Решение: Ядерные реакции в цикле углерода
Статья к заданиюРадиоуглеродный анализ для датирования археологических находок
Прочитайте текст и выполните задания.
Радиоуглеродный анализ для датирования археологических находок
Когда мы слышим об археологических находках, у многих возникает вопрос: каким образом учёные определяют возраст артефактов? На самом деле используются различные методы датирования.
Радиоуглеродный анализ – один из видов радиоизотопного датирования, который определяет возраст органических материалов с помощью измерения содержания в них радиоактивного изотопа углерода C14.
В атмосфере присутствуют три изотопа углерода: стабильные С12 (около 98,89%) и С13 (около 1,11%), а также микроскопическое количество радиоактивного изотопа С14 (0,0000000001%). Изотоп С14 образуется в процессе бомбардировки атмосферы космическими лучами как результат следующей реакции:
¹⁴₇N + ¹₀n → ¹⁴₆C + ¹₁p
В организмах всех живых существ отношение изотопов С12 и С14 равно атмосферному отношению этих изотопов в их географическом регионе и поддерживается скоростью их метаболизма. Однако после смерти организмы перестают накапливать углерод, и содержание изотопа С14 с этого момента уменьшается в результате радиоактивного бета-распада, период которого составляет 5730 лет:
¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰₋₁e + νₑ
Таким образом, поскольку первоначальное отношение изотопов С12 и С14 является геологической постоянной, возраст образца можно определить, измерив количество остаточного изотопа С14. К примеру, через В этом заключается основной принцип радиоуглеродной датировки как инструмента археологии. Радиоактивный углерод абсорбируется в биосфере; он прекращает накапливаться со смертью организма и распадается с определённой скоростью, которую можно измерить.
На рисунке представлена схема цикла углерода $\mathrm{^{14}C}$ в атмосфере, гидросфере и биосфере Земли. Какие из указанных на схеме преобразований относятся к ядерным реакциям?
Решение по шагам
4 шагаЯдерная реакция сопровождается изменением состава или строения атомного ядра, иногда с превращением одного химического элемента в другой.
Бета-распад углерода-14 сопровождается превращением ядра углерода в ядро азота и испусканием электрона и антинейтрино.
$$\mathrm{^{14}_6C \rightarrow ^{14}_7N + ^0_{-1}e + \nu_e}$$При взаимодействии нейтрона с ядром азота-14 образуется ядро углерода-14 и испускается протон. Это также ядерная реакция.
$$\mathrm{^{14}_7N + ^1_0n \rightarrow ^{14}_6C + ^1_1p}$$Фотосинтез и окисление изменяют энергию и электронные связи вещества, но не состав атомных ядер, поэтому они не являются ядерными реакциями.
Где здесь ошибаются
Считать любую реакцию с радиоактивным веществом ядерной, включая его химическое окисление.
Не отличать фотосинтез от ядерного превращения.
Выбрать только бета-распад и пропустить реакцию образования углерода-14.