Tudományos datálási módszerek - Radioizotópok
A régészeti, geológiai, paleontológiai, evolúciós biológiai és a múltbeli események rekonstrukciójával kapcsolatos egyéb tudományágakról szóló népszerű tudományos cikkek mindig említik a randevúkat - ami 10 000 évvel ezelőtt, 10 millió vagy 4 milliárd évvel ezelőtt történt. Hogyan lehet ezt meghatározni?
Az előző "Tudományos randevú módszerek - Dendrochronology" cikkben egy olyan módszerről meséltünk Önnek, amely alkalmasabb a régészeti leletekre azáltal, hogy akár egy év pontossággal meghatározza azokat, és annak időskálája valamivel több mint 11 000 évet ölel fel egyes területeken. A dendrokronológia az a módszer, amely a fatörzs egyenetlen fajlagos növekedésén alapul.
A datálási rendszer, amelyet most megismerünk, a radioaktív izotópok bomlási sebességének állandóságán alapuló módszere.
Atomok, elemek, kémia
Ez Niels Bohr bolygóatommodellje, amely bár elavult, de szolgálhat néhány alapvető ötlethez. A "Nap" szerepét ebben a bolygómodellben a mag játssza, és az elektronok úgy forognak körülötte, mint a bolygók a Naprendszerben. És ahogy benne, az elektronok is jelentéktelenül kicsiek a maghoz és az őket a magtól elválasztó térhez képest.
A magban kétféle részecske létezik: protonok és neutronok, amelyeket általában nukleonoknak neveznek. Sokkal nagyobbak, mint az elektron, és szinte azonos méretűek.
A kémiai elemek olyan atomok, amelyek magjaiban azonos számú proton található. Ha a kernel hasad, az elem nem lesz ugyanaz.
A protonok száma állandó az egyes elemeknél, és megegyezik az elektronok számával. Ez a szám az elem atomszáma, és a periódusos rendszer atomszámlistájában nincsenek hiányosságok. Minden benne szereplő szám pontosan egy és csak egy elemnek felel meg. Az 1. atomszámú elem hidrogén, 2 - hélium, 3 - lítium stb., Legfeljebb 92 - urán - a legnagyobb számban (technécium nélkül) található elem, amely a természetben előfordul.
A protonok és elektronok ellentétes előjelű elektromos töltést hordoznak. Az, hogy egyiküket pozitívnak, a másikat negatívnak nevezzük, önkényes elfogadás. Ezek a töltések azért fontosak, mert a köztük lévő elemek kémiai kötései főleg az elektronok kölcsönhatásán keresztül következnek be.
Az atomban lévő neutronoknak nincs töltésük, de szorosan kötődnek a mag protonjaihoz, részecskéket cserélnek és egymásba fordulnak.
Az univerzum összes neutronja, protonja és elektronja teljesen egyforma és megkülönböztethetetlen. Nincs olyan, hogy oxigén proton vagy hidrogén elektron. A proton mindenhol proton, és például a kalcium nem más, mint az, hogy pontosan 20 protonja és 20 elektronja van.
A kémiai kötések könnyen felbomlanak és újra létrejönnek, mert a kémiai reakciók során csak elektronok cserélődnek ki. A kémia az elektronok tánca.
Az atommagokban lévő erők sokkal erősebbek, és a mag hasadása vagy bomlása nem kémiai reakciók, hanem más típusú interakciók révén történik, és ezeken alapulnak a radioaktív órák.
Izotópok
Mivel az elektronok tömege elhanyagolhatóan kicsi, az atom teljes tömege vagy "atomtömege" megegyezik a protonok és neutronok teljes számával.
Általában valamivel több, mint az atomszám kétszerese, mert általában több a neutron a magban, mint a proton. A protonok számától eltérően az atomban lévő neutronok száma nem egyedi jellemzője az elemnek.
Az egyes elemek atomjai különböző "variánsokkal" rendelkezhetnek, amelyeket izotópoknak neveznek, különböző neutronszámmal, de mindig azonos protonszámmal.
Egyes elemeknek, például a fluornak, csak egy természetes előfordulású izotópja van. A fluor atomszáma 9, atomtömege 19, ami egyértelművé teszi, hogy 9 protonja és 10 neutronja van. Más elemeknek több izotópja van. Összesen 5 ólom-izotóp van. Ugyanannyi protonjuk (és elektronuk) van - 82, ami az ólom atomszáma, de más atomazájuk van - 202 és 208 között.
Három szén-izotóp van a természetben. A 12-es szén (12 C) a közönséges szén izotópja, ugyanannyi protonnal és neutronnal rendelkezik - 6. Van még szén-13, amelynek élettartama túl rövid az életünk számára, valamint a 14-es szén (14 C), amely ritka, de mégis elegendő ahhoz, hogy hasznos legyen a szerves minták datálásához.
Szétesnek
Nem minden izotóp stabil. Az ólom-202 instabil izotóp, és az ólom-204, -206, -207 és -208 stabil. Az "instabil" azt jelenti, hogy az atomok spontán átalakulnak másokká, kiszámítható sebességgel, bár kiszámíthatatlan pillanatban.
A bomlási sebesség kiszámíthatósága az összes radiometrikus óra alapja.
Számos típusú radioaktivitás használható datálásra - részecskék, például elektronok, positronok vagy alfa részecskék kibocsátása, spontán fúzió vagy elektron befogás.
A béta-bomlás (β-bomlás) egyfajta radioaktív bomlás, amelyet gyenge kölcsönhatások vezérelnek (lásd: "Boszonok és alapvető kölcsönhatások").
Ebben a bomlásban az atomtöltet eggyel változik, de az atomtömeg ugyanaz marad. Ebben a bomlásban a mag béta részecskét bocsát ki (elektron vagy pozitron), valamint a neutrino részecskék - elektronikus antineutrino és elektronikus neutrino.
- béta-mínusz bomlás (β -) - a sejt elektronot és antineutrinót bocsát ki.
Mikor β - bomlik, a neutron protonná alakul. Ez azt jelenti, hogy az atomtömeg ugyanaz marad (a protonok és a neutronok azonos tömegűek), és az atomszám eggyel nő, így az atom egy másik elemmé válik, egy perccel jobbra a periódusos rendszerben. Például a cézium-55 bárium-56-vá alakul.
- béta-plusz bomlás »(β +) - a mag pozitront és neutrínót bocsát ki.
Mikor β + bomlik, az ellenkezője történik - a proton neutronrá változik, de ezúttal az atomszám eggyel csökken, és az atom a bal oldali periódusos rendszer következő elemévé válik.
- elektron befogása (Az elektron befogása) a radioaktív bomlás másik formája, és ugyanolyan hatást fejt ki. A proton megfogja az egyik elektron az atomjának héjából, és neutronná alakul (neutrínót bocsát ki). Ismételten nincs változás az atomtömegben, az atomszám eggyel csökken, és a periódusos rendszer bal oldali következő elemévé válik.
- alfa-bomlás - benne az atom az úgynevezett alfa részecskéket bocsátja ki (két neutron és két proton héliummagja). Ez azt jelenti, hogy az atomtömeg négyzel, az atomszám kettővel csökken. Az atom a periódusos rendszer két cellájától balra lesz. Az alfa-bomlás egyik példája az urán-238 radioaktív izotóp (92 proton és 146 neutron) átalakulása tórium-234-vé (90 proton és 144 neutron).