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质子微探针获得的花粉元素分布第八节加速器质谱分析（AMS）5.8.1自然界中的放射性核素依据其产生的来源，地球上的放射性核素可以分为四类：原始核素、宇宙成因核素、放射成因核素与人类活动成因核素。同一种核素的不同原子可能来源于不同的成因。1宇宙成因核素宇宙成因核素产生于宇宙线引发的核反应。宇宙线中约有85％的质子、14％的α粒子和1％的重原子核。起源于太阳的宇宙线(SCR)粒子特征能量在10-100MeV，通量(flux)较大。起源于太阳系外的宇宙线称为银河宇宙线(GCR)，特征能量在1-10GeV，通量较小。宇宙线穿过物质(如地球大气)时损失能量，引发核反应。GCR高能粒子可引发核子-核子反应，产生次级粒子，能量一般小于500MeV。次级粒子进一步引发核反应，如此级连形成族射。SCR粒子能量较低，仅在上层大气或陨石等固体表层引发核反应。GCR粒子则可以贯穿大气层，直达海平面，深入地表。宇宙线引发的核反应有两种：一种是高能粒子引发的散裂反应，如10Be产生于大气中氮和氧的散裂，26AL、32Si、40Cl和39Ar则产生于大气中氩的散裂。第二种产生机制是低能(初级或次级)宇宙线粒子与大气中气体原子核反应而生成。如宇宙成因核素14C和3H分别由次级粒子中子与大气中氮反应所产生的：慢中子：n+14N=1H+14C快中子：n+14N=3H+12C在漫长的地质演变、生命发展和人类文明进化的岁月里，宇宙线的平均强度是不变的，全球宇宙成因核素产率是不变的。地球上开放环境系统中，宇宙成因核素不断地产生和衰变，数量达到平衡，所以宇宙成因核素的同位素丰度保持为常数。2原始核素与放射成因核素原始放射性核素产生于早期宇宙的元素生成过程，半衰期在10亿年量级，如40K、87Rb、232Th、235U和238U。存在于地壳与地幔物质中的原始放射性核素，自发衰变过程中放射出α粒子。α粒子与物质中轻原子核反应产生中子。这些中子又引发核反应而生成放射性核素，如35Cl(n，γ)36Cl。放射性核素的这种产生方式称为放射成因。3人类活动成因核素核武器试验，核反应堆释放与泄漏，工业生产作为示踪剂，核废物泄漏，燃料燃烧等人类活动产生放射性核素。放射性核素的这种产生方式称为放射成因。核爆炸所产生的放射性核素，其产生量可比天然水平高出几个数量级。全球宇宙成因14C总量为60t，而1952年后美苏两国大气核试验所产生的14C达2t以上。5.8.2放射性核素衰变断定年代宇宙成因核素14C与氧结合成二氧化碳形后进入活组织，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从环境中吸收12C、14C，14C在机体内保持与环境中相同的丰度(14C／12C＝10-12)。有机体死亡后，C循环中断，组织内的14C便以5730年的半衰期衰变。对于任何含碳物质，只要测定剩下放射性14C的含量或丰度，就可推断其死亡年代。同理，测定样品中26AL、32Si、40Cl和39Ar等放射性同位素的含量，也就能确定样品的历史年代。放射性核素衰变测年原理：如果一个物质体系中的某种放射性核素及其稳定同位索不与外界进行交换，即构成封闭体系，则放射性核素的衰变按指数规律减少：N=N0e-λt或Rx=R0e-λt式中，N0、R0分别为封闭体系初始(t＝o)时刻体系内放射性核素的数目与同位素丰度，N与RX分别为经过时间t之后体系内放射性核素的数目与同位素丰度，λ为该核素的衰变常数，因此，已知R0，则只要测得RX，即可推知样品的年令：其中5.8.3放射性衰变法及其局限性采用核物理实验中常规的放射性衰变测量设备，很容易测量半衰期为秒和分量级的放射性核的活度，求得放射性核的含量；采用底水平计数技术，能在样品中存在大量的非放射性原子的情况下，探测到很少量的放射性原子。可是，如果放射性元素的半衰期很长，则单位时间内的衰变几率很小，要完成对只含有少量长寿命放射性原子的古代样品测量，所需的实验时间就大大增加；当计数少到与本底相当时，则测量不再有意义。因此，在放射性断代研究中，放射性衰变法的应用受到了限制。5.8.4常规质谱分析法及其局限性常规质谱分析方法测量样品中放射核的总数。古代样品，放射性强度微弱到放射性衰变法无法应用，但是其中放射核素的含量却仍然是巨大的，用常规质谱仍然可以测量。核素的常规质谱分析受到干扰而受到局限，例如测量14C+时，会受到1