主题：【原创】碳十四测年法须知 -- 黄金狮子
碳十四测年法简介
碳十四测年法实际上是一个舶来品。碳十四测年法之父是个美国人，名叫W. F. 利比（W. F. Libby）。他是个著名的物理化学家、放射化学专家、热原子化学、示踪技术、同位素示踪技术专家。利比在1947年的时候创立了用放射性碳十四（14C）测定年代的方法，这个方法在考古学上中得到了广泛的应用。1952年利比的著作《放射性测年法》由芝加哥大学出版社出版，1955年再版。这个方法的创立给利比带来了极大的荣誉；利比因1947年创立的放射性碳十四测年法而获得了1960年的诺贝尔化学奖。1960年以后，利比长期担任了《美国科学院公报》和《科学》的编委。W. F. 利比已于1980年去世。
碳十四测年法又称放射性碳素断代法 (Radiocarbon dating) ，还可以写成C-14测年法等。我们都知道，碳是自然界中广泛存在的元素，占地壳重要组成的0.018%；天然碳有三种同位素，即碳十二(12C)、碳十三(13C)、碳十四(14C)，人工还可以合成碳的同位素。这其中，只有碳十四(14C)才具有放射性。碳十四(14C)在自然界含量极少，而且半衰期很长；它也是碳的最稳定、最重要的同位素。碳十四(14C)的半衰期为5730年，不走运的是，随着岁月的推移，大气中碳十四的含量还可能会有轻微的改变（诸如太阳黑子爆炸、火山喷发等）；所以碳十四半衰期还要按照具体的年代进行修订（树轮曲线），这个5730年最后算来大概还有正负四十年的误差存在。
由于新陈代谢，地球上生物体吸收或放出CO2的过程不断进行，生物体内的碳十四（14C）含量也保持不变。但当生物失去新陈代谢作用（死亡），14C循环进入生物体内的过程就停止了。这时，留在体内的14C就只能按照其固有的半衰期5730年的衰变速率逐渐减少。因此，埋藏地下深层的样品，只要测定其14C与12C的含量比例，按14C的放射性衰变公式进行计算，校订之后便可推出待测物品的存在年代。
这个方法适应于考古学和第四纪地质研究，常用样品为木炭、泥炭、木材、贝壳、骨骼、纸张、皮革、衣服以及某些沉积碳酸盐等。但是，用碳十四测年法也只能准确测出5、6万年以内的出土文物；对于年代更久远的出土文物，如生活在五十万年以前的周口店北京猿人，实际上利用碳十四测年法是无法测定出来的。
树轮曲线
树木生长时，它的树杆每一年都长一轮（树轮或年轮）。每棵树的截面上，都可以看到一圈又一圈的年轮。数出多少个年轮，就可知树龄有多少年。实际上，从这棵大树的不同年轮取样作碳十四测年，所得的碳十四年代与树轮的实际年代还是有差别的；它们的实际差距在2000年内基本是一致的，但是到五、六千年前就有不小的差距了。因此，各国的科学家们在准确测定树木年轮的年代之后，将碳十四年代与精细的树轮年代学方法进行比较，从中找到了误差的规律，再用树轮对碳十四年代作了精确校正，这就是树轮曲线和树轮校正的方法。现在已经可以用近万年的树轮，去校正碳十四测定的年代。
1965年问世的树轮校正曲线几经改进，综合1000多个由不同实验室测定的数据，建立了统一的曲线和表。1998年建立的年代校正曲线，是目前被国际通用的数据。
加速器质谱碳十四断代方法（AMS方法）
加速器质谱测年技术（AMS——Accelerator Mass Spectrometry）与碳十四断代原理基本相同，都是基于样品中碳十四同位素原子数随时间按指数函数衰变的规律；只是二者的所测物理量和测试技术有别，前者以对碳十四原子计数代替对β粒子的计数。
AMS方法是加速器技术、质谱技术和探测鉴别技术的产物，具有一些优点。首先AMS所需样品量少，一般1-5毫克就足够了，甚至20-50μg。其次，精确度高，灵敏度可达10ֿ15至10ֿ16，误差小。第三，测定年代可以扩展到7.5-10万年。第四，测量所用时间较短（几十分钟）。
AMS方法还可以解决其他问题，诸如陶器起源的追溯、人类祖先何时到达美洲、农业起源的时间等问题。
碳十四测年法在国内的应用
利比1947年创立了碳十四测年法后，在1950年后这一方法被广泛应用于考古学的年代测定，解决了不少遗址的年代测定问题（这些数据到现在还可在许多西方的史学著作中看到），甚至被当时的西方史学界称为“断代史上的一次革命”。但是，到了六十年代，碳十四测年法的不准确性也被大伙所了解了，这才有了1965年的树轮曲线校正和七十年代的AMS方法。
50年代末（一说是1952年），在著名考古学家夏鼐先生的首倡之下，原在中科院高能物理研究所工作的仇士华和蔡莲珍夫妇调入考古所，开始从事碳十四实验室的建立工作。您要留意，这两位（仇士华和蔡莲珍）一直到现在还是国内用碳十四测年法进行考古断代的权威（仇士华先生是院士）。许多遗址、文物的年代鉴定都是由这两位先生作出的。
但是，国内用碳十四测年法进行考古断代实际上还是比较晚的。一方面，在随后的六十年代，西史学界正好开始讨论碳十四测年法的不准确性；另一方面，在那个时期，碳十四测年法是一个真正的技术活，还是很需要经费的。譬如，大伙能了解到二里头遗址最早在1959年就被发现了，但是第一份关于二里头遗址年代断代的论文是由仇士华、蔡莲珍二位先生发表在1983年10月这一期的《考古》杂志上的《有关所谓“夏文化”的14C年代测定的初步报告》。
碳十四测年法也不是万能的，也存在误差。所以用碳十四测年法测量某件古物也不能准确到某一个具体的年份。此外，选取的样品也不一定正好是某个朝代开始的年份，换句话说它也有一个上限和下限的问题；选取样品时，如果受到污染（下雪），那么这个样品的断代结果也是很值得怀疑的。（狮子看来，这也是仇士华和蔡莲珍二位先生在每次重要的断代结束之后，都写一个报告发表出来的重要原因）（《碳十四断代技术的新进展与夏商周断代工程》，考古，1997（7））
就说说《有关所谓“夏文化”的14C年代测定的初步报告》这篇论文。在这篇论文里，二位先生不但交待了到底是用那一种碳十四测年法，还交待了使用的样品（质量、数量（32）），最后还特别说明断出的年代只是根据这32件样品得到的比较可靠的上限和下限（“绝对年代被限制在公元前1900-1500年的范围内”）。
花之.
提个问题，为什么自然界的碳14的百分比不变？所谓自然界的碳14的百分比到底是拿什么样品测出来的？
天然碳有三种同位素，碳12（中子数为6，质子数为6）、碳13（中子数为7，质子数为6）、碳-14（中子数为8，质子数为6） ；其中，碳-12结构的化学性质和物理性质都是最稳定的；而决定原子的相对丰度是其化学性质是否稳定，故碳-12在碳的同位素当中相对丰度是最丰富的；碳-12、碳-13是碳元素的一种相对稳定的存在形式，碳-14是不稳定的，经过一段时间碳-14会衰变成碳-12，而碳-12、碳-13形成碳-14的速度却很慢；但是碳-12含量很多（接近99%），碳-13为1.07%，剩下才是碳-14（大概万分之一）；这就形成了一个微妙的平衡（当然是没有太阳黑子、宇宙射线之类干扰的情况下）。
也就是说，在活的有机体内（新陈代谢），碳-12和碳-14的比例是基本不变的；但有机体死亡之后，跟外界交流停止，碳-14失去了补充的来源，或者说在一段时间内（五六万年）来不及补充；碳-14还会继续衰变（5730年），所以只要测定死亡的有机体（遗址中的文物）里碳-14的含量（碳-14与碳-12的比值），就可以大概推断出有机体死亡的时间。
因为这个理论只对有机体有效，所以选取样品的时候，要选取木炭、泥炭、木材、贝壳、骨骼、纸张、皮革、衣服以及某些沉积碳酸盐等。这些才会和自然界产生碳-14的交换（如CO2）。
不知道您看明白了没有？你如果要问具体如何测定碳-12和碳-14的比例，这个您还要问一下懂物理化学、放射化学的河友。我确实不太懂（这也是个专业技术活）。
碳―14是由宇宙中的中子穿过高层大气层时撞击氮14产生的。 氮14的原子里有7个质子、7个中子，被撞击后少了一个质子却增加一个中子，变成具有6个质子和8个中子的碳14（碳12只有6个质子、6个中子，所以性质稳定，不会衰变）。而碳C14不稳定，会放射β粒子后蜕变为N14，半衰期为5730±40年.
反应1
14N ＋ n -- 14C ＋ p
反应2
14C -- 14N ＋β
碳―14和碳―12都能氧化为二氧化碳，扩散于大气之中，而二氧化碳是植物光合作用所必需，动物又吃植物，所以碳存在于整个生物界。生物体中的碳―14一方面由于放射性衰变而減少，但又立即不断从大气中吸取新的碳14。因此能始终保持平衡。当生物死亡时，立即停止与大气的碳交換，该生物体的碳―14就因衰变而规律的減少。
通过对生物体出土化石中碳-14和碳-12含量的测定，就可以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。例如某一生物体出土化石，经测定含碳量为M克（或碳-12的质量），按自然界碳的各种同位素含量的相对比值可计算出，生物体活着时，体内碳-14的质量应为 m克。但实际测得体内碳-14的质量内只有m克的八分之一，根据半衰期可知生物死亡已有了3个5730年了，即已死亡了一万七千二百九十年了。
衰减法C14测定年代方法在技术上不同于一般放射性同位素测量，它的特点是放射性强度弱，能量低，自然碳中C14含量仅为1.2×10E-10 %,每克碳的放射性强度仅即每分钟约有10 多个原子衰变,标本的年代越久远,放射性还会迅速降低,如二万年以上的标本,其计数率就会降到每分钟一次以下.针对这种情况,必须专门设计低本底低能量β射线的高效率探测器,把标本中的碳制备成探测器的组成部分,并在特制的屏蔽室中进行测量.如气体法将标本碳全部转成计数管中的计数气体,液体法则全部转成闪烁液的溶剂,这些基本要求就决定了C14年代测定必须要有一个完备的实验室,包括设有化学处理,标本制备的系统,完善的屏蔽设备,特制的探测器和能长时间工作而又稳定的电子测量系统,并且经过精心的操作才能保证数据准确可靠，需要足够长的时间才能得到足够的数据以保证测量精度。
加速器质谱考古直接测量12C和 14C 应用的原理是将样品制成离子源加速，在电磁场中偏转，不同质量的离子偏转不同。 这样测量的精度高，需要的时间短。
误差来源：
1． 假设14C的产率是恒定的，事实上是有丰歉起伏，这个误差可以通过树木年轮修正。
2． 自然界中中子增多，如核爆等。如在1963年， 在大气中的14C含量是平常年份的2倍，那真是一个疯狂的年代呀。
3． C12的增加，由于工业化程度的增加，化石燃料的应用会增加12C的比例，这也可以通过树木年轮及已知年代的新出土文物的比例加以修正。
早知道您也在线，就不费这个劲了。写完一提交，才看到您的回复。 不是有意的，见谅！
比如氯化镭、二氧化铀之类的东东。
谢谢。
另外一个问题是在自然界的C14多丰度是根据什么样品测定而成。根据你的说法，应该根据大气中的样品测定。是否如此？
先谢谢。
但是我问的是为什么自然界的碳14丰度相对不变。
我没搞过测年，搞辐射。许多东西也是查来的。感觉你的理解应该是对的。这里有几个假定：1,地球形成时自带的C14已经衰变完了，因为半衰期比地球的年龄短多了。2,近几万年宇宙射线的强度是恒定的。3.大气中的N14也是恒定的。
这样大气中产生的C14和C12的比例是恒定的，这个比例大约是1.2E-12:1。进而推知所有的生物（植物，动物）因吸收或呼出CO2与大气交换，体内的C14的比例也因与大气形成平衡而有一样的比例。测量结果应该也证实了这一点。个人估计海洋生物和陆地生物应该有一定的差别。
实际上放射性测年应该还有一种方法，就是寻找长寿命的放射性核素，这些元素的半衰期可和地球寿命相比。假定其衰变子体在样品生成时不存在，测得现在样品中子体和母体的比例，加上母体的半衰期就能推算出样品的寿命。
中学学得那点儿化学早就忘光了。感觉从原子的角度来看，天然氯化镭中应该含有各种镭同位素，如放射性的镭223、镭224、镭226、镭228。二氧化铀也是这样，应该分别有铀235和铀238,而且如果是天然的话，应该是铀238占绝大多数。三大天然放射系的最终产物都是铅，但分别是铅208,铅207.铅206. 所以经过足够长的时间化合物物中的镭原子和铀原子和最终应该都变成了铅，至于是哪种铅同位素，还要查放射系。在短期的放射衰变过程中，则可能是个动态的过程，在某个时刻，铀原子可能会衰变成了钍, 锕, 镤甚至是镭。 从分子的角度说，是不是就表现为氧化钍，氧化.。。。。。， 最终应该变成了氧化铅？
这样说可能不符合化学的原则，还请方家指教。