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'''放射性碳定年法'''（{{lang-en|Radiocarbon dating}}），又稱'''碳測年'''（{{lang|en|carbon dating}}）、'''碳十四定年法'''（{{lang|en|carbon-14 dating}}），是利用自然存在的[[碳-14]][[同位素]]的[[放射性定年法]]，用以确定原先存活的动物和植物的年龄的一种方法，可測定早至五萬年前含碳[[有機化學|有機物質]](也可以來測無機物質，只是大部分不會)的年代。對於[[考古學]]與晚[[第四紀]]地質研究来讲，這是一個準確的定年法技術。<ref name=":1">{{Cite web|title=Radiocarbon Dating|url=https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/radiocarbon-dating.html|accessdate=2019-08-04|work=American Chemical Society|language=en}}</ref>

[[威拉得·利比]]于1940年代在美国[[芝加哥大学]]发明了放射性碳定年法，并于1960年获得[[诺贝尔化学奖]]。<ref name=":1" /><ref name=":2">{{Cite web|title=UChicago site of radiocarbon dating discovery named historic landmark|url=https://news.uchicago.edu/story/uchicago-site-radiocarbon-dating-discovery-named-historic-landmark|accessdate=2019-08-04|work=University of Chicago News|language=en}}</ref><ref name=":0">{{Cite web|title=The Nobel Prize in Chemistry 1960|url=https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1960/libby/biographical/|accessdate=2019-08-04|work=NobelPrize.org|language=en-US}}</ref>

== 历史背景 ==
1939年，Martin Kamen和Samuel Ruben在美国[[劳伦斯伯克利国家实验室]]发现[[碳14]]（放射性碳）。<ref>{{Cite web|title=An Historical Perspective on the Lab's Legacy: A Year-Long Series in The View: Part Two|url=https://www2.lbl.gov/Publications/75th/files/04-lab-history-pt-2.html|accessdate=2019-08-04|work=www2.lbl.gov}}</ref>

1945年，[[威拉得·利比]]在[[芝加哥大学]]开始了对放射性碳的研究，并于1946-47年发表数篇论文提出了放射性碳定年法。<ref name=":1" /><ref name=":2" /> 1960年，利比因此獲得諾貝爾化学奖。<ref name=":0" />

== 基礎 ==
碳以同位素混合物形式存在于大气和所有生命组织中（在组织存活时期混合物的比例为恒定）。碳有兩個穩定同位素：碳-12（<sup>12</sup>C）和碳-13（<sup>13</sup>C）。除此之外，還有一些微量的不穩定（[[放射性]]）同位素：[[碳-14]]（<sup>14</sup>C）。<sup>14</sup>C的[[半衰期]]为5730年，因此它要用很長的時間才可完全消失，当（动物或植物）组织死亡后，由于碳-14會经历衰变，其比例就会降低，于是死亡样品的年龄可以通过测量样品的碳-14含量来确定。碳-14是放射性的，它的形成是由於[[宇宙射線]]撞擊在[[地球]][[大氣層]]中[[氮]]的隨機反應。當宇宙射線進入大氣層，它們經過數重轉化，包括[[中子]]的形成。這些中子撞擊氮-14原子會有以下的反應：

:<math>{}_0^1\mathrm{n}\;+\;{}_7^{14}\mathrm{N}\; \to \;{}_6^{14}\mathrm{C}\;+ \;{}_1^1\mathrm{H}</math>

碳-14主要在30,000-50,000呎高空和較高的[[緯度]]形成，經由大氣循環平均分佈於大氣之中，並且与[[氧]]進行反應而形成[[二氧化碳]]。透過大氣與海水間的氣體交換，二氧化碳亦會溶解於水體之中。由於假設在一段長時間之中，宇宙射綫[[通量]]（{{lang|en|flux}}）是均等的，故可假設碳-14是均速形成的；因此，在地球大氣層和海洋中放射性與非放射性的碳的比例是固定的：約為1 ppt（part per trillion，1兆分之1：每一摩爾六千億原子）。

[[植物]]進行[[光合作用]]吸入大氣層中的二氧化碳，然後又被動物進食，故此所有生物都固定地與大自然交流著<sup>14</sup>C，直至它們死亡。一旦死亡之後，這個交流就會停止，<sup>14</sup>C的含量就會透過[[放射性衰变|放射衰變]]逐步減少。這個衰變可以用來計量一個已死的生物的死亡時間。

傳統的<sup>14</sup>C測定是藉由數出個別碳[[原子]]的放射衰變數量（見[[液相閃爍計數]]）而測定放射性碳元素的含量。然而此種測量方式較不靈敏且受制於統計[[誤差]]的干擾，舉例來說，在開始的時候已並不多的<sup>14</sup>C，由於其半衰期很長，故短時間內很少原子會發生衰變，所以探測衰變量變得相當困難（例：剛死去時的衰變為4原子/秒·摩爾，10000年後衰變為1原子/秒·摩爾)。因此使用傳統閃爍記數方式的<sup>14</sup>C定年需要較多的樣本與測定時間。

利用加速器[[質譜儀]]（AMS）的技術，<sup>14</sup>C可以直接數出，靈敏度和敏感度因而大大提升。粗略的放射性碳定年通常以'''B.P.'''（'''before present'''）來表示。BP就是從1950年起以前的放射性碳年數。這是一個名義上於1950年<sup>14</sup>C在大氣層水平（假定這個水平不變：見下文“校準”）。

放射性碳實驗報告會是一個不肯定的數字，如3000±30BP指出一個標準偏差為30放射性碳年。傳統地這個誤差只包括統計數量的不確定，但一些實驗室會提供一個“誤差乘數（暫譯：error multiplier）”，將這個數字乘不確定的數量就可計算出其他於測量中所出現的誤差。

== 利比半衰期和劍橋半衰期 ==

碳定年法係由一支由[[威拉得·利比]]帶領的隊伍發展的。原本人們用的碳-14半衰期是5568±30年。這個就是“利比半衰期（暫譯：Libby half-life）”。其後量度出一個更準確的“劍橋半衰期（暫譯：Cambridge half-life）”為5730±40年。然而實驗室繼續利用利比的數字來避免混淆。一個由利比的數字來得出定年可藉由乘以一個比例（約為1.03）校準，但這並不是必須的，因為這可由現代的校準曲線來調校。

== 校準 ==
放射性碳實驗報告所得出之年代並無法直接反映樣本的生成年代。由於現實環境中宇宙射線的通量並不是一個恆定的值，因此每一個時期內大氣中的<sup>14</sup>C含量並不固定。因此要讓測定年代能準確的對應到樣本的可能生成年代，必須對測定年代使用校準曲線進行校準，以推測其可能形成之時間。<sup>14</sup>C校準曲線是由已知年代之樣本與測定年代相對應而建立的。對於陸地樣本而言，目前所通用的校準年代係透過現生與化石樹木之樹輪測定而校準的。對於海洋樣本而言，由於洋流作用之關係，<sup>14</sup>C的含量平衡速率較慢，因此校準年代遠較陸地樣本困難。現今海洋樣本的校正曲線係透過已知年代的現生與化石珊瑚測定而成，另外在不同的地方另需要考慮洋流作用與區域環境的額外影響。

== 参考资料 ==
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== 外部連結 ==
* [https://web.archive.org/web/20140621031305/http://www.calpal.de/ CalPal - Cologne Radiocarbon Calibration & Paleoclimate Research Package with online manual.]
* [http://www.calpal-online.de CalPal - Online Radiocarbon Calibration]
* [http://www.rlaha.ox.ac.uk/O/oxcal.php OxCal program for calibration]
* [http://www.rlaha.ox.ac.uk/O/calibration.php Layman's explanation of how calibration curves are made]
* [https://web.archive.org/web/20070531121105/http://www.radiocarbon.org/ Radiocarbon - The main international journal of record for research articles and date lists relevant to 14C]
* [http://www.informath.org/Basic14C.pdf Further basic information on radiocarbon dating]（PDF）

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