宇宙射线在大气中能够产生放射性碳—14,并能与氧结合成二氧化碳形后进入所有活组织,先为植物吸收,后为动物纳入。只要植物或动物生存着,它们就会持续不断地吸收碳—14,在机体内保持一定的水平。而当有机体死亡后,即会停止呼吸碳—14,其组织内的碳—14便以5730年的半衰期开始衰变并逐渐消失。对于任何含碳物质,只要测定剩下的放射性碳—14的含量,就可推断其年代。
碳—14测年法分为常规碳—14测年法和加速器质谱碳—14测年法两种。当时,Libby发明的就是常规碳—14测年法,1950年以来,这种方法的技术与应用在全球有了显著进展,但它的局限性也很明显,即必须使用大量的样品和较长的测量时间。于是,加速器质谱碳—14测年技术发展起来了。
加速器质谱碳—14测年法具有明显的独特优点。一是样品用量少,只需1~5毫克样品就可以了,如一小片织物、骨屑、古陶瓷器表面或气孔中的微量碳粉都可测量;而常规碳—14测年法则需1~5克样品,相差3个数量级。二是灵敏度高,其测量同位素比值的灵敏度可达10-15至10-16;而常规碳—14测年法则与之相差5~7个数量级。三是测量时间短,测量现代碳若要达到1%的精度,只需10~20分钟;而常规碳—14测年法却需12~20小时。
正是由于加速器质谱碳—14测年法具有上述优点,自其问世以来,一直为考古学家、古人类学家和地质学家所重视,并得到了广泛的应用。可以说,对测定50000年以内的文物样品,加速器质谱碳—14测年法是测定精度最高的一种。
1.碳14是碳的一种具放射性的同位素,于1940年首被发现。它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生,其半衰期约为5,730年,衰变方式为β衰变,碳14原子转变为氮原子。
2. 由于碳14半衰期达5,730年,且碳是有机物的元素之一,生物在生存的时候,由于需要呼吸,其体内的碳14含量大致不变,生物死去后会停止呼吸,此时体内的碳14开始减少。人们可透过倾测一件古物的碳14含量,来估计它的大概年龄,这种方法称之为碳定年法。