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用C-14含量监测太阳活动历史

已有 2458 次阅读 2012-3-19 02:51 |个人分类:专业知识|系统分类:科研笔记

今天值夜班。值中班的是来自名古屋大学的增田公明准教授。交接班的时候和他闲聊,了解到可以用C-14含量监测太阳活动历史。原理其实很简单。太阳活动强的年份,其磁场强度大,宇宙线集中进入到太阳附近的区域,到达地球的宇宙线减少。C-14是由宇宙线轰击外层大气,主要通过反应N-14(n,p)C-14生成的。 宇宙线减少,其产量也减小。大气中的二氧化碳通过光合作用被树木吸收,C-14被保留在年轮中。通过测量百年老树年轮中C-14的含量,太阳活动历史也被间接测量了。

C-14的含量非常小,大约每一兆碳原子中有一个C-14。年轮中C-14含量的波动也很小,大约在千分之二左右。这样细微的总量和波动需要通过加速器质谱仪来测量。不到一克的样本燃烧后,其中的C-14变成二氧化碳气体后被输入到仪器中离子化,再通过加速器加速,然后用质谱仪和C-12,C-13分离开来测量。名古屋大学的加速器质谱仪能达到这样的精度。这也是为什么XMASS找增田公明测量我们探测器组分中C-14的含量。C-14通过beta衰变又变回N-14。其半衰期为5730年。释放的电子能量最高为156keV。如果大量存在的话,会成为我们实验的本底之一。

C-14最有名的应用可能要数C-14测年。C-14测年的一个前提就是C-14的产量不随时间变化。通过前面的描述可知,这个假设只是一个近似。

1955年后,世界各国地面核试验释放了大量C-14到空气中。其含量在1965年前后到达峰值,是自然含量的2倍左右。其后逐年衰减。在这之后,利用C-14含量监测太阳活动就不可能了。不过wikipedia上提到了另外一个有意思的应用,通过测量牙齿和眼球里C-14的含量,一个人的出生年份可以被推算出来——1955年后的警察叔叔们有福了。


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1 夏新宇

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