Вуглець-14

Вугле́ць-14 (лат. C-14, історичні назви ра́діовугле́ць, ра́діокарбо́н) — радіоактивний нуклід хімічного елемента вуглецю з атомним номером 6 і масовим числом 14.

Вуглець-14 Таблиця ізотопів
Загальні відомості
Назва, символ	радіовуглець, радіокарбон,14C
Нейтронів	8
Протонів	6
Властивості ізотопа
Період напіврозпаду	5,70 (3) × 103[1] років
Продукти розпаду	14N
Атомна маса	+14,003241989 (4)[2] а.о.м
Спін	0+[1]
Дефект маси	3 019,893(4)[2] кеВ
Енергія зв'язку	7 520,319 (0)[2] (питома) кеВ
Канал розпаду	Енергія розпаду
β-	0,156476 (4)[2] МеВ

Вуглець-14 є одним із природних радіоактивних ізотопів. 27 лютого 1940 року його вперше виявили під час своїх експериментів американські фізики Мартін Девід Кеймен(інші мови) та Самуел Рубен(інші мови). Період його напіврозпаду, що становить 5730 ± 30 років, був встановлений пізніше (Мартін Кеймен(інші мови) у своїх перших експериментах отримав 2700 і 4000 років^[3], Ліббі 1951 року прийняв час напіврозпаду у 5568 ± 30 років). Це дало змогу використовувати цей ізотоп для встановлення віку радіоактивним шляхом у геології при датуванні біоматеріалів віку до 50 000 років. Найчастіше використовується у льодовиковій та післяльодовиковій геології, в археології, а також у фізиці атмосфери, геоморфології, гляціології, гідрології та ґрунтознавстві, у фізиці космічних променів, фізиці Сонця і в біології, не лише для датувань, але і як трасер різних природних процесів^[4].

Вуглець-14 утворюється в атмосфері з азоту-14 під впливом космічних променів. Відносний вміст вуглецю-14 у відношенні до «звичайного» (вуглецю-12) в атмосфері залишається приблизно постійним (приблизно 1:10¹²). Як і звичайний вуглець, ¹⁴C вступає у реакцію з киснем, утворюючи вуглекислий газ, який потрібен рослинам у процесі фотосинтезу. Люди та різні тварини потім споживають рослини та виготовлені з них продукти в їжу, засвоюючи таким чином і вуглець-14.

Утворення та розпад

Вуглець-14 утворюється у верхніх шарах тропосфери та стратосфери внаслідок поглинання атомами азоту-14 теплових нейтронів, які, своєю чергою, є результатом взаємодії космічних променів та сполук атмосфери:

${\displaystyle \mathrm {~_{0}^{1}n} +\mathrm {~_{7}^{14}N} \rightarrow \mathrm {~_{6}^{14}C} +\mathrm {~_{1}^{1}H} .}$

Переріз процесу ¹⁴N(n, p) ¹⁴C достатньо високий (1,83 барн). Він у 25 разів вище, ніж перетин конкуруючого процесу — радіатівного захоплення теплового нейтрона ¹⁴N(n, γ) ¹⁵N.

З найбільшою швидкістю вуглець-14 утворюється на висоті від 9 до 15 км на високих геомагнітних широтах, проте потім він рівномірно розподіляється по всій атмосфері.

Ще один природний канал утворення вуглецю-14 — відбувається з дуже малою ймовірністю кластерний розпад деяких важких ядер, що входять до радіоактивних рядів. Останнім часом виявлений розпад з емісією вуглецю-14 ядер 224Ra (ряд торію), 223Ra (ряд урану-актинію), 226Ra (ряд урану-радію); передбачений, але експериментально не виявлений аналогічний процес для інших природних важких ядер (кластерна емісія вуглецю-14 виявлена ​​також для відсутніх у природі нуклідів 221Fr, 221Ra, 222Ra та 225Ac). Швидкість утворення радіогенного вуглецю-14 з цього каналу занадто мала порівняно зі швидкістю утворення космогенного вуглецю-14^[5].

Вуглець-14 зазнає β^--розпад, внаслідок розпаду утворюється стабільний нуклід 14N (виділяється енергія 156,476 (4) кеВ^[2]) :

${\displaystyle \mathrm {~_{6}^{14}C} \rightarrow \mathrm {~_{7}^{14}N} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.}$

Див. також

• Радіовуглецеве датування
• Сплеск вуглецю-14 у 774 році