Physikalisches: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 24. Februar 2011, 15:09 Uhr

Ziel der ¹⁴C-Methode ist es, das Alter eines Gegenstandes zu bestimmen. Diese Methode eignet sich gegenüber den anderen Datierungsmöglichkeiten besonders wegen der leichteren Durchführung und eines besseren Messergebnisses. Doch zuerst muss man wissen was C₁₄ ist.

¹⁴C ist ein Isotop des Atoms ¹²C. Es entsteht, wenn Kosmische Strahlung (Neutronen) auf die Erdatmosphäre treffen. Diese können Stickstoffisotope ¹⁴N treffen. Es gibt eine Kernreaktion in der ¹⁴N zu ¹⁴C unter Abgabe eines Protons zerfällt.

¹⁴N + N ---------> ¹⁴C+ P

N=Neutron

P=Proton

Es entsteht ein Kreislauf bei dem ¹⁴C entsteht und wieder zu Stickstoff zerfällt.

Das nun entstandene ¹⁴C ist radioaktiv und zerfällt nach einer Halbwertszeit von ca. 5730 Jahren unter Abgabe eines Elektrons (Beta-Zerfall) zu ¹⁴C.

Aufgrund von Luftströmungen verteilt sich das ¹⁴C auf der ganzen Welt. Durch die von Pflanzen betriebene Photosynthese gelangt das ¹⁴C nun in organisches Material. So nimmt auch der Mensch immer, wenn er etwas isst, einen winzig kleinen Teil ¹⁴C auf, es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen ¹²C und ¹⁴C ein.

Sobald das Lebewesen jedoch stirbt, verändert sich das Verhältnis zwischen ¹⁴C und ¹²C in seinem Körper. Da die Halbwertszeit des Kohlenstoffisotops bekannt ist, kann man nun durch Messungen der radioaktiven Zerfälle auf das Alter der Probe schließen.Mit Hilfe der Massenspektrometrie kann man aufgrund des Verhältnisses zwischen ¹²C und ¹⁴C schließen.Dies ist vor allem sinnvoll bei der Datierung von Werkstoffen ,da sich das Problem ergibt, dass man mit möglichst wenig Material eine Datierung durchführen soll.

Die Beschleuniger-Massenspektrometrie

Die Beschleuniger-Massenspektrometrie ist ein technisches Verfahren mit dem man Massen-/Isotopenverhältnisse, hier natürlich ¹⁴C, eines Werkstoffes bestimmen kann. Der Vorteil dieser Methode ist, dass man auch mit einer sehr kleinen Menge, der zu messenden Substanz, ein genaues Ergebnis erzielt.

Bei der Spektrometrie wird die zu behandelnde Substanz zunächst in kleiner Menge und in Form von ionisiertem Gas in einen Teilchenbeschleuniger gegeben. Im Beschleuniger wird die Substanz durch ein in Vakuum eingeschlossenes elektrisches Feld beschleunigt. So beschleunigt fliegen die Teilchen in einen sogenannten Massenspektrometer. Dieser besteht aus einem Magneten und einem Detektorsystem, wobei hier der Beschleuniger als Ionenquelle fungiert. Nachdem die Teilchen den Beschleuniger verlassen haben, treten diese in das Magnetfeld des Spektrometers. Dort werden die unterschiedlichen Isotope aufgrund ihrer jeweils spezifischen Flugbahn auch anders abgelenkt. Mit einem Detektor werden die Teilchenstrahlen gemessen, man kann den Stoff charakterisieren und auf den ¹⁴C-Anteil „schließen“. Abschließend wird die Messung mit vorherigen Messergebnissen verglichen und man kann auf diese Art und Weise, wie bei allen anderen Methoden, das Alter des Ausgangsstoffes bestimmen.

Im folgenden Video wird die Massenspektrometrie noch einmal bildlich dargestellt:

Die Zählrohrmethode nach Libby

Diese funktioniert so: indem die radioaktiven Zerfälle des ¹⁴C mit Hilfe eines Geiger-Müller Zählrohrs ermittelt und aufgrund der Zerfälle das Alter der Probe errechnet.

Probleme und Schwächen der Radiokohlenstoffdatierung

1. Nicht konstantes Verhältnis zwischen 12C und 14C Atome in der Atmosphäre (verursacht durch die Industrialisierung und Kernwaffentests).Dies kann zu Fehlern bei der Erechnung des korrekten Alters führen.
2. Messfehler 

Ausführung einer Altersbestimmung durch die ¹⁴C Methode.
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| Beispiel C₁₄ Methode

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