木材测试仪(要检测三星堆的碳14，你知道那台检测仪有多贵吗？)

Posted 2023-05-29

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木材测试仪(要检测三星堆的碳14，你知道那台检测仪有多贵吗？)

在高层大气之中，宇宙射线轰击氮14，然后核反应产生碳14原子，而刚生成的碳14原子会跟空气中的氧原子结合成碳14的二氧化碳。

在空中的碳元素，碳12的占比高达99%，还有将近1%的是碳13，而碳14的却仅有兆分之一，也即是小数点后的十位数，且这个数是非常稳定的。

既然宇宙射线可以不停地轰击氮14，那理论上说，碳14的量就会不断的增加，所以这个碳元素的占比就会不断的提高才对的，可为什么不是这样呢？

根本原因就是碳14的不稳定了。

一种元素的不稳定可以简单的理解成，某个原子核的体量所拥有的强核力无法稳定锁住那么多中子或者质子的原因。

所以碳14的不稳定，通俗一点的理解就是碳原子的强核力最多只能稳定锁住6个质子跟6个中子的缘故。

而碳14要变得稳定，那它就得抛弃它那8个中子中的两个，也就相当于说，它本身的实力本就那么大，多养两个虽然也勉强可以，但养得越久就越觉得累，所以久而久之必然就要将能力之外的那两个给抛弃掉了。

碳14为求原子核的稳定而抛弃两个中子的行为叫衰变，它的半衰期是5730年。

比如说，1公斤的碳14，经过5730年之后就只剩半公斤了，而这所剩的半公斤，再经过5730年后，也仅剩下0.25公斤了。

总体上，宇宙射线轰击地球大气产生碳14的速度与碳14衰变的速度达到了一个平衡，所以空气中碳14与碳12的比例也就变得很稳定了。

碳14的二氧化碳跟碳12的二氧化碳的化学性质是一样的，绿色植物会通过光合作用的方式将它们吸收并转化成有机物，而这些植物，或者是吃了这些植物的动物，在活着的时候，因为它们还是一个需要与外界进行碳源交换的生命体，所以它们体内碳元素的碳14跟碳12的比值跟空气中的是完全一样的。
只有在它们死后，躯壳没有再与外界进行物质的交换，这时候碳14才会因衰变的原因而变得越来越少。

三星堆之所以能利用检测碳14的方法来判断出它们距今大约3000到3200年左右的原理就在这里了。

比如说那根被金箔包裹的权杖中的木头，还大量的象牙等，这些都是从活在当时的生命体中截取下来的部分，它们在那个年代死后开始停止了对碳14的循环，所以从那个时候开始，碳14也就因为衰变而变得越来越少了。

一般而言，碳14在碳元素中的占比本来就非常的低，再加上历史文物本就极其珍贵，那北京大学是如何在确保不损坏文物的前提下，用那极少量的文物残骸来鉴定出三星堆的年份的呢？

碳14测年法可分为常规放射性碳14测年法和加速器质谱碳14测年法这两种，不过常规碳14测年法因为需要的测试样品多，测试时间长，且准确度低的原因而逐渐的被考古学淘汰了，所以加速器质谱碳14测年法就成为了更好的选择。

如果是测试木材或者木炭的话，与传统常规碳14测年法需要至少10克样品相比，加速器质谱碳14测年法仅需要20毫克而已，而即便是含碳量不高的骨骼类物质，比如说三星堆3号坑中的象牙，那也仅需要500毫克，可这500毫克也不过就一粒花生米的重量而已。

这么低的量就能测出文物的年限，根本原因与传统间接的检测碳14原子衰变产生的β粒子不同，因为氮14不会形成负离子，所以加速质谱碳14测年法用镉离子来轰击样品，使碳原子形成负离子，先排除了与碳14的原子质量相同的氮14原子的干扰，最后再利用电场与磁场来直接检测样品中碳14的原子数量的。

因为这种检测方法的主要原理是根据不同的原子拥有着不同的原子质量数来设定的，所以经过排除了其他不同元素同位素的干扰之后，加速质谱仪不只可以直接检测出碳14的原子数量，同时也可以检测出碳13与碳12的。

而经检测得到样品中碳14跟碳12的原子数比值之后，将它与空气中的比值做对比就可以计算出碳14已经衰变的程度，并最终得到了样品的年龄。

不过样品中的碳14会因为衰变而只能变得越来越少，所以利用碳14测年法来检测样品的年龄的准确度会随着时间的拉长而变得越来越不准确。

因此碳14测年法只能用于检测5万年以内的样品，而像北京大学检测三星堆距今3000到3200年的结果，距离5万年的时间拉度还有很长的一段距离，所以它的精确度还是很可靠的。

而且，这也是目前检测三星堆年龄最佳方法了。

不过涉及到微观粒子检测的仪器一般都不会太普通。

据了解，一台可用于检测碳14的加速质谱仪的成本至少就得上千万呢？

怪不得处在四川的三星堆，样品要送到北京大学去检测了，毕竟这样的仪器可不是一般的大学或者机构能够养得起的。