Johannes Frank Philipp Ortmayr

1. Johannes Frank Philipp Ortmayr HLUW Yspertal, 3A, 2008

2. Wie entsteht 14C? • Durch ständige Kernreaktionen in der Atmosphäre. • Kosmische Strahlung trifft auf die Atmosphäre, dabei werden Neutronen freigesetzt. • Trifft ein Neutron auf ein 14N Atom, dann kann es zu einer Kernreaktion kommen, bei der 14C entsteht.

3. Schema der 14C –Entstehung • Lebewesen nehmen Zeit ihres Lebens 14C auf und so ändert sich die Konzentration in der Luft im Vergleich zu 12C nicht. • Beim Absterben ändert sich das Verhältnis durch Zerfall von 14C. • Ermöglicht Altersbestimmung

4. Der Zerfall der 14C - Atome Während 12C und 13C stabil sind, zerfällt 14C mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren durch Beta minus – Zerfall zu 14N – Kernen:

5. Worauf beruht die 14C-Methode? • Zerfall von 14C nach dem Absterben der organischen Substanz • Veränderung im Verhältnis von 14C zu 12C • Messung dieser Veränderung • genaue Altersbestimmung kohlenstoffhaltiger organischer Substanzen, die bis ca. 50.000 Jahre alt sind.

6. Wie läuft die Messung ab? • Zuerst muss die Probe zu reinem Kohlenstoff reduziert werden. • Der reine Kohlenstoff wird mit Chemikalien versetzt und in einem Ofen erhitzt. • Danach kann mit verschiedenen Methoden weiter gearbeitet werden.

7. Die Zählrohrmethode nach Libby • Probe wird verbrannt, CO2in ein isoliertes Zählrohr • Zählrohr misst Zerfälle im Inneren des Rohrs • Nachteil: Nur sehr wenige Zerfälle • Funktioniert nur bei Proben, jünger als 55.000 Jahre

8. AMS Methode(Accelerator Mass Spectrometry = Beschleuniger-Massenspektrometrie) • Messung in wesentlich kürzerer Zeit. • Es reichen schon winzige Probenmengen (etwa 1 mg), • um eine Altersbestimmung durchführen zu können. Zusammenstellung als Information aus der Internetseite: www.c14methode.de.vu , die von Stefan Enzendorfer, Mitarbeiter des C14 Institutes in Erlangen, Deutschland, erstellt wurde.

9. Aufbau einer AMS Anlage stark vereinfacht Bild ausupload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/c/cc/AMS-Anlage.png/700px-AMS-Anlage.png

10. Die Ionenpumpe In einer Ionenquelle werden die Atome durch Beschuss mit Cäsium-Ionen ionisiert. Die Atome bekommen eine negative Ladung. Stickstoff (N-14) kann keine negative Ladung annehmen. Somit wird eine Beeinträchtigung der C-14 Messung durch N-14 ausgeschlossen. Die Ionen Pumpe (Quelle) die diesen Schritt erledigt:

11. Tandem Beschleuniger Im Inneren des Tandembeschleunigers wird eine positive Spannung von mehreren Millionen Volt erzeugt. Die positiv geladene Anode (Terminal), eine dünne Folie im Inneren des Tandembeschleunigers, zieht die negativ geladenen Ionen mit extremer Geschwindigkeit an. Aufgrund des großen Ladungsunter- schiedes geben sie beim Durchdringen der Folie soviel Elektronen an die Anode ab, dass positiv geladene Kationen entstehen. Die "umgeladenen" Ionen werden vom Terminal mit hoher Energie abgestoßen. Hier ein solcher Tandembeschleuniger:

12. Massenspektometer Die Teilchen in einem Magnetfeld werden je nach Masse unterschiedlich stark abgelenkt. wesentliche höhere Energie durch Tandem die Sortierung viel genauer, als beim herkömmlichen Massenspektrometer. Teilchen in Ionensammlern aufgefangen  elektrischer Impuls. Die Daten werden an die Computer im Kontrollraum weitergeleitet und ausgewertet. Man misst also direkt die Anzahl der C-12, C-13 und C-14 Atome, und kann daraus das Alter der Probe berechnen.

13. Beschreibung des 14C-Zerfalls • Der Zerfall von 14C kann mathematisch durchExponentialfunktionen beschreiben werden • Exponentialfunktionen haben eine Variable in der Hochzahl. • Es gibt viele verschiedene Exponentialfunktionen besonders wichtig sind jene auf der Basis e. • e = 2,71828.. die Euler‘sche Zahl

14. Die Zerfalls-Grundannahmen: • Beim Absterben – also zum Zeitpunkt t = 0 – seien N014C-Atome in der Substanz vorhanden • Nach t = 5730 Jahren sind es N0 / 2 Atome • Wir setzen eine allgemeine Exponentialfunktion an: N(t) = N0. e kt

15. Die Zerfallskonstante von 14C Aus den genannten Grundannahmen berechnen wir die Abklingkonstante k: N0 / 2 = N0 • e k • 5730 |:N0 | ln ln ( ½) = 5730 k |:5730 k = - 0,000121

16. Zerfallskurve von 14C N(t) = N0 . e -0,000121 tin Prozent ausgedrückt: N0 = 100 %,  folgende Grafik:

17. Die Altersbestimmung Wir haben eine Probe ausgemessen und festgestellt, dass das Verhältnis von 14C / 12 C 74,3% beträgt. Dies ergibt die Rechnung:74,3 = 100 • e -0,000121 • t | : 100 |ln ln 0,743 = - 0,000121 t |: (-0,000121) t = 2455 Jahre Die zu bestimmende Probe ist 2455 Jahre alt.

18. Beispiele der C-14-Messung Datierung von Skelettfunden Leitfossilien und Gesteinsschichten Fossile Bäume und historische Hölzer