Carbon 14 Carbon 14 C hay carbon phóng_xạ là một trong các đồng_vị_phóng_xạ của nguyên_tố carbon với hạt_nhân chứa 6 proton và 8 neutron Sự có_mặt của nó trong vật_chất hữu_cơ là cơ_sở cho phương_pháp định tuổi bằng đồng_vị carbon do nhà hoá_lý Willard_Libby và cộng_sự 1949 sử_dụng nhằm xác_định tuổi của các mẫu khảo_cổ_học và địa_chất kỷ Đệ_tứ Carbon 14 do các nhà_vật_lý và hoá_học Martin_Kamen và Sam_Ruben phát_hiện vào ngày 27 tháng 2 năm 1940 tại Phòng_thí_nghiệm Phóng_xạ Đại_học California ở Berkeley mặc_dù sự tồn_tại của nó đã được Franz_Kurie dự_đoán từ năm 1934 Có ba loại đồng_vị của carbon xuất_hiện trong tự_nhiên trên Trái_Đất 99 là carbon 12 1 là carbon 13 và carbon 14 xuất_hiện với một lượng rất nhỏ chiếm khoảng một phần nghìn tỷ 0 0000000001 của carbon trong khí_quyển Chu_kỳ bán rã của carbon 14 là 5 730 40 năm Carbon 14 phân_hạch thành nitơ 14 thông_qua phân_rã_beta Nguồn chính trong tự_nhiên của carbon 14 trên Trái_Đất là do tia_vũ_trụ bắn phá nitơ trong bầu khí_quyển và do_đó các nhà_khoa_học còn gọi nó là nuclit vũ_trụ Tuy_vậy những vụ thử vũ_khí_hạt_nhân trong khí_quyển giai_đoạn 1955 1980 cũng đóng_góp một phần vào lượng này Các đồng_vị khác nhau của carbon có tính_chất hoá_học gần như nhau Đặc_tính này đã được áp_dụng trong các nghiên_cứu hoá_học và sinh_học với kỹ_thuật đánh_dấu carbon người ta sử_dụng nguyên_tử carbon 14 nhằm thay_thế đồng_vị carbon không phóng_xạ nhằm theo_dõi dấu_vết các phản_ứng_hoá_học và hoá_sinh có sự tham_gia của các nguyên_tử carbon trong bất_kỳ một hợp_chất hữu_cơ nào Nguồn_gốc và phân_rã phóng_xạ Carbon 14 sinh ra ở tầng đối_lưu và tầng bình lưu do các nguyên_tử nitơ hấp_thụ các neutron nhiệt Khi tia_vũ_trụ đi vào khí_quyển chúng va_chạm với nhiều nguyên_tử và xảy ra nhiều phản_ứng hạt_nhân với một trong các sản_phẩm có neutron nhiệt Những neutron n tham_gia vào các phản_ứng chủ_yếu sau Tốc_độ sản_sinh carbon 14 diễn ra mạnh nhất ở độ cao 9 tới 15 km và ở nơi có vĩ_độ từ lớn sau đó carbon 14 ngay_lập_tức hoà lẫn và phân_tán trong toàn khí_quyển nó phản_ứng với oxy để tạo ra carbon dioxide phóng_xạ Carbon dioxide hoà_tan vào nước và thấm vào đại_dương Carbon 14 sau đó trải qua quá_trình phân_rã_beta Theo tương_tác yếu bằng phát ra một electron và một phản neutrino electron một neutron trong hạt_nhân carbon 14 phân_rã thành một proton và carbon 14 chu_kỳ bán rã 5730 năm biến thành_đồng vị ổn_định không phóng_xạ nitơ 14 Carbon 14 ở trong sinh_quyển Trái_Đất vào_khoảng 300 megacurie 11 EBq và phần_lớn chúng nằm trong đại_dương Cho đến 2008 người ta vẫn chưa biết tốc_độ sản_sinh carbon 14 là bao_nhiêu trong khi phản_ứng sản_sinh có_thể nghiên_cứu bằng lý_thuyết và mô_hình_hoá hoặc dựa trên chu_trình carbon để theo_dõi những cố_gắng đo lượng sản_sinh ra không phù_hợp với giá_trị tiên_đoán của những mô_hình này Tốc_độ sản_sinh thay_đổi bởi_vì sự biến_đổi của lưồng tia_vũ_trụ như bắt_nguồn từ siêu tân_tinh và do sự biến thiên của từ_trường Trái_Đất Yếu_tố từ_trường có_thể ảnh_hưởng lớn đến tốc_độ sản_xuất carbon 14 mặc_dầu sự thay_đổi trong chu_trình carbon cũng gây ảnh_hưởng khó_khăn tới kết_quả dự_đoán Những nguồn carbon 14 khác Carbon 14 cũng được sinh ra từ những phản_ứng hạt_nhân khác có sự tham_gia của neutron bao_gồm C n gamma C và O n alpha C với neutron nhiệt và N n d C và O n He_C với neutron nhanh Những lần phóng_thích vật_chất vành nhật hoa từ Mặt_Trời cũng là một trong các nguyên_nhân sản_sinh ra carbon 14 Gió_Mặt_Trời chứa những luồng hạt proton năng_lượng cao va_chạm vào khí_quyển đã làm tăng lượng carbon phóng_xạ mà các nhà địa_chất đã ghi_nhận có sự tăng nồng_độ trong vòng cây ở thực_vật trong năm 774 775 sau Công_nguyên Định tuổi bằng carbon phóng_xạ Định tuổi bằng carbon phóng_xạ là phương_pháp định tuổi bằng đồng_vị_phóng_xạ sử_dụng C để xác_định tuổi của vật_liệu hay mẫu có chứa carbon với độ tuổi lên tới 60 000 năm Kỹ_thuật này do nhà hoá_lý Willard_Libby và cộng_sự phát_minh năm 1949 trong khi ông là giáo_sư tại Đại_học Chicago_Libby ước_lượng rằng sự phóng_xạ trao_đổi được của carbon 14 là xấp_xỉ 14 hạt_nhân C phân_huỷ trên một phút dpm trên một gam chứa thuần_tuý carbon kết_quả này vẫn còn sử_dụng cho đến ngày_nay và trở_thành tiêu_chuẩn xác_định carbon phóng_xạ hiện_đại Nhờ nghiên_cứu này Libby nhận Giải Nobel_Hoá học năm 1960 Một trong những kỹ_thuật hay áp_dụng là xác_định niên_đại của mẫu hữu_cơ tồn_tại ở các khu khảo_cổ Thực_vật cố_định carbon trong khí_quyển trong quá_trình quang_hợp do_vậy mức C trong thực_vật và động_vật khi chúng chết xấp_xỉ bằng mức C có trong khí_quyển ở thời_điểm đó Tuy_nhiên lượng carbon 14 sau đó giảm đi do quá_trình phân_rã cho_phép các nhà_khảo_cổ xác_định được niên_đại mà thực_vật chết hoặc thời_điểm nó cố_định carbon lần cuối Mức_C ban_đầu dùng cho tính_toán có_thể ước_lượng được hoặc so_sánh trực_tiếp với dữ_liệu đã biết theo chuỗi thời_gian từ dữ_liệu đếm vòng cây phương_pháp xác_định tuổi_thọ của cây lên tới 10 000 năm trở về trước sử_dụng các dữ_liệu bổ_sung từ các cây còn sống và đã chết xung_quanh vùng đó hoặc từ các hang trầm_tích speleothems cho_phép xác_định niên_đại tới 45 000 năm từ hiện_tại Kết_quả tính_toán hoặc chính_xác hơn so_sánh trực_tiếp mức carbon 14 trong mẫu khảo_cổ với mức carbon 14 của vòng cây hoặc của hang đá_trầm_tích đã biết tuổi sẽ cho biết tuổi của mẫu gỗ hay xương lúc thực động_vật chết Hình_thành trong các vụ thử hạt_nhân Các vụ thử_nghiệm hạt_nhân trong bầu khí_quyển do một_số quốc_gia thực_hiện từ 1955 đến 1980 xem danh_sách đã làm tăng một lượng đáng_kể carbon 14 trong khí_quyển và hệ_quả là cả sinh_quyển sau khi các nước ngừng các vụ thử_nghiệm trên không mức_độ của đồng_vị_phóng_xạ này bắt_đầu giảm Một hiệu_ứng bê lề của sự thay_đổi carbon 14 trong khí_quyển đó là nó cho_phép một_số tuỳ chọn cho việc xác_định năm sinh của một cá_nhân cụ_thể là đo lượng carbon 14 trong men răng hoặc lượng carbon 14 tập_trung trong thấu_kính của mắt người đó Số_lượng Tổng số_Lượng carbon 14 trong sinh_quyển Trái_Đất vào_khoảng 300 megacuries 11 EBq với đa_phần trong đại_dương Sự phân_bố của carbon 14 như sau BULLET Toàn_cầu 8500 PBq_BULLET_Trong khí_quyển 140 PBq_BULLET_Trong vật_chất cân_bằng với khí_quyển BULLET Từ các vụ thử hạt_nhân trong khí_quyển cho tới 1990 220 PBq_Trong nhiên_liệu hoá_thạch Hầu_hết các hoá_chất nhân_tạo sản_xuất từ nhiên_liệu hoá_thạch như dầu_mỏ hoặc than_đá mà trong những nhiên_liệu này lượng carbon 14 đã giảm từ lâu Tuy_vậy những tầng trầm_tích này thường chứa một lượng nhỏ carbon 14 với tỷ_lệ biến_thiên lớn và có tỷ_lệ lên tới 1 được tìm thấy trong cơ_thể sống một tỷ_lệ sánh bằng với mẫu_vật cách nay 40 000 năm Với tỷ_lệ lớn như_vậy có_thể trong nhiên_liệu hoá_thạch xuất_hiện một_số vi_khuẩn Những nguồn bức_xạ gây ra phản_ứng N n p C bao_gồm sự phân_rã trực_tiếp của uranium mặc_dầu tỷ_lệ đo được của C U trong quặng chứa uranium cho thấy gần 1 nguyên_tử uranium trên 2 nguyên_tử carbon để phù_hợp với tỷ_lệ đo được C C đo theo bậc 10 hoặc những nguồn phụ khác có sản_phẩm carbon 14 Sự xuất_hiện của carbon 14 trong dấu_hiệu đồng_vị của mẫu chứa carbon ám_chỉ rằng nó có chứa những thành_phần có nguồn_gốc từ sinh_học hoặc sự phân_rã của vật_liệu phóng_xạ xung_quanh mẫu_vật Trong quá_trình khảo_sát nhằm xây_dựng đài quan_sát neutrino Mặt_Trời Borexino dầu nguyên_liệu có chứa ít thành_phần C Ở bộ_phận Thí_nghiệm đếm Borexino đã đo được tỷ_lệ C C là 1 94 10 và những nguyên_nhân làm cho thay_đổi tỷ_lệ C trong các mỏ dầu và tỷ_lệ nhỏ C trong mỏ khí mêtan đã được thảo_luận trong Bonvicini et al Trong cơ_thể người Do mọi nguồn thức_ăn của con_người đều xuất_phát từ thực vật hay động_vật lượng carbon trong cơ_thể có chứa carbon 14 sẽ bằng với mật_độ của nó trong khí_quyển Tốc_độ phân_rã của Kali 40 và Carbon 14 trong cơ_thể một người_lớn bình_thường là đáng_kể khoảng hai ba nghìn phân_rã trên giây Phân_rã_beta từ carbon phóng_xạ bên ngoài từ môi_trường đóng_góp xấp_xỉ 0 01 mSv năm 1 mrem năm vào liều tương_đương bức_xạ ion ảnh_hưởng vào một người Lượng tương_đương này khá nhỏ so với liều_lượng của Kali 40 0 39 mSv năm và radon biến_đổi mà một người phải chịu từ môi_trường Carbon 14 còn được dùng làm chất đánh_dấu phóng_xạ trong y_học Trong các thử_nghiệm ban_đầu về nồng_độ Urê trong hơi thở phục_vụ cho chẩn_đoán Helicobacter pylori urê được đánh_dấu với khoảng carbon 14 khi đưa vào bệnh_nhân hay là 37 000 phân_rã trên giây Nếu bị nhiễm H pylori enzyme xúc_tác từ vi_khuẩn thuỷ phân urê thành amonia và carbon dioxide đã được đánh_dấu phóng_xạ và thiết_bị đo phóng_xạ sẽ phát_hiện được qua hơi thở bệnh_nhân Kiểm_nghiệm hơi thở urê 14 C đã được thay_thế bằng kiểm_nghiệm urê 13 C với ưu_điểm không cần tới tính phóng_xạ của chất đánh_dấu Xem thêm BULLET Carbon_BULLET_Đánh dấu đồng_vị BULLET Định tuổi bằng đồng_vị carbon
Carbon-14