Tehnici Nucleare

Metode de datare prin fenomene nucleare naturale

1. Metoda carbonului-14

Formarea radioelementelor naturale si in particular a carbonului 14 cu ajutorul radiatiei cosmice, a fost banuita inca din anul 1934 de catre Grosse, dar abia in anul 1947 a fost verificata aceasta ipoteza de catre Libby.

1.1Principiul metodei de datare

Vegetalele si animalele asimileaza direct dioxidul de carbon din atmosfera. Acest CO2 din aer prezinta o anumita radioactivitate, care este datorata cantitatilor foarte reduse de 14C pe care le contine. Rezulta deci ca toate organismele vii prezinta aceeasi radioactivitate ca si cea a CO2 atmosferic. La moartea acestora, schimburile cu atmosfera inceteaza, asa ca 14C nu mai este reinprospatat, radioactivitatea acestuia scazand lent, timpul sau de injumatatire fiind de 5568 ani. Astfel, daca se masoara acum activitatea 14C=N a unui os fosil si se compara cu activitatea carbonului actual, N0, se poate deduce timpul t ce s-a scurs de la moartea acestuia, deci se poate determina varsta acestuia. El se poate calcula pornind de la legea de dezintegrare radioactiva :

N=N0e-λt

Unde λ=ln2/T=0.693/T este constanta de dezintegrare, T fiind perioada.

Daca se introduce valoarea perioadei in ecuatie, se obtine formula simpla ce permite calcularea varstei :

ani

Acesta este principiul metodei de datare. El se bazeaza pe ipoteza ca radioactivitatea naturala a carbonului a ramas constanta in decursul ultimilor 40.000 ani. Altfel spus, se presupune ca activitatea 14C a organismelor vii actuale este identica cu cea a acelorasi organisme care au trait acum 10.000 de ani. Trebuie sa amintim faptul ca aceasta ipoteza nu este riguros exacta iar activitatea carbonului nu a fost totdeauna constanta in timp.

1.2 Originea 14C

Protonii cosmici de origine galactica sant mai mult sau mai putin deviati de campul magnetic terestru. Cei care patrund in atmosfera, in urma proceselor de interactiune cu moleculele de oxigen si de azot din aer, dau nastere neutronilor. Dupa producerea neutronilor, acestia interactioneaza la randul lor cu moleculele din aer (in particular cu moleculele de azot) si in urma numeroaselor ciocniri isi pierd treptat din energia lor, ajungand incet, la nivelul energiei termice a gazelor. In aceasta situatie, ei dau nastere, cu o probabilitate, 14C. Reactia ce-l genereaza este urmatoarea:

14N +n → 14C+H

Aceasta reactie este importanta in domeniul energiilor mai mici de 1 MeV, atingand, pentru enrgii termice, o sectiune eficace de 1 barn.

Dintre reactiile posibile, de importanta minora, ce conduc la formarea 14C in atmosfera mai amintim :

16O(n,3He)→ 14C ; 15N(n,d)→14C ;

16O(p,3p)→ 14C ; 15C(n,γ)→14C

17O(n,α)→ 14C ;

Maximul de intensitate a neutronilor secundari este atins in banda de altitudine careia ii corespunde o presiune de 75-120 g/cm2 (adica la altitudini situate intre 18 si 15 km). In aceasta zona este situat de fapt si maximul nivelului de producere a 14C.

Fluxul cosmic primar este larg modulat atat de campul magnetic terestru cat si de campul magnetic al vantului solar interplanetar. Ca urmare, producerea 14C este afectata de aceleasi variatii spatiale si temporale ca si fluxul de protoni. Intre ecuator si polul nord ea variaza cu un factor de 4-5, suferind fluctuatii importante in cursul unui ciclu solar. Acest lucru face dificil calculul exact al nivelului de productie.