LK Physik 13 Kernphysik - am Werdenfels-Gymnasium
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KAPITEL 3. STATISTISCHE BESCHREIBUNG DES RADIOAKTIVEN ZERFALLS 28<br />
Durch kosmische Höhenstrahlung werden in der Atmosphäre freie Neutronen produziert, die sich<br />
mit Stickstoff zu 14 C verbinden:<br />
Der Zerfall<br />
14<br />
7N + 1 0n → 14 6C + 1 1p (3.4.1)<br />
14<br />
6C β−<br />
→ 14 7N (3.4.2)<br />
hat die Halbwertszeit t 1 = 5730 a. Ist die Intensität der Höhenstrahlung konstant, dann stellt sich<br />
2<br />
mit der Zeit ein konstantes Verhältnis von 14C zu 12C-Isotopen ein (radioaktives Gleichgewicht!).<br />
Im Jahre 1950 betrug dieses Verhältnis in lebendem Gewebe<br />
k0 = NC14<br />
NC12<br />
= 1, 18 · 10 −12<br />
(3.4.3)<br />
Im toten Gewebe findet kein Austausch mit dem CO2 der Luft statt und das 14 C wird immer<br />
weniger. Das Verhältnis k = NC14<br />
NC12<br />
skopie bestimmt (siehe Abb.3.4.1):<br />
Der chemisch extrahierte Kohlenstoff wird mit<br />
Cäsiumionen beschossen. Dabei treten einfach<br />
negativ geladene Kohlenstoffionen aus, die be-<br />
schleunigt und dann in ein Magnetfeld geschos-<br />
PSfrag replacements<br />
sen werden. Richtig plazierte Zähler bestimmen<br />
dann das gesuchte Verhältnis k. Aus dem Zer-<br />
fallsgesetz für die Zahl der 14 C-Kerne folgt nach<br />
Division durch NC12<br />
−λ t<br />
k(t) = k0 · e<br />
einer toten Probe wird im Allgemeinen durch Massenspektro-<br />
(3.4.4)<br />
und daraus die Zeit t vom Absterben der Probe<br />
bis zur Messung.<br />
Basierend auf den unterschiedlichen, witterungsbedingten<br />
Breiten der Jahresringe von Bäumen stehen genau datierte<br />
Holzproben der letzten zehntausend Jahre zur Verfügung.<br />
PSfrag replacements<br />
Eine genaue Untersuchung dieser Holzproben ergab, dass<br />
k0 nicht konstant ist, sondern bis zu 10 % vom Wert aus<br />
(3.4.3) abweicht. Ursache dafür sind langs<strong>am</strong>e Schwankun-<br />
gen des Erdmagnetfeldes, das als Schutzschild für kosmische<br />
Strahlen dient und kurzfristige Schwankungen der Sonnen-<br />
aktivität. Aufgrund der oberirdischen Kernwaffenversuche<br />
gab<br />
B<br />
Beschleuniger<br />
Cs-Ionen<br />
12 C<br />
Zähler<br />
Abb.3.4.1 Messung von k(t) = NC14<br />
NC12<br />
Überlappung<br />
14 C<br />
Baum1<br />
Baum2<br />
Abb.3.4.2 Dendrochronologie<br />
es in den Sechzigerjahren fast eine Verdopplung des 1950-er Standardwertes von k0, die durch<br />
Tschernobyl verursachten Abweichungen sind noch viel dr<strong>am</strong>atischer, was künftigen Generatio-<br />
nen die Anwendung der 14 C-Methode wegen Mehrfachlösungen praktisch unmöglich macht.