碳-14
碳元素的一种具放射性的同位素
碳-14,核素符号14C,半衰期为5.70E+03a,是碳元素的一种具有放射性的同位素。可用于标记化合物示踪,测定年代等。碳-14作为示踪剂,广泛应用于农业、化学、医学、生物学等领域,具有极高的医用价值和科研价值,主要应用包括幽门螺杆菌检测、药代动力学研究等。
名称及毒性分组
(1)中文名称:碳-14
(2)英文名称:Carbon-14
(3)核素符号:14C
(4)原子序数:6
(5)原子质量数:14.003
(6)毒性分组:气态或蒸气态的14C:中毒组气态或蒸气态的14CO2、14CO:低毒组
辐射特性
半衰期:5.70E+03a
监测方法
(1)空气中14C的分析。空气中14C以多种化学形态存在,其中最主要的是14CO2。CO2的采集主要有碱液吸收法和吸附剂吸收法,最后被捕集吸收的CO2以CaCO3沉淀析出,用乳化闪烁液的固体悬浮物测量技术在闪液计数器上直接测量出CaCO3中的14C放射性。其分析步骤详见《电离辐射环境监测与评价》《空气中14C的取样与测定方法》(EJ/T1008—1997)。核设施排出的14C除14CO2形式外,也有少量的14CO或14CH4,可通过旁路系统加催化剂将CO和/或CH4气体转变为CO2气体收集后进行测量。
(2)水样中14C(无机碳HCO3−)的分析。采样时为回收1g碳,一般至少需要采集100L以上的水样。为分析和保存,一个地表水样至少需采集200~300L。同时注意样品应密闭保存在不易混入空气中CO2的容器中(如聚乙烯塑料瓶)并尽可能减少样品的蒸发,采样时不可加酸。采集到的样品用硫酸酸化,通入高纯氮驱赶出水中的CO2收集于NaOH溶液中。再加CaCl2生成碳酸钙沉淀,将沉淀过滤并烘干称重待测量。测量方法同空气中14C的分析,用乳化闪烁液的固体悬浮物测量技术在液闪计数器上直接测量出CaCO3中的14C放射性。其分析步骤详见《电离辐射环境监测与评价》。
(3)生物与土壤中14C的分析。为分析生物与土壤的14C活度浓度,首先需将样品脱水干燥,而后将样品在氧气流中加热燃烧,使有机物分解成二氧化碳和水。分解产生的CO2气体捕集于碱溶液中,加CaCl2得到CaCO3沉淀。CaCO3粉末均匀悬浮于闪烁液中,测量计数率,计算得出样品的14C活度浓度。其分析步骤详见《电离辐射环境监测与评价》。用低本底液体闪烁计数仪测量生物样品的14C活度浓度,CO2吸收法为满足最低探测限的要求,每次分析至少需要有含1g碳的CaCO3量。因此每次至少需要处理5~10g生物干样,或50~100g鲜样。
主要来源
(1)宇宙放射性核素:14C是上层大气与宇宙射线相互作用产生的中子被14N捕获而形成的,整个地球表面的入射中子通量产生的14C原子。
(2)生产和使用(包括医用)单位发生事故时,可造成14C对局部环境的污染。
(3)核燃料循环,核反应堆和核燃料后处理厂向环境中排放14C(14CO2为主)。重水堆的14C主要来源于燃料和重水中的17O以及环隙气体中的13C、14N等成分的活化,其中以慢化剂系统和热传输系统重水中的17O(n,α)14C反应为主。
(4)大气层核试验产物,其中核聚变反应产生的14C量是核裂变反应产生的14C量的13倍。
主要用途
(1)用于标记化合物示踪。利用14C作为示踪剂,在农业、化学、医学、生物学等领域中应用十分广泛。14C的标记化合物可用于研究农作物的光合作用、含碳农药在土壤和农作物中的残留情况等;可用于识别化学反应的中间产物、研究反应动力学和反应途径、研究化学键的形成过程、确定化学键的断裂位置、研究催化剂中毒的原因等;用于诊断疾病(如14C–黄嘌呤可用于检查肝功能)和制成低能β放射源;观察标记的蛋白质、脂肪、氨基酸等在体内的代谢过程;观察标记的药物在体内的代谢行径及由体内的排除情况。
(2)利用14C测定年代。假定近十万年来宇宙射线的成分没有多大变化,那么处于交换状态的碳中的14C含量便是一个恒定值。在试验方法上,只要测出处于交换状态中的现代碳里14C的比活度S0和标本中停止了交换的古老碳里14C的比活度SA,就可以计算出标本的绝对年代。该法在考古学研究中可推算出数百年至数万年前的木科、骨骼、毛发和纤维制品等古生物样品的年代,还可广泛用于地质学、地理学、海洋学和气象学等领域中的年代研究。
发展历程
2022年4月26日下午,在位于浙江嘉兴的秦山核电站,我国首批“碳-14”批量化生产正式启动。据了解,目前我国“碳-14”的供应全部依赖进口,价格贵,而且供应得不到保障。此次秦山核电启动“碳-14”批量化生产,产量将完全满足国内需求,彻底解决我国“碳-14”自主供给严重短缺的问题,同时还将有力带动我国同位素应用产业链的发展。
2022年10月,中核秦山同位素生产基地建设项目开工建设,规划建设五条同位素生产线,其中包括“碳-14”。
2024年4月20日,碳14靶件从秦山核电重水堆机组中成功抽出,这是中国首次利用核电商用堆批量生产碳14同位素,中国也从此彻底破解了国内碳14同位素依赖进口的难题,实现碳14供应全面国产化。
社会影响
2022年9月21日,国家原子能机构在北京发布核技术应用领域十件大事,其中包括碳-14同位素生产取得重大进展。
最新修订时间:2024-09-07 20:25
目录
概述
名称及毒性分组
辐射特性
监测方法
参考资料