利用这种到处都 存在C14的自然现象就可以用来断代。例如陆地生物、海洋生物在生命过程中由于同大气经常交换,衰变掉的C14经常能得到补充,但一旦停止了交换(如死亡、沉积),其C14就再得不到补充,C14水平因衰变而降低,每5730年降为原有水平的一半值。因此测量标本现存的C14放射性水平和它原始放射性水平相比较,就可以算出死亡或停止交换的年代,当然,几千年或几万年前处于交换状态的动植物的放射性水平是无法测知的,但若假定这种产生C14的自然现象几万年来都没有什么变化,就可以用现在世界各地处于交换平衡状态的动植物放射性水平,作为标本的原始放射性水平,即所谓“现代碳”放射性标准。
放射性衰变规律可用数学式表示,标本年代的计算公式如下:
A=τln No/NA
A: 标本年代
τ:C14平均寿命
NA:标本现有放射性
No:标本原始放射性
C14平均寿命是一个常数,由实验测定,测出No、NA即可计算出标本年代。
这就是C14断代的原理,由于这一方法所依据的是原子核的变化。这种变化不受周围环境的物理、化学条件的影响,而C14半衰期(5730年)正适用于对几千年到几万年的标本进行断代。另外,一些含碳的物质,如木、草、骨、贝壳等动植物遗骸在古代遗址中普遍存在,因此,C14法自1950年建立起,就成为有力的断代手段而广泛应用于史前考古学和第四纪晚地质学。
(二)测量技术
C14测定年代方法在技术上不同于一般放射性同位素测量,它的特点是放射性强度弱,能量低,自然碳中C14含量仅为1.2×10一10 %,每克碳的放射性强度仅几微微居里,即每分钟约有10 多个原子衰变,标本的年代越久远,放射性还会迅速降低,如二万年以上的标本,其计数率就会降到每分钟一次以下.针对这种情况,必须专门设计低本底低能量β射线的高效率探测器,把标本中的碳制备成探测器的组成部分,并在特制的屏蔽室中进行测量.如气体法将标本碳全部转成计数管中的计数气体,液体法则全部转成闪烁液的溶剂,这些基本要求就决定了C14年代测定必须要有一个完备的实验室,包括设有化学处理,标本制备的系统,完善的屏蔽设备,特制的探测器和能长时间工作而又稳定的电子测量系统,并且经过精心的操作才能保证数据准确可靠.