కార్బన్-14

కార్బన్-14, 14C, లేదా రేడియోకార్బన్, కార్బన్ యొక్క రేడియోధార్మిక ఐసోటోపు. దీని పరమాణు కేంద్రకంలో 5 ప్రోటాన్లు, 8 న్యూట్రాన్లూ ఉంటాయి. సేంద్రియ పదార్థాలలో దీని లభ్యత దాని రేడియోకార్బన్ డేటింగ్ పద్ధతిపై ఆధారంగా ఉంటుంది. రేడియో డేటింగ్, శిలాజాల వయస్సును కనుగొనే పద్ధతి. దీనిని విల్లియర్డ్ లిబ్బీ, అతని సహచరులూ 1949లో కనుగొన్నారు. కార్బన్ - 14 ను కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలోని రేడియేషన్ లాబొరేటరీకి చెందిన మార్టిన్, సామ్‌ రూబెన్ లు 1940, ఫిబ్రవరి 27 న కనుగొన్నారు. దీని ఉనికిని 1934లో ప్రాంజ్ కురీ తెలియజేసాడు.

భూమిపై కార్బన్ సాధారణంగా మూడు రకాల ఐసోటోపులలో లభ్యమవుతుంది: లభ్యమయ్యే మొత్తం కార్బన్‌లో "కార్బన్-12" రూపం 99%, "కార్బన్-13" రూపం 1% ఉండగా, చాలా తక్కువ పరిమాణంలో కార్బన్-14 శిథిలావశేషాలలో (వాతావరణంలోని కార్బన్‌లో 1012 అణువులలో 1 లేదా 1.5 అణువులు మాత్రం) ఉంటుంది. కార్బన్-12, కార్బన్-13లు స్థిరమైనవి. కార్బన్ - 14 అర్థ జీవిత కాలం 5730±40 సంవత్సరాలు ఉంటుంది. కార్బన్-14 బీటా విఘటనం చెందడం వలన నైట్రోజన్ - 14 ఏర్పడుతుంది. ఒక గ్రాము కార్బన్ లో 1012 అణువులకు ఒక అణువు కార్బన్-14 సెకనుకు ~0.2 బీటా కణాలను ఉద్గారించగలదు. భూవాతావరణంలో కాశ్మిక్ కిరణాలు నైట్రోజన్ వాయువుతో చర్య జరపడం వలన కార్బన్-14 ఐసోటోపు ఏర్పడుతుంది. ఇది భూమిపై లభ్యమయ్యే కార్బన్-14 యొక్క ప్రాథమిక సహజ వనరు.

కార్బన్ యొక్క వేర్వేరు ఐసోటోపులు వాటి రసాయనిక లక్షణాల్లో భిన్నంగా ఉండవు. రసాయన, జీవశాస్త్ర పరిశోధన, కార్బన్ లేబెలింగ్ అని పిలువబడే పద్ధతిలో ఈ ఐసోటోపుల పోలికను ఉపయోగిస్తారు.

రేడియోధార్మిక విఘటనం, శోధన 
  →  + e−

కార్బన్-14 అణువులో గల న్యూట్రాన్లలో ఒకటి ఎలక్ట్రాన్, ఎలక్ట్రాన్ ఏంటీ న్యూట్రినోలను ఉద్గారం చేయడం ద్వారా ఒక ప్రోటాన్ విఘటనం చేస్తుంది, కార్బన్ -14 (అర్థ జీవిత కాలం 5700 ± 40 సంవత్సరాలు) విఘటనం చెంది స్థిరమైన నైట్రోజన్-14 ఐసోటోపు ఏర్పడుతుంది. ఉద్గారమైన బీటా కణాలు 156 keV ల అధిక శక్తిని కలిగి ఉంటాయి. అయితే వారి బరువు సగటు శక్తి 49 keV. ఇవి సాపేక్షంగా తక్కువ శక్తులను కలిగి ఉండి అత్యధికంగా గాలిలో సుమారు 22 సెం.మీ, శరీర కణజాలాలలో 0.27 మి.మీ. దూరం ప్రయాణిచగలవు. మరణించిన చర్మ పొరలలో ప్రయాణించగలిగే రేడియేషన్ భాగం సుమారు 0.11 ఉంటుంది. తక్కువ పరిమాణంలోని కార్బన్ - 14 గ్రిగర్-ముల్లెర్ శోధకాల ద్వారా సులువుగా గుర్తించలేము. గ్రిగర్-ముల్లర్ శోధకాలు సాధారణంగా నిముషానికి 100,000 విఘటనాల కలుష్యాన్ని గుర్తించగలవు. లిక్విడ్ లింథిలేషన్ కౌంటింగ్ పద్ధతి సరైన పద్ధతి  గ్రిగర్ ముల్లర్ కౌంటింగ్ దక్షత సుమారు 3% ఉంటుంది. నీటిలో అర్థ దూర పొర 0.05 mm ఉంటుంది.

రేడియోకార్బన్ డేటింగ్ 
సుమారు 60,000 సంవత్సరాల నాటి కర్బనమత పదార్థాల వయస్సును కార్బన్-14 (14C) ఉపయోగించి గణించుటకు ఉపయోగించే పద్ధతిని రేడియోధార్మిక డేటింగ్ అంటారు. ఈ విధానాన్ని చిగాగో విశ్వావిద్యాలయానికి చెందిన ప్రొఫెసర్ విల్లార్డ్ లిబ్బీ, అతని సహచరులు 1949లో అభివృద్ధి చేసారు. ఒక గ్రాము స్వచ్ఛమైన కార్బన్ యొక్క మార్చుకోదగిన కార్బన్-14 నిమిషానికి 14 రేడియోధార్మిక పరివర్తనాలు చెందుతుందని లిబ్బీ అంచనావేశాడు. ఇది నవీన రేడియోకార్బన్ ప్రామాణితకు ఇప్పటికీ ఉపయోగపడుతుంది. 1960లో ఈ కృషికి రసాయనశాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి వచ్చింది.

కార్బన్ మామూలుగా రేడియో ఆక్టివ్ ధాతువు కాదు. దాని అణు భారం 12. కానీ దానికి కూడా ఐసోటోప్స్ అనబడే రకాలున్నాయి. కార్బన్ (14) అనేది రేడియో యాక్టివ్ ధాతువు. దీని హాఫ్ లైఫ్ సుమారు 5720 ఏళ్ళు. అంటే.. కొంత కార్బన్ (14) ను తీసుకుంటే అందులో సగం అణువులు విచ్ఛిన్నమై నైట్రోజన్ గా మారుతుంది.

రేడియో యాక్టివ్ కార్బన్ (14) వాతావరణపు పై పొరలలో నైట్రోజన్ ను కాస్మిక్ కిరణాలు ఢీ కొట్టినప్పుడు ఏర్పడుతుంది. మామూలు కార్బన్ (12) ప్రాణ వాయువుతో కలిసి కార్బన్ డయాక్సైడ్ గా ఏర్పడినట్లే, రేడియో కార్బన్ కూడా ప్రాణవాయువుతో కలిసి రేడియో కార్బన్ డయాక్సైడ్ గా ఏర్పడుతుంది.

వృక్షాలు కార్బన్ డయాక్సైడ్ ను ఉపయోగించుకొని ఆహారం తయారు చేసుకుంటాయి కదా. అవి మామూలు కార్బన్ డయాక్సైడ్ తోపాటు, స్వల్పంగా రేడియో కార్బన్ డయాక్సైడ్ ను కూడా స్వీకరిస్తాయి. అంటే ప్రతి వృక్షంలోనూ, లేదా శాకాహారం తిన్న ప్రతి జంతువులోనూ మామూలు కార్బన్ డయాక్సైడ్ తో పాటు, రేడియో కార్బన్ డయాక్సైడ్ వుండి ఉంటుంది.

పురావస్తు ప్రదేశాల నుండి సేంద్రీయ అవశేషాలను తరచుగా డేటింగ్ చేసే పద్ధతులలో ఇది ఒకటి. మొక్కలు వాతావరణంలోని కార్బన్‌ను కిరణజన్య సంయోగక్రియ ద్వారా పొందుతాయి. కనుక మొక్కలు, జంతువులలో 14C స్థాయి అవి మరణించేనాటికి అప్పటికి వాతావరణంలో ఉన్న 14C స్థాయితో సుమారు సమానంగా ఉంటుంది. ఏదేమైనా రేడియోధార్మిక క్షయం వల్ల ఈ స్థాయి క్రమంగా తగ్గిపోతుంది. దీని ఆధారంగా వాటి మరణించే తేదీని అంచనా వేస్తారు. దీని గణన కోసం ప్రారంభ 4C స్థాయి అంచనావేయబడుతుంది లేదా 10,000 సంవత్సరాల క్రియం చెట్ల వలయాల సమాచారం నుండి నేరుగా పోల్చబడుతుంది లేదా 45,000 సంవత్సరాల క్రితం నుండి గుహ నిక్షేపాల నుండి అంచనావేయబడుతుంది.

కృత్రిమ రేడియోధార్మికతను ఉపయోగించి శిలాజాల వయస్సును తెలుసుకొనే పద్ధతి రేడియోధార్మిక డేటింగ్. ఇక్కడ 14C (కార్బన్) ని ఉపయోగిస్తారు. 14C అర్థజీవిత కాలం సుమారు 5730 సంవత్సరాలు. విశ్వకిరణాలు (కాశ్మిక్ కిరణాలు) చర్య వలన వాతావరణంలో నైట్రోజనులో నుండి 14C అవిచ్ఛిన్నంగా తయారవుతుంది. 14C ని జీవరాసులు, మొక్కలు సహజ 12C తో పాటుగా అవిచ్ఛిన్నంగా శోషిస్తాయి. జీవించి ఉన్న జీవరాశులలో 14C / 12C ల నిష్పత్తి ఒక స్థిరాంకం. జీవరాశుల మరణానంతరం, వాటిలో ఉన్న 14C పరిమాణం ప్రతిక్షేపించబడకుండా విఘటనం చెందును,, నిష్పత్తి తగ్గును. కావున 14C / 12C ల నిష్పత్తి గణించి శిలాజాల వయస్సును నిర్ణయించవచ్చు. ఈ పద్ధతిని కార్బన్ డేటింగ్ అంటారు.కానీ ఈ రేడియో కార్బన్ అర్ధాయువు చాలా తక్కువ కాబట్టి ఈ పద్ధతి వల్ల సుమారు 50 వేల ఏళ్ల కిందటి అవశేషాల కాలాన్ని మాత్రమే కనుక్కోవటానికి వీలౌతుంది.

మూలం

వాతావరణంలో సహజ ఉత్పత్తి 

కార్బన్-14 నైట్రోజన్ అణువుల ద్వారా థర్మల్ న్యూట్రాన్లు శోషించుకొనుట వలన ట్రోపో ఆవరణం పై పొరలలో, స్ట్రాటో ఆవరణంలో ఉత్పత్తి అవుతుంది. విశ్వకిరణాలు వాతావరణంలోనికి ప్రవేశించినపుడు, అవి వివిధ రకాలుగా పరివర్తన చెంది న్యూట్రాన్లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఫలిత న్యూట్రాన్లు ఈ క్రింది రసయన చర్యలో పాల్గొంటాయి.

 n +  →  + p

అధిక కార్బన్-14 ఉత్పత్తి రేటు 2 నుండి 15 కి.మీ. ఎత్తులో, అధిక భూఅయస్కాంత అక్షాంశాలలో ఏర్పడుతుంది.

ఇతర కార్బన్-14 వనరులు 
కార్బన్ - 14 యితర న్యూట్రాన్ల చర్యలలో కూడా ఉత్పత్తి అవుతుంది. ప్రత్యేకంగా థర్మల్ న్యూట్రాన్లతో 13C (n, γ) 14C, 17O (n, α) 14C,, ఎక్కువ వేగవంతమైన న్యూట్రాన్లతో 15N (n, d) 14C, 16O (n, 3He) 14C చర్య వలన కార్బన్ 14 ఉత్పత్తి అవుతుంది. కార్బన్ - 14 ఉత్పత్తికి అతి ముఖ్యమైన మార్గం లక్ష్యాలపై వికిరణం చెందే థర్మల్ న్యూట్రాన్లు (ఉదా: నూక్లియర్ రియాక్టరు). వీటిని క్రిందిపట్టికలో చూడవచ్చు.

అణు పరీక్షల సమయంలో తయారగుట 

1955 నుండి 1980 మధ్యలో అనేక దేశాలలో అణు పరీక్షలు జరిగాయి. ఈ చర్యల వల్ల వాతావరణంలో కార్బన్ - 14 నాటకీయంగా పెరిగింది. అదే విధంగా జీవావరణంలో కూడా పెరిగింది. ఈ పరీక్షలు ముగిసిన తరువాత వాతావరణంలోని కార్బన్ - 14 గాఢత క్రమంగా తగ్గుముఖం పట్టింది.

వాతావరణంలో కార్బన్ - 14 ఎక్కువవడం మూలంగా వచ్చే దుష్ప్రభావం మూలంగా ఒక వ్యక్తి పుట్టిన సంవత్సరాన్ని కచ్చితంగా గణన చేయలేము. ప్రత్యేకంగా దంతాల ఎనామిల్ లో, కంటి కటకంలో కార్బన్ 14 పరిమాణం పెరగడం మూలంగా రేడియోధార్మిక డేటింగ్ విధానంలో గణన చేయుటలో కచ్చితత్వం ఉండదు,

అణు శక్తి కర్మాగారాల నుండి ఉద్గారాలు 
కార్బన్ - 14 బోయిలింగ్ వాటర్ రియాక్టర్స్, ప్రెజరైజ్డ్ వాటర్ రియాక్టర్స్ యొక్క శీతలీకరలలో ఉత్పత్తి అవుతుంది. బోయిలింగ్ వాటర్ రియాక్టర్స్ వద్ద ఇది కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ రూపంలో వాతావరణంలో కలుస్తుంది. ప్రెజరైజ్డ్ వాటర్ రియాక్టర్లలో ఇది మీథేన్ రూపంలో వాతావరణంలో చేరుతుంది. ఈ రియాక్టర్లు ఉన్నచోట ఈ ఉద్గారాలను రాత్రి పూట విడుదల చేయడం శ్రేయస్కరం. ఎందువలనంటే రాత్రిపూట మొక్కలు కిరణజన్య సంయోగ క్రియను జరపనందువల్ల ఈ వాయువులను గ్రహించవు.

లభ్యత

వాతావరణంలో విక్షేపం 
వాతావరణంలోని పై పొరలలో ఉత్పత్తి అయిన తరువాత కార్బన్-14 అణువులు వేగంగా చర్య పొంది ఎక్కువగా (సుమారు 93 శాతం) 14CO (కార్బన్ మొనాక్సైడ్) గా మారుతుంది. తరువాత తక్కువ రేటులో ఆక్సీకరణం చెంది 14CO2, గా మారుతుంది. ఇది రేడియోధార్మిక కార్బన్ డై ఆక్సైడ్. ఈ వాయువు వేగంగా మిళితం అయి వాతావరణం అంతా విస్తరిస్తుంది. కార్బన్ డైఆక్సైడ్ కూడా నీటిలో కరుగి సముద్రజలాలలో విస్తరిస్తుంది. కానీ ఇది తక్కువ వేగంగా జరుగుతుంది. వాతావరణంలోని 14CO2 యొక్క అర్థ జీవిత కాలం ఉత్తరార్థ గోళంలో సుమారు 12 నుండి 16 సంవత్సరాలు ఉంటుంది. మహాసముద్రపు లోతు పొరల్లో, సముద్ర లోతులలో బైకార్బోనేట్స్ యొక్క పెద్ద రిజర్వాయర్ మధ్య పరిమిత వేగంతో బదిలీ జరుగుతుంది. తాజా భూ జీవావరణంలో ఒక కిలోగ్రాం కార్బన్ కు 14C యొక్క క్రియాశీలకత 238 Bq (బెకరెల్) ఉన్నట్లు 2009లో గుర్తించారు. ఇది వాతావరణంలో అణుపరీక్షకు ముందు గుర్తించిన విలువ 226 Bq/kg కు సుమారు దగ్గరగా ఉంది.

మొత్తం అన్వేషణ 
భూమి యొక్క బయోస్పియర్ లో కార్బన్ -14 సుమారు 300 మెగా క్యూరీస్ ఉన్నట్లు అన్వేషించబడింది. ఇది సముద్రాలలో ఎక్కువగా ఉంది. కార్బన్ - 14 కొరకు ఈ క్రింది వివరాలు ఇవ్వబడ్డాయి:
 గ్లోబల్ పరిమాణం : ~8500 PBq (సుమారు 50 t)
 వాతావరణంలో: 140 PBq (840 kg)
 భౌగోళిక పదార్థాలు:మిగిలినది
 అణుపరీక్షల నుండి (1990 వరకు) : 220 PBq (1.3 t)

శిలాజ ఇంధనాలలో 

శిలాజ ఇంధనాలు (పెట్రోలు లేదా నేలబొగ్గు) నుండి మానవుడు తయారుచేసిన రసాయనపదార్థాలో 14C బాగా తక్కువగా ఉంటుంది. భూవాతావరణంలోని కొంత భాగంలో శిలాజ ఇంధన ఆక్సీకరణ యొక్క సాపేక్ష విలువకు మొత్తం కార్బన్‌డయాక్సైడ్ వినియోగాన్ని 14CO2 పరిమాణాన్ని తెలుసుకోవడానికి ఉపయోగిస్తారు.

మానవశరీరంలో 
మానవుడు తీసుకొనే ఆహారం యొక్క పదార్థాల వనరులు భూసంబంధమైన మొక్కల నుండి వస్తాయి. కనుక మానవ శరీరంలో ఉన్న కార్బన్ లో కార్బన్ -14 పరిమాణం వాతావరణంలో ఉన్న కార్బంబ్ 14 పరిమాణంతో సమానంగా ఉంటుంది. పొటాషియం - 40, కార్బన్ - 12 ల విఘటన రేటు సాధారణ వయోజన శరీరంలో పోల్చదగినవిగా ఉంటాయి. ప్రతీ వ్యక్తికి అయనీకరణ వికిరణ పరిమాణాన్ని బయటి (పరిసరాల) రేడియో కార్బన్ బీటా విఘటనాల రూపంలో సుమారు సంవత్సరానికి 0.01 mSv సమకూరుస్తుంది. ఇది పొటాషియం - 40, రేడాన్ నుండి అందజేసే పరిమాణం కన్నా తక్కువ.

వైద్యరంగంలో కార్బన్-14 రేడియోధార్మికత గుర్తింపుకు ఉపయోగిస్తారు. యూరియా శ్వాస పరీక్ష యొక్క ప్రారంభ వైవిధ్యంలో, హెలికోబా్కెర్ పైలోరీ నిర్ధారణ పరీక్షలో కార్బన్ - 14 ఉపయోగిస్తారు.

మూలాలు

ఇతర పఠనాలు

బయటి లింకులు 
 What is Carbon Dating?,      Woods Hole Oceanographic Institute

కార్బన్ ఐసోటోపులు
పర్యావరణ ఐసోటోపులు