炭素-14は炭素の放射性同位体であり、 14 C で示されます。
その唯一の崩壊様式は、156 keV のベータ粒子の放出による14 N 窒素への変換です。放射性半減期は 5730 年 (+/- 40 年) です。炭素 14 は長い間、用途のある唯一の炭素放射性同位体です。このため、それは放射性炭素と呼ばれました。
アプリケーション
- 炭素14年代測定
- 生物学的トレーサー
発見
炭素 14 は、1940 年 2 月 27 日に カリフォルニア大学バークレー校の放射線研究所のマーティン・カメンと化学科のサミュエル・ルーベンによって発見されました。
1934 年という早い時期に、エール大学のフランツ・クリエは炭素 14 の存在を示唆し、窒素が高速中性子にさらされると、ウィルソン霧箱の中に太い痕跡が残るのではなく、長くて細い痕跡が生成されることを観察しました。アルファ粒子。 1936 年にはすでに、高速中性子が窒素と反応してホウ素を生成し、低速中性子が窒素と反応して炭素 14 を形成することが確立されました。これは、炭素 14 の「物理的な意味での発見」に相当します。 「化学的意味」、つまり、活性を測定できるのに十分な量の化学物質の生産。
カーメンとルーベンは、光合成中の二酸化炭素固定の初期生成物を決定することを目的として、生物学的トレーサーに関する学際的な研究に協力しています。炭素 11 をトレーサーとして使用することは、半減期が短い (21 分) ため非常に困難です。しかし、ルーベンは光合成を研究する技術を開発しようとしている。彼は炭素11を含む二酸化炭素の存在下で植物を育て、それを枯らし、放射能が検出できなくなる前にその化学成分を分離して分析し、どの成分に炭素11が含まれているかを調べる。トレーサー。この技術の失敗により、より長い半減期を持つ別の放射性同位体である炭素 14 の探索が刺激されました。
放射線研究所の主な資金源の 1 つは、生物医学研究のためのサイクロトロンでの放射性同位体の製造です。 1939年末、放射線研究所所長のアーネスト・オーランド・ローレンスは、生物学的トレーサーとして放射性同位体に代わる炭素 13、窒素 15、酸素 18などの希少な安定同位体との競合を懸念していました。これにより、カーメンとルーベンは 37 インチおよび 60 インチのサイクロトロンに無制限にアクセスでき、有機化合物に含まれる主要元素（水素、炭素、窒素、酸素）の放射性半減期がより長い放射性同位体を探すことができます。
この体系的な研究キャンペーンは炭素から始まります。カメンとルーベンはグラファイトに重陽子（重水素原子核）を衝突させます。彼らが1940年2月27日に測定した低い放射能は、バックグラウンドノイズの約4倍であり、理論で予測されていたものよりもはるかに長い（数千年）放射性半減期を持つ炭素14の存在を裏付けるものである。 。この放射性半減期が長く、したがって炭素 14 の放射能が低いことが、炭素 14 がこれまで発見されなかった理由を説明しています。
その後、カーメンとルーベンは、低速中性子と窒素との反応により炭素 14 が生成される反応は、重陽子と炭素 13 の反応よりも生産性が大幅に高いことを発見しました。
しかし、生物学的トレーサーとしての炭素 14 の応用は、その製造コストによって依然として制限されており、利用可能な中性子源はサイクロトロンだけである。
第二次世界大戦後、グラファイトを減速材として使用する原子炉の開発により、炭素 14 の大量生産が許可され、その使用は生物医学研究のあらゆる分野に広がりました。
