神奇的微觀世界——C14定年 云室 核連鎖反應(yīng)
作者： ${content.author} 時間：2022-08-29 瀏覽量：23,796同學(xué)們大家好，歡迎來到今天的趣味課堂！
同學(xué)們是否記得，去年有一個大新聞引起了全世界的關(guān)注，那就是我國三星堆再次出土了大量文物，近考古學(xué)家檢測，三星堆大約是3000多年前的商代晚期。這對于三星堆文化的了解將具有重大的意義。不過有沒有人好奇過，考古學(xué)家是如何測定三星堆文物的具體年代的呢？大家注意到?jīng)]有，新聞中提到一個詞啊，叫碳14定年法！這又是什么意思呢？今天咱們就來借助科技館幾個展品了解一下。
碳14定年法，是一種考古學(xué)中很常用的年代測定方法。那同學(xué)們，我問大家一個問題，元素周期表中碳元素是幾號元素？是的，它是6號元素，那6又代表著什么呢？
這位同學(xué)們說的不錯，碳元素的原子核中有6個質(zhì)子，同時他還包含6個中子，加起來就12，所以我們稱其為碳12。我們今天要介紹的碳14是碳12的同位素。那什么是同位素呢？
剛才我們講過，碳元素有6個質(zhì)子，質(zhì)子數(shù)代表了元素的種類，但中子數(shù)并一定相同，我們管這種質(zhì)子數(shù)相同，但中子數(shù)不同的元素稱為同位素，它們都是碳元素。
碳元素主要有三種同位素，分別是碳12、碳13和碳14其中。碳12和碳13是穩(wěn)定同位素，碳12的占比最多，達(dá)到了%98.93左右。所以，自然界當(dāng)中的碳主要都是由碳12構(gòu)成的。
不過自然界當(dāng)中啊，碳元素還有少量的碳14，而碳14是一種不穩(wěn)定同位素，具有天然放射性。
放射性就是說碳14它會自發(fā)的發(fā)生衰變，釋放出一個電子和一個中微子，然后變成一個穩(wěn)定的氮14。生物體在新陳代謝過程中的都會攝入碳14，生物體死亡后碳14含量不會增加，我們可以根據(jù)生物體內(nèi)殘存的碳14的半衰期判斷它的年齡。同時文物由于深埋地下，不會受到外界的影響，碳14含量不會增加，也可通過碳14 含量測定年代。
很神奇吧！
這位同學(xué)問，什么是半衰期？
碳14具有輻射性，它們隨著自身的輻射，釋放出自身的多余能量，慢慢變成另一種元素，氮14。而且碳14它的半衰期也比較長，大概是5730年。也就是說，過了5730年左右，自然界的這個碳14會有一半發(fā)生衰變，然后再過5730年左右呢，又會摔變一半，那就剩下1/4了，然后再過5730年左右就就剩下1/8了，這就是半衰期。
那問題來了，地球的年齡已經(jīng)40多億年了，碳14肯定早也就衰變沒了，那為什么現(xiàn)在的自然界還有碳14呢？文物中的碳14為何還存在呢？
這是因為碳14還有一個產(chǎn)生的來源啊，就是宇宙射線。
宇宙中的天體無時無刻進(jìn)行這核聚變，不僅釋放著巨大的光和熱，同時會產(chǎn)生大量的帶電粒子。帶電粒子轟擊大氣層的粒子，就會產(chǎn)生更多的不穩(wěn)定的碳14。
其實這些宇宙射線就是我們常說的輻射。大部分輻射被地磁場屏蔽或被大氣吸收，并不會威脅到我們的健康。為了研究宇宙射線或輻射，科學(xué)家還發(fā)明了一種神奇的工具，叫云室。
大家看，這就是云室，它是1869年，由英國科學(xué)家威爾遜發(fā)明，所以也叫威爾遜云室。里面充滿了過飽和水蒸氣，高能粒子引起的離子在蒸汽中形成凝結(jié)中心，圍繞了離子就形成小水滴，于是離子經(jīng)過地方就形成白色的云霧，我們通過玻璃罩，借助適當(dāng)?shù)恼彰骶涂吹搅Ｗ拥倪\動軌跡。
在微觀世界里，粒子的撞擊會不斷產(chǎn)生新的奇異粒子，科學(xué)家通過研究這些自然現(xiàn)象來了解我們宇宙的演化。談到微觀世界，大家比較感興趣的就是原子彈。原子彈也是通過微觀粒子的撞擊來實現(xiàn)的劇烈反應(yīng)。
比如我身邊這件展項叫核連鎖反應(yīng)。這位同學(xué)，你來試試，請將乒乓球放入口中觀察現(xiàn)象。
這位同學(xué)說里面瞬間沸騰了，乒乓球接二連三的蹦了起來。這就是1938年，德國物理學(xué)家奧托·哈恩發(fā)現(xiàn)的重核元素在熱中子的轟擊下會發(fā)生的裂變現(xiàn)象，原子核變成了兩個新元素，并釋放出能量。
核裂變只有一些質(zhì)量非常大的原子核才能發(fā)生核裂變，如鈾、釷等。原子核在發(fā)生核裂變時，釋放出巨大的能量，以及2-3個中子，中子又會撞擊其他原子核，發(fā)現(xiàn)連鎖反應(yīng)，就是玻璃柜里的乒乓球一樣。1克鈾235完全發(fā)生核裂變后放出的能量相當(dāng)于燃燒2.5噸煤所產(chǎn)生的能量。核裂變的發(fā)現(xiàn)是近代科學(xué)史上的一次突破，開創(chuàng)了人類利用原子能的新紀(jì)元。
原子能時代的到來，不僅開創(chuàng)了新紀(jì)元，同時科學(xué)學(xué)家也發(fā)現(xiàn)核能讓地球上的碳14增加了。大約從1950年開始，地球上的碳14的含量突然就升高了很多。然后從1965年開始呢，又驟然下降了，就是因為這段時間地球上經(jīng)歷了核試驗。
人們估算，從1950年到1963年期間，由于各國的核實驗。導(dǎo)致地球上的這個放射性元素單單是碳14就增加了好幾噸，所以碳14的這個含量一下它就上來了。而在1963年，國際上簽署了部分禁止核實驗條約，禁止了除了地下以外的一切的核實驗，于是我們就發(fā)現(xiàn)碳14的這個比例就開始驟然下降。
這個現(xiàn)象很值得我們深思！因為這足以看出人類對于環(huán)境的影響。大自然創(chuàng)造了奇跡，而人類創(chuàng)造了文明，我們只有尊重自然規(guī)律才能更好保護(hù)人類的文明。
好了，本期趣味課堂就到這，感謝各位的參加，咱們下期見。
