozottak.

A 14C felezési ideje ismeretének bizonytalansága. stb…stb…stb…


17 | 29

Emberi hatás: fosszilis szénnel hígítjuk a légkör 14C tartalmát…

kőolaj

kőszén

Fosszilis szén: „14C mentes” szén


földgáz

18 | 29

A fosszilis szén mennyisége mérhető a 14C hígulás mérésével

Debrecen, 2008 tél európai háttér felett

magyar háttér felett

25

„14C-hígulás” fosszilis CO2 (ppm)

20

Ipari/fosszilis vagy természetes CO2 ???

15

10

5

0 08-Sep

08-Oct

08-Nov

08-Dec

09-Jan

09-Feb

09-Mar

09-Apr

hónap


19 | 29

A hígítással ellentétes emberi hatás: mesterségesen is előállítanak 14C-et

85Kr

239Pu 14C

3H

90Sr 129I

137Cs


20 | 29

A kísérletek egyezményes betiltásáig (1963): ~ 400 légköri robbantás

Össz hatóerő: ~500 Mt TNT ekvivalens www.meetthescientist.hu

21 | 29

Globális hatás: légköri 14C „atomboma-csúcs”

1000

Északi félteke (Németország)

900 800

D14C (‰)

700 600 500 400 300 200

Déli félteke (Új-Zéland)

100 0 -100

1954

1960


1965

1971

1976

1982

1987

1993

1998

22 | 29

Légköri 14C „atomboma-csúcs”: éves pontosságú azonosíthatóság

1000 900 800

D14C (‰)

700 600 500 400 300 200 100 0 -100

1954

1960


1965

1971

1976

1982

1987

1993

1998

23 | 29

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


24 | 29

Az új alkalmazásokat sokszor a méréstechnika korlátozza

Minta típus

szén tartalom (%)

- számlálásos aktivitásmérés (LSC, GPC)

Izotópszámlálás tömegspektrometria (AMS)

faszén, tőzeg

50-90

3-6 g

1-50 mg

fa

2-10

30-150 g

10-125 mg

szövet, vászon

10-50

6-50 g

2-25 mg

üledék, talaj

0,2-5

50-1500 g

20 mg -1 g

csont, fog

1-5

60-300 g

20-300 mg

korall, cseppkő

10

10-30 g

25 mg

talajvíz, rétegvíz

0,01

50-500 liter

50-200 ml

levegő

0,04

2000-3000 liter

2-3 liter

Régészeti kormeghatározáshoz (hiba <0,3%) szükséges mérésidő


1000 :

1 hét

1

1 óra

25 | 29

Kezdetben a minta C tartalmát CO2 formába hozzuk és megtisztítjuk

A milligrammos mintamennyiségek tiszta kémiai preparálása nagy kihívás


26 | 29

A gyorsítós tömegspektrométer (AMS) általában grafit mintát mér

grafitizáló reakciócella

~0 C hűtő www.meetthescientist.hu

~ 600 C kemence

vezérlő egység

Debrecenben: 4 db kemence-hűtő páros

27 | 29

Debrecenben is elérhető a legmodernebb 14C AMS méréstechnika Dedikált 14C AMS „EnvironMICADAS” Accelerator Mass Spectrometer (AMS) Alsó méréshatár: 0,3 pMC ~ 50.000 év

MTA ATOMKI-ban üzembe helyezve: 2011. június Támogatók: Új Magyarország Fejlesztési Terv (GOP-2.1.1-09/A-2009-2008) Országos Tudományos Kutatási Alap (OTKA MB08-A 81515)


28 | 29

Köszönöm! [email protected] www.atomki.hu/hekal


29 | 26

Fulbright ösztöndíjasként Arizónában 2008-ban:


grafit

US iroda

kémia

CO2 gyártás


14C dating A nice Lab in UA for AMS www.meetthescientist.hu

Fegyverek

Régi idők

Sivatag

Festivals



the beautiful Tucson

Peter

Emricks

Theresa

kollegák



nice friends!

Radiokarbon: a kőbaltától az atomfegyver kísérletekig

Recommend Documents