4.3.7　放射性碳化学

碳是元素周期表中的6号元素，属第二周期ⅣA族。碳共有15种同位素，除12 C和13 C为稳定同位素外，其余均为放射性同位素，其中最重要的放射性核素是14 C，其次是11 C。

天然碳有12 C、13 C和14 C 3种核素。14 C是一种能量较低的纯β-放射性核素，半衰期为5 730年，比活度为1.65×105 Bq/μg，β射线的平均能量为45 ke V，最大能量为0.155 MeV。11 C是β+衰变（99.8%）放射性核素，衰变时放出能量为0.960 8 MeV的β+粒子，半衰期为20.38 min。

（1）放射性碳的来源及危害

14 C的来源有天然和人工两种。天然14 C主要来源于宇宙射线中的中子轰击大气中的氮发生的14 N（n，p）14 C核反应，大气中14 C原子的平均生成率约为2.2/（cm2·s），生成的14 C立即与氧结合成14 CO2而存在于大气层中，并参与自然界的碳循环。14 C的人工来源主要是大气层核爆炸，其次是核燃料循环（核动力堆和乏燃料后处理厂），其中核聚变反应产生的14 C量是核裂变反应的13倍。目前，核爆炸产生的14 C已达3.55×1017 Bq，它是大气中天然14 C本底水平的2.5倍。少量的14 C可采用中子轰击氮或通过13 C（n，γ）14 C和13 C（d，p）14 C等核反应来制备。

11 C是通过人工核反应制备的。利用回旋加速器的低能（7 Me V）氘核束（d）流轰击B2 O3，通过10 B（d，n）11 C和11 B（d，2n）11 C核反应可制得l1 C标记的CO和CO2；也可利用33 MeV质子轰击NaCN，通过12 C（p，pn）11 C和14 N（p，α）11 C核反应来制备11 C。(https://www.daowen.com)

14 C属中毒性放射性核素。由于碳是组成生物机体的重要元素，约占人体组成的18%，因此14 C可通过自然界的碳循环，主要是经食入途径进入人体，在人体总放射性水平中仅次于40 K，占第2位。它所造成的年有效剂量当量要比3 H大得多。

（2）碳的化学性质

碳是性质相当稳定的非金属元素，主要价态为+4价。任何形式的单质碳或含碳可燃物质在空气中燃烧均可生成CO2。CO 2可被碱液吸收生成碳酸根离子，而碳酸钙难溶于水。CO2可溶解在醇、苯和苯胺类有机溶剂中，如CO2在每毫升甲苯中的溶解度可达25 m L，此性质可用于14 C的液体闪烁计数测量。

（3）14 C的分析测定

环境样品中14 C的含量测定一般是先把14 C氧化为14 CO2，然后通过碱性吸收转换成碳酸钙、合成苯或直接用闪烁液吸收，用液体闪烁计数法测量14 C的含量。