कार्बन-14

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"Radiocarbon" redirects here. For the scientific journal, see Radiocarbon (journal). For the dating technique, see Radiocarbon dating.
कार्बन-14, 14C
General
Symbol14C
Namesकार्बन-14, 14C, C-14,
radiocarbon
Protons (Z)6
Neutrons (N)8
Nuclide data
Natural abundance1 part per trillion
Half-life (t1/2)5730±40 years
Isotope mass14.0032420[1] Da
Spin0+
Decay modes
Decay modeDecay energy (MeV)
Beta0.156476[1]
Isotopes of carbon
Complete table of nuclides

कार्बन-14, सी-14,14
Cया रेडियोकार्बन , कार्बन का एक रेडियोधर्मी समस्थानिक है जिसमें 6 प्रोटॉन और 8 न्यूट्रॉन वाले परमाणु नाभिक होते हैं। कार्बनिक पदार्थों में इसकी उपस्थिति रेडियोकार्बन डेटिंग पद्धति का आधार है, जो विलार्ड लिब्बी और उनके सहयोगियों (1949) द्वारा आज तक के पुरातात्विक, भूवैज्ञानिक और हाइड्रोजियोलॉजिकल नमूनों के लिए अग्रणी है। कार्बन -14 की खोज 27 फरवरी, 1940 को मार्टिन कामेन और मैं रुबेन हूँ ने बर्कले, कैलिफोर्निया में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय विकिरण प्रयोगशाला में की थी। इसके अस्तित्व का सुझाव फ्रांज एन डी कुरी ने 1934 में दिया था।[2] पृथ्वी पर कार्बन के प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तीन समस्थानिक हैं: कार्बन-12 (12
C), जो पृथ्वी पर सभी कार्बन का 99% बनाता है; कार्बन -13 (13
C), जो 1% बनाता है; और कार्बन-14 (14
C), जो ट्रेस मात्रा में होता है, प्रति 10 में लगभग 1 या 1.5 परमाणु बनाता है12 वायुमंडल में कार्बन के परमाणु। कार्बन-12 और कार्बन-13 दोनों स्थिर हैं, जबकि कार्बन-14 अस्थिर है और इसका आधा जीवन 5,730 ± 40 वर्ष है।[3] कार्बन-14 का नाइट्रोजन-14 में क्षय होता है (14
N) बीटा क्षय के माध्यम से।[4] कार्बन का एक ग्राम जिसमें कार्बन-14 प्रति 10 का 1 परमाणु होता है12 परमाणु ~0.2 उत्सर्जित करेंगे[5] प्रति सेकंड बीटा कण। पृथ्वी पर कार्बन-14 का प्राथमिक प्राकृतिक स्रोत वातावरण में नाइट्रोजन पर ब्रह्मांडीय किरणों की क्रिया है, और इसलिए यह एक कॉस्मोजेनिक न्यूक्लाइड है। हालाँकि, 1955 और 1980 के बीच खुली हवा में परमाणु परीक्षण ने इस पूल में योगदान दिया।

कार्बन के विभिन्न समस्थानिक उनके रासायनिक गुणों में उल्लेखनीय रूप से भिन्न नहीं होते हैं। कार्बन लेबल िंग नामक तकनीक में रासायनिक और जैविक अनुसंधान में इस समानता का उपयोग किया जाता है: किसी भी कार्बनिक यौगिक से कार्बन परमाणुओं को शामिल करने वाली रासायनिक और जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं का पता लगाने के लिए कार्बन -14 परमाणुओं का उपयोग गैर-रेडियोधर्मी कार्बन को बदलने के लिए किया जा सकता है।

रेडियोधर्मी क्षय और पहचान

कार्बन-14 रेडियोधर्मी बीटा क्षय से गुजरता है:

14
6C → 14
7N + e− +
ν
e + 156.5 केवी

एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो उत्सर्जित करके, कार्बन-14 परमाणु में न्यूट्रॉन में से एक प्रोटॉन में क्षय हो जाता है और कार्बन-14 (5,730 ± 40 वर्षों का आधा जीवन)[6]) स्थिर (गैर-रेडियोधर्मी) आइसोटोप नाइट्रोजन -14 में क्षय हो जाता है।

हमेशा की तरह बीटा क्षय के साथ, लगभग सभी क्षय ऊर्जा को बीटा कण और न्यूट्रिनो द्वारा ले जाया जाता है। उत्सर्जित बीटा कणों की अधिकतम ऊर्जा लगभग 156 keV होती है, जबकि उनकी भारित औसत ऊर्जा 49 keV होती है।[6]ये अपेक्षाकृत कम ऊर्जा हैं; तय की गई अधिकतम दूरी हवा में 22 सेमी और शरीर के ऊतकों में 0.27 मिमी होने का अनुमान है। एक चमकदार परत के माध्यम से प्रेषित विकिरण का अंश 0.11 होने का अनुमान है। विशिष्ट गीजर-मुलर ट्यूब | गीजर-मुलर (जी-एम) डिटेक्टरों द्वारा कार्बन-14 की छोटी मात्रा का आसानी से पता नहीं लगाया जा सकता है; यह अनुमान लगाया गया है कि जीएम डिटेक्टर सामान्य रूप से लगभग 100,000 विघटन प्रति मिनट (0.05 μCi) से कम के संदूषण का पता नहीं लगा पाएंगे। तरल जगमगाहट गिनती पसंदीदा तरीका है[7] हालाँकि हाल ही में, त्वरक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री पसंद की विधि बन गई है; यह नमूने में सभी कार्बन-14 परमाणुओं को गिनता है, न कि केवल उन कुछ परमाणुओं को जो मापन के दौरान क्षय हो जाते हैं; इसलिए इसका उपयोग बहुत छोटे नमूनों (एक पौधे के बीज जितना छोटा) के साथ किया जा सकता है, और बहुत अधिक तेज़ी से परिणाम देता है। G-M गणना दक्षता 3% होने का अनुमान है। पानी में आधी दूरी की परत 0.05 मिमी है।[8]


रेडियोकार्बन डेटिंग

Main article: Radiocarbon dating

रेडियोकार्बन डेटिंग एक रेडियोमेट्रिक डेटिंग पद्धति है, जिसका उपयोग करता है (14
C) लगभग 60,000 वर्ष पुरानी कार्बोनेस सामग्री की आयु निर्धारित करने के लिए। तकनीक को 1949 में विलार्ड लिब्बी और उनके सहयोगियों द्वारा विकसित किया गया था[9] शिकागो विश्वविद्यालय में प्रोफेसर के रूप में अपने कार्यकाल के दौरान। लिब्बी ने अनुमान लगाया कि विनिमेय कार्बन-14 की रेडियोधर्मिता लगभग 14 विघटन प्रति मिनट (डीपीएम) प्रति ग्राम शुद्ध कार्बन होगी, और यह अभी भी आधुनिक रेडियोकार्बन मानक की गतिविधि के रूप में उपयोग किया जाता है।[10][11] 1960 में, लिब्बी को इस काम के लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

तकनीक के लगातार उपयोगों में से एक पुरातात्विक स्थलों से जैविक अवशेषों की तारीख है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान पौधों कार्बन स्थिरीकरण वायुमंडलीय कार्बन, तो के स्तर 14
C पौधों और जंतुओं में जब वे मरते हैं तो लगभग के स्तर के बराबर हो जाते हैं 14
C उस समय वातावरण में। हालांकि, इसके बाद यह रेडियोधर्मी क्षय से कम हो जाता है, जिससे मृत्यु या निर्धारण की तारीख का अनुमान लगाया जा सकता है। प्रारंभिक 14
C गणना के स्तर का या तो अनुमान लगाया जा सकता है, या सीधे 10,000 साल पहले ट्री-रिंग डेटा (वृक्षवलय कालक्रम ) से ज्ञात वर्ष-दर-वर्ष डेटा के साथ तुलना की जा सकती है (किसी दिए गए क्षेत्र में जीवित और मृत पेड़ों से अतिव्यापी डेटा का उपयोग करके), या अन्य गुफा निक्षेपों (speleothem ्स) से, वर्तमान से लगभग 45,000 वर्ष पहले। एक गणना या (अधिक सटीक रूप से) किसी नमूने में कार्बन-14 स्तरों की एक सीधी तुलना, पेड़ की अंगूठी या ज्ञात उम्र के गुफा-जमा कार्बन-14 स्तरों के साथ, फिर लकड़ी या पशु के नमूने को गठन के बाद से उम्र देता है। रेडियोकार्बन का उपयोग प्राकृतिक पारिस्थितिक तंत्र में गड़बड़ी का पता लगाने के लिए भी किया जाता है; उदाहरण के लिए, पीटलैंड परिदृश्य में, रेडियोकार्बन यह संकेत दे सकता है कि कार्बन जो पहले जैविक मिट्टी में संग्रहीत था, भूमि निकासी या जलवायु परिवर्तन के कारण जारी किया जा रहा है।[12][13] कॉस्मोजेनिक न्यूक्लाइड्स का उपयोग प्रॉक्सी (सांख्यिकी) डेटा के रूप में दूर के अतीत के ब्रह्मांडीय कण और सौर गतिविधि को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।[14][15]


उत्पत्ति

वातावरण में प्राकृतिक उत्पादन

1: कार्बन-14 का निर्माण
2: कार्बन-14 का क्षय
3: समान समीकरण जीवित जीवों के लिए है, और असमान मृत जीवों के लिए है, जिसमें C-14 फिर क्षय होता है (देखें 2 ).

कार्बन-14 ऊपरी क्षोभमंडल और समताप मंडल में नाइट्रोजन परमाणुओं द्वारा अवशोषित [[ थर्मल न्यूट्रॉन ]] द्वारा निर्मित होता है। जब ब्रह्मांडीय किरणें वातावरण में प्रवेश करती हैं, तो वे न्यूट्रॉन के उत्पादन सहित विभिन्न परिवर्तनों से गुजरती हैं। परिणामी न्यूट्रॉन (एन) निम्नलिखित (एन-पी) प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं | एन-पी प्रतिक्रिया (पी प्रोटॉन है):

14
7N + एन → 14
6C + पी

कार्बन-14 उत्पादन की उच्चतम दर की ऊंचाई पर होता है 9 to 15 kilometres (30,000 to 49,000 ft) और उच्च भू-चुम्बकत्व अक्षांशों पर।

की दर 14
C उत्पादन को मॉडल किया जा सकता है, 16,400 के उपज मूल्य[16] या 18,800[17] के परमाणु 14
C प्रति सेकंड प्रति वर्ग मीटर पृथ्वी की सतह, जो वैश्विक उत्सर्जन बजट से सहमत है जिसका उपयोग बैकट्रैक के लिए किया जा सकता है,[18] लेकिन उत्पादन समय को सीधे सीटू में मापने के प्रयास बहुत सफल नहीं रहे। हेलीओस्फेरिक मॉडुलन (सौर हवा और सौर चुंबकीय क्षेत्र) के कारण ब्रह्मांडीय किरण प्रवाह में परिवर्तन के कारण उत्पादन दर भिन्न होती है, और पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में भिन्नता के कारण बहुत महत्वपूर्ण है। हालांकि कार्बन चक्र में परिवर्तन ऐसे प्रभावों को अलग करने और मापने में मुश्किल बना सकता है। [18][19] समसामयिक स्पाइक्स हो सकते हैं; उदाहरण के लिए, 774-775 कार्बन-14 स्पाइक का प्रमाण है। 774-775 ईस्वी में असामान्य रूप से उच्च उत्पादन दर,[20] अति के कारण होता है सौर ऊर्जावान कण घटना, पिछले दस सहस्राब्दियों के लिए सबसे मजबूत।[21][22] एक और असाधारण रूप से बड़ा 14
C वृद्धि (2%) 5480 ईसा पूर्व की घटना से जुड़ी हुई है, जिसके सौर ऊर्जावान कण घटना होने की संभावना नहीं है।[23] बिजली चमकने से भी कार्बन-14 का उत्पादन हो सकता है [24][25] लेकिन ब्रह्मांडीय किरण उत्पादन की तुलना में विश्व स्तर पर नगण्य मात्रा में। नमूना अवशेषों के माध्यम से क्लाउड-ग्राउंड डिस्चार्ज के स्थानीय प्रभाव स्पष्ट नहीं हैं, लेकिन संभवतः महत्वपूर्ण हैं।

अन्य कार्बन-14 स्रोत

कार्बन-14 अन्य न्यूट्रॉन प्रतिक्रियाओं द्वारा भी उत्पादित किया जा सकता है, विशेष रूप से कार्बन-13| सहित13
C(एन, सी)14
C और ऑक्सीजन-17|17
O(एन, ए)14
C थर्मल न्यूट्रॉन के साथ, और नाइट्रोजन-15|15
N(रा)14
C और ऑक्सीजन-16|16
O(एन,3
He)14
C तेज न्यूट्रॉन के साथ।[26] के लिए सबसे उल्लेखनीय मार्ग 14
C लक्ष्य के थर्मल न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा उत्पादन (जैसे, एक परमाणु रिएक्टर में) को तालिका में संक्षेपित किया गया है।

कार्बन-14 भी रेडियोजेनिक न्यूक्लाइड (का क्लस्टर क्षय ) हो सकता है 223
Ra, 224
Ra, 226
Ra). हालाँकि, यह उत्पत्ति अत्यंत दुर्लभ है।

14
C production routes[27]
Parent isotope Natural abundance, % Cross section for thermal neutron capture, b Reaction
14
N		 99.634 1.81 14
N(n,p)14
C
13
C		 1.103 0.0009 13
C(n,γ)14
C
17
O		 0.0383 0.235 17
O(n,α)14
C


परमाणु परीक्षण के दौरान गठन

वायुमंडलीय 14
C, न्यूज़ीलैंड [28] और ऑस्ट्रिया ।[29] न्यूजीलैंड वक्र दक्षिणी गोलार्ध का प्रतिनिधि है, ऑस्ट्रियाई वक्र उत्तरी गोलार्ध का प्रतिनिधि है। वायुमंडलीय परमाणु हथियार परीक्षणों की एकाग्रता लगभग दोगुनी हो गई 14
C उत्तरी गोलार्ध में।[30] एनोटेट पीटीबीटी लेबल आंशिक परमाणु परीक्षण प्रतिबंध संधि का प्रतिनिधि है।

1955 और 1980 के बीच कई देशों में जमीन के ऊपर परमाणु परीक्षण हुआ परमाणु परीक्षणों की सूची | परीक्षण समाप्त होने के बाद, आइसोटोप की वायुमंडलीय सांद्रता रेडियोधर्मी के रूप में कम होने लगी CO2 पौधों और जानवरों के ऊतकों में तय हो गया था, और महासागरों में घुल गया था।

वायुमंडलीय कार्बन-14 में परिवर्तन का एक पक्ष-प्रभाव यह है कि इसने कुछ विकल्पों को सक्षम किया है (जैसे, बम पल्स |बम-पल्स डेटिंग[31]) किसी व्यक्ति के जन्म वर्ष का निर्धारण करने के लिए, विशेष रूप से, दाँत तामचीनी में कार्बन-14 की मात्रा,[32][33] या आंख के लेंस में कार्बन-14 की सघनता।[34] 2019 में, वैज्ञानिक अमेरिकी ने बताया कि परमाणु बम परीक्षण से कार्बन -14 पृथ्वी के सबसे दुर्गम क्षेत्रों में से एक, प्रशांत महासागर में मेरियाना गर्त में पाए गए जलीय जानवरों के शरीर में पाया गया है।[35]


परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से उत्सर्जन

कार्बन-14 उबलते पानी रिएक्टर ों (BWRs) और दबाव वाले पानी रिएक्टरों (PWRs) में शीतलक में उत्पन्न होता है। यह आमतौर पर BWRs में कार्बन डाइआक्साइड और PWRs में मीथेन के रूप में वायुमंडल में छोड़ा जाता है।[36] कार्बन -14 के परमाणु ऊर्जा संयंत्र संचालक प्रबंधन के लिए सर्वोत्तम अभ्यास में इसे रात में छोड़ना शामिल है, जब पौधे प्रकाश संश्लेषण नहीं कर रहे होते हैं।[37] कार्बन-14 भी परमाणु ईंधन के अंदर उत्पन्न होता है (कुछ यूरेनियम ऑक्साइड में ऑक्सीजन के संचारण के कारण, लेकिन नाइट्रोजन-14 अशुद्धियों के रूपांतरण से सबसे महत्वपूर्ण), और यदि खर्च किए गए ईंधन को परमाणु पुनर्संसाधन के लिए भेजा जाता है तो कार्बन-14 निकलता है। , उदाहरण के लिए के रूप में CO2 प्योरेक्स के दौरान।[38][39]


घटना

पर्यावरण में फैलाव

ऊपरी वायुमंडल में उत्पादन के बाद, कार्बन-14 परमाणु तेजी से प्रतिक्रिया करके अधिकांशतः (लगभग 93%) बनाते हैं। 14
CO (कार्बन मोनोआक्साइड ), जो बाद में बनने के लिए धीमी गति से ऑक्सीकरण करता है 14
CO
2, रेडियोधर्मी कार्बन डाइऑक्साइड। गैस तेजी से मिश्रित होती है और पूरे वातावरण में समान रूप से वितरित हो जाती है (सप्ताह के क्रम में मिश्रण समय)। कार्बन डाइऑक्साइड भी पानी में घुल जाती है और इस तरह महासागर ों में फैल जाती है, लेकिन धीमी गति से।[19]हटाने के लिए वायुमंडलीय आधा जीवन 14
CO
2 उत्तरी गोलार्ध में लगभग 12 से 16 वर्ष होने का अनुमान लगाया गया है। समुद्र की उथली परत और समुद्र की गहराई में बिकारबोनिट के बड़े भंडार के बीच स्थानांतरण सीमित दर पर होता है।[27] 2009 में की गतिविधि 14
C ताजा स्थलीय बायोमैटर का 238 Bq प्रति किग्रा कार्बन था, जो वायुमंडलीय परमाणु परीक्षण (226 Bq/kg C; 1950) से पहले के मूल्यों के करीब था।[40]


कुल सूची

पृथ्वी के जीवमंडल में कार्बन-14 की सूची लगभग 300 क्यूरी (इकाई) (11 एक्सा-बेक्युरेल) है, जिनमें से अधिकांश महासागरों में है।[41] कार्बन-14 की निम्नलिखित सूची दी गई है:[42]

  • वैश्विक इन्वेंट्री: ~8500 PBq (लगभग 50 टन )
    • वातावरण: 140 PBq (840 किग्रा)
    • स्थलीय सामग्री: संतुलन
  • परमाणु परीक्षण से (1990 तक): 220 PBq (1.3 t)

जीवाश्म ईंधन में

Main article: Suess effect

कई मानव निर्मित रसायन जीवाश्म ईंधन (जैसे पेट्रोलियम या कोयला ) से प्राप्त होते हैं जिनमें 14
C बहुत कम हो गया है क्योंकि जीवाश्मों की उम्र अब तक के आधे जीवन से अधिक है 14
C. की सापेक्ष अनुपस्थिति 14
CO
2 इसलिए इसका उपयोग पृथ्वी के वायुमंडल के किसी दिए गए क्षेत्र में कुल कार्बन डाइऑक्साइड के लिए जीवाश्म ईंधन ऑक्सीकरण के सापेक्ष योगदान (या मिश्रण अनुपात) को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।[43] यह जीवाणुओं की थोड़ी मात्रा, विकिरण के भूमिगत स्रोतों द्वारा संभावित संदूषण का संकेत दे सकता है 14
N(एन, पी)14
C प्रतिक्रिया, प्रत्यक्ष यूरेनियम क्षय (हालांकि मापा गया अनुपात 14
C/ यू यूरेनियम युक्त अयस्कों में[44] उत्पन्न करने के लिए प्रत्येक दो कार्बन परमाणुओं के लिए मोटे तौर पर 1 यूरेनियम परमाणु होगा 14
C/12
C अनुपात, 10 के क्रम पर मापा जाता है-15), या कार्बन-14 उत्पादन के अन्य अज्ञात द्वितीयक स्रोत। कार्बनयुक्त सामग्री के एक नमूने के समस्थानिक हस्ताक्षर में कार्बन -14 की उपस्थिति संभवतः बायोजेनिक स्रोतों द्वारा इसके संदूषण या आसपास के भूगर्भिक स्तर में रेडियोधर्मी सामग्री के क्षय का संकेत देती है। बोरेक्सिन ो सौर न्यूट्रिनो वेधशाला के निर्माण के संबंध में, पेट्रोलियम फीडस्टॉक (प्राथमिक सिंटिलेंट को संश्लेषित करने के लिए) कम मात्रा में प्राप्त किया गया था। 14
C विषय। बोरेक्सिनो काउंटिंग टेस्ट सुविधा में, a 14
C/12
C 1.94 × 10 का अनुपात-18 निर्धारित किया गया था;[45] के विभिन्न स्तरों के लिए जिम्मेदार संभावित प्रतिक्रियाएं 14
C विभिन्न पेट्रोलियम जलाशय ों में, और निचला 14
C मीथेन के स्तरों पर बोनविसिनी एट अल द्वारा चर्चा की गई है।[46]


मानव शरीर में

चूँकि मानव भोजन के कई स्रोत अंततः स्थलीय पौधों से प्राप्त होते हैं, हमारे शरीर में कार्बन-14 की सापेक्षिक सांद्रता वातावरण में सापेक्षिक सांद्रता के लगभग समान होती है। सामान्य वयस्क शरीर में पोटेशियम-40 और कार्बन-14 के विघटन की दर तुलनीय (प्रति सेकंड कुछ हजार विघटित नाभिक) हैं।[47] बाहरी (पर्यावरणीय) रेडियोकार्बन से बीटा-क्षय प्रत्येक व्यक्ति की आयनकारी विकिरण की समतुल्य खुराक में लगभग 0.01 mSv /वर्ष (1 mrem/वर्ष) का योगदान करते हैं।[48] यह पोटेशियम-40 (0.39 mSv/वर्ष) और रेडॉन (चर) की खुराक की तुलना में छोटा है।

कार्बन-14 का उपयोग चिकित्सा में रेडियोधर्मी अनुरेखक के रूप में किया जा सकता है। यूरिया सांस परीक्षण के प्रारंभिक संस्करण में, हैलीकॉप्टर पायलॉरी के लिए एक नैदानिक ​​​​परीक्षण, यूरिया को लगभग लेबल किया गया 37 kBq (1.0 μCi) एक रोगी को कार्बन-14 खिलाया जाता है (अर्थात् 37,000 क्षय प्रति सेकंड)। एच. पाइलोरी संक्रमण की स्थिति में, जीवाणु यूरिया एंजाइम यूरिया को अमोनिया और रेडियोधर्मी लेबल वाले कार्बन डाइऑक्साइड में तोड़ देता है, जिसे रोगी की सांस की निम्न-स्तर की गिनती से पता लगाया जा सकता है।[49] 14
C }} यूरिया श्वास परीक्षण को काफी हद तक कार्बन-13| द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया है13
Cयूरिया सांस परीक्षण, जिसमें कोई विकिरण समस्या नहीं है।

यह भी देखें

कार्बन-से-नाइट्रोजन अनुपात अनुपात

संदर्भ

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carbon-13 		कार्बन-14 is an
isotope of carbon 		Heavier:
carbon-15
Decay product of:
boron-14, nitrogen-18 		Decay chain
of कार्बन-14 		Decays to:
nitrogen-14

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