放射性 炭素 年代 測定法 (放射性炭素年代測定法, 英語 : radiocarbon dating )은 炭素化合物 中의 炭素 의 極히 一部에 包含된 放射性 同位 元素 人 炭素-14 ( ¹⁴ C)의 造成費를 測定하여 그 만들어진 年代를 推定하는 放射能 連帶 測定 의 한 方法이다. 簡單하게 炭素年代測定 이라고도 부른다.

炭素年代測定이 가장 많이 使用되는 對象은 有機物 이 包含되어 있는 考古學 遺物 이다. 待機 中의 炭素-14 比率은 日程 ^[4] 했다고 알려져 있고 植物 은 光合成 , 動物 은 呼吸 을 통해 大氣中에 있는 炭素를 주고 받기 때문에, 살아 있는 動物과 植物이 가지고 있는 炭素-14의 比率은 空氣 中의 比率과 一致한다. 死後에는 外部와 隔離된 狀態에서 炭素-14萬이 放射性 으로 時間에 따라 減少하므로 半減期 를 통해 經過時間 推定이 可能해진다.

炭素-14의 半減期는 約 5730年이며, 이를 利用하여 6萬年까지의 連帶를 測定할 수 있다. 補正(calibration)을 거치지 않은 純 連帶에 對해 흔히 1950年 을 基準으로 거꾸로 올라가는 BP(Before Present)라는 單位를 쓰며, 補正을 통해 實際의 날짜와 一致시킨다. 1950年을 基準으로 삼는 것은 核實驗에 依해 大氣中 炭素-14의 量이 人爲的으로 變化한 時點이 1950年이기 때문이다. 補正에 있어서는 一般的으로 매우 오랫동안 살아있는 나무를 利用한다. 나무는 나이테 分析을 통해 그 나이를 正確히 알 수 있기 때문이다.

이 技術은 시카고 大學校 의 윌러드 리비 (Willard Libby)와 그의 同僚들이 1949年에 發見하였다. 리비는 炭素-14를 利用하면 1分에 單位 그램 黨 14個의 ¹⁴ C가 崩壞한다는 結果를 얻었고, 이로 因해 1960年 노벨 化學賞 을 받게 되었다. ^[5]

方法 [ 編輯 ]

炭素-14의 孃을 實驗的으로 測定하는 方法으로 放射線 計測法과 加速器 質量 分析法이 利用된다.

베타係數法 [ 編輯 ]

放射線 計測法, 또는 베타繼受法은 試料 속에 包含된 炭素-14街 베타 崩壞 를 일으키며 放出하는 電子의 數를 精密 測定하여 炭素-14의 孃을 逆算하는 方法이다. 베타繼受法은 機體 比例 係數法(Gas proportional counting)과 液體 閃光 檢出法(Liquid scintillation counting) 두 가지 方法이 있다. 이 方法은 炭素-14의 半減期가 相對的으로 길기 때문에 적은 數의 電子만을 觀察할 수 있고, 이에 따라 相對的으로 큰 統計的 誤差를 發生시킨다. ^[5]

質量分析法 [ 編輯 ]

이에 비해 加速器 質量 分析法은 매우 적은 量의 試料로도 炭素-14의 比率을 正確히 알 수 있다. 加速器 質量 分析法은 試料속의 炭素 原子를 이온化 시킨 後, 粒子 加速器로 加速한다. 가속된 이온을 磁氣場을 通過 시키면 그 質量에 따라 다른 軌跡을 보이는데, 이를 통해 炭素-14와 다른 炭素 同位元素를 區分할 수 있다. ^{[6] [5]}

베타係數法에 對한 質量分析法의 長點으로는 昆蟲의 一部 ^[7] 와 같은 매우 적은 量의 試料로도 連帶測定이 可能하고 效率性도 높다. 短點으로는 費用이 높다. ^[5]

複數의 實驗室에서 遂行된 連帶 測定 結果 베타係數法(氣體 比例 係數法, 液體 閃光 檢出法)과 質量分析法 間에는 큰 差異가 없다. ^{[8] [9]}

放射性 炭素 年代 測定의 誤差 [ 編輯 ]

汚染 [ 編輯 ]

試料에 더 오래되거나 새로운 炭素가 添加되어 連帶 測定에 誤差가 發生할 수 있다. 例를 들어, 乾燥 試料 1mg에 0.1mg의 現代 炭素가 添加되면 約 2100~2700年의 誤差가 發生할 수 있다. 汚染은 試料 採取 途中 或은 實驗室에서도 發生할 수 있다. 이러한 汚染을 除去하기 위해 物理的, 化學的 前處理 過程을 遂行한다. ^{[10] [5]}

海洋 [ 編輯 ]

炭素-14街 包含된 二酸化炭素는 炭酸鹽의 形態로 海水에 混合된다. 上層部의 海水가 沈降하면 海水가 겉보기 連帶(Apparent age)를 갖게 된다. ^[5] 이 年齡 效果는 印度洋 北部에서 30年 ^[11] , 太平洋 赤道 地域에서 600年 ^[12] 等으로 報告되어 있다.

炭素-14 變動 [ 編輯 ]

炭素-14 生産量은 長期 或은 短期的으로 變動한다. 實際로 待機 中 炭素-14의 큰 變異가 25,000 yr BP 以前에 發生했다는 것이 發見되었으며 ^[13] 이는 3~5萬 年 前의 連帶 測定에 問題가 되었다. ^[14] 炭素-14 變動의 原因으로는 地球 磁氣場의 變化나 太陽 黑點 活動 變化로 인해 宇宙船 流入이 變動하거나 ^[15] 海洋 循環 패턴의 變化로 海洋 二酸化炭素가 大氣로 放出되는 量의 增加나 減少된다는 假說이 있다. ^[16]

人間의 活動 또한 炭素-14 濃度에 影響을 준다. 産業 革命 以後 지난 250年間 化石燃料 使用으로 大量의 炭素-12街 大氣 中에 放出되었으며 이는 炭素-14 濃度를 낮추는 效果를 가져왔다. 그러나 이 産業效果는 1960年代 待機 中 炭素-14의 濃度를 증가시킨 原子爆彈 實驗으로 相殺되었다. ^{[5] [17]}

湖水 堆積物 [ 編輯 ]

湖水 堆積物은 汚染이 쉽게 되어 信賴할 만한 連帶를 얻기 어렵다. 炭酸鹽(主로 石灰巖 )을 包含한 湖水는 물의 炭素-14 濃度를 稀釋시켜 淡水湖 物質의 겉보기 連帶를 1600年 程度 增加시킨다. ^[18]

같이 보기 [ 編輯 ]

• 炭素 同位 元素
• 칼륨-아르곤 連帶 測定
• 아르곤-아르곤 連帶 測定
• ESR 年代측정法
• 連帶 測定
• BP (考古學)

各州 [ 編輯 ]