Radiometrikus kormeghatározás

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A radiometrikus kormeghatározás olyan tudományos technika az anyagok korának meghatározására, amely a természetben előforduló izotópok lebomlási idejének és jelenlegi gyakoriságának ismeretén alapszik. E módszer biztosítja legfontosabb információforrásunkat a Föld korának és az evolúció sebességének meghatározásában.

Pontosság, költségek és az alkalmazott időskála alapján többféle radiometrikus kormeghatározási mód létezik.

Tartalomjegyzék 1 Alapjai 1.1 A koregyenlet 1.2 Technikai korlátok 2 Modern kormeghatározási technikák 3 Rövidtávú meghatározási rechnikák 4 A radiometrikus kormeghatározás típusai

[szerkesztés] Alapjai

Minden közönséges anyag kémiai elemek kombinációiból áll össze, amelyekhez az atommagjuk protonjainak számát jelző rendszám tartozik. Egy-egy elemeknek azonban léteznek izotópjai is, amelyek az atommagi neutronok számában térnek el egymástól. Egy elem adott izotóját nukleidnek nevezik. Egyes nukleidek eredendően instabilak és ezek egy idő után ezért egy másik nukleiddé alakulnak egy olyan folyamatban, amelyet radioaktív bomlásnak nevezünk. Ez részecskék, például elektronok kibocsátásával jár (béta-bomlás, vagy alfa-részecskék).

Bár egy-egy adott nukleid bomlása véletlenszerű időben történik, ugyanazon nukleid atomjai az időben előrehaladva exponenciálisan, a nukleidra jellemző paraméter, a felezési idő alapján bomlanak, amit általában években adnak meg. Ez azt jelenti, hogy a felezési idő elteltével az adott nukleidből álló anyag atomjainak fele felbomlik. Sok rádioaktív anyag úgy bomlik le, hogy az adott nukleidekből mindig egy meghatározott anyag keletkezik, a bomlási termék, de nem azonnal, hanem közbülső termékeken keresztül, amelyek a bomlási láncot alkotják. A felezési időt így általában a végtermék kialakulásáig számolják (nem valemely közbülső termékig). A radiometrikus kormeghatározásra használható anyagok felezési ideje néhányezer évtől néhány milliárd évig terjed.

A legtöbb esetben a neukleid felezései ideje kizárólag a magtulajdonságoktól függ, nem befolyásolja sem a hőmérséklet, sem a kémiai környezet, a mágneses vagy elektromos mezők vagy más külső tényezők. Maga a felezési idő is állandó marad. Bár a bomlás radioaktív besugárzással gyorsítható, az ilyen hatásnak általában nyoma marad. Tehát ha egy anyag radioaktív nukleidokat tartalmaz, az eredeti nukleid és bomlástermékeinek arányai a bomlással előre meghatározható módon alakulnak. Ez lehetővé teszi, hogy órát alkossunk annak az időnek a mérésre, ami a nukleidnak az anyagba kerülése, illetve a jelen közt eltelik.

A különböző anyagok kialakulásának folyamatai gyakran sezelktívek abból a szempontból, hogy az anyagba mely alkotóelemek kerülnek bele. Ideális esetben az anyagba csak az eredeti, lebontatlan nukleid kerül a keletkezéskor, a bomléstermék nem. Ilyenkor ay anyag vizsgálatakor a benne talált bomlástermékek már az anyag életében keletkeztek. Ha az anyagba a keletkezésekor a bomlástermék is belekerül, akkor a kormeghatározáshoz azt kell tudni, milyen arányban álltak egymással abban az időben. A bomlástermék nem lehet kismolekulájú gáz, ha vizsgálni akarjuk az anyagot, mert az kiszökik belőle, és elegendően hosszú felezési idejének kell lennie ahhoz, hogy vizsgálható mennyiség maradjon meg belőle az anyagban. A vizsgálat további feltétele, hogy se a kiinduló anyag, se a bomlástermék ne keletkezhessen egyéb reakciókban, mert az értékelhetetlenné tenné a vizsgálati eredményt. Továbbá a bomlástermékek és az izotóp izolálására és elemzésére használt módszereknek is áttekinthetőknek és megbízhatóknak kell lenniük.

Előfordulhat, hogy egy anyag, amely szelektíven visszautasítja a bomlástermék befogadását, hevítés hatására a már az anyagban felhalmozódott bomlásterméket is diffúzió útján kibocsátja, ezzel nullára állítva az izotopikus "órát". A hőmérséklet, amelyen ez megtörténik a "blokkoló hőrmérséklet", amely jellemző az anyagra.

Az egyszerűbb radiometrikus kormeghatározó módszerek legtöbbjével szemben az izokrón kormeghatározás, amely sok izotópbomlási sorozat meghatározására alkalmas (például a rubídium-stroncium sorozat), nem igényli a kezdeti arányok ismeretét.

[szerkesztés] A koregyenlet

Tekintve, hogy a rádioaktív elemek stabil bomlástermékekre bomlanak, a radioaktív bomlást a geológiai időhöz kötő matematikai modell, az un. koregyenlet, a következő:

amelzben

t = a minta kora

D = a bomlástermék atomjainak száma a mintában

P = az eredeti izotóp atomjainak száma a mintában

λ = az izotóp bomlási állandója

ln = természetes logaritmus

A bomlási állandó a radiokatív nuklei egységnyi idő alatt lebomló atomjainak hányadosa. Fordítottan arányos a felezési idővel.

t_{1 / 2} = az eredeti izotóp felezési ideje, amelyet a megfelelő táblázatból olvashatunk ki.

[szerkesztés] Technikai korlátok

[szerkesztés] Modern kormeghatározási technikák

[szerkesztés] Rövidtávú meghatározási rechnikák

[szerkesztés] A radiometrikus kormeghatározás típusai

• argon-argon (Ar-Ar)
• hasadáskövető kormeghatározás
• hélium (He-He)
• jódxenon (I-Xe)
• lantán-bárium (La-Ba)
• ólom-ólom (Pb-Pb)
• lutécium-hafnium (Lu-Hf)
• neon-neon (Ne-Ne)
• optikailag stimulált fénykibocsátási kormeghatározás
• kálium-argon (K-Ar)
• radiokarbon kormeghatározás
• rénium-ozmium (Re-Os)
• rubídium-stroncium (Rb-Sr)
• szamárium-neodímium (Sm-Nd)
• uránium-ólom (U-Pb)
• uránium-ólom-hélium (U-Pb-He)
• uránium-tórium (U-Th)
• uránium-uránium (U-U)