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碳的同位素

指数 碳的同位素

碳(原子量:12.0107(8))共有15個已知同位素,其中有2個(12C與13C)是穩定的,其他都具有放射性。14C是碳唯一的天然放射性同位素,在宇宙線作用下發生14N + 1n → 14C + 1H反應而產生,半衰期為5700年。.

24 关系: 原子质量单位原子量半衰期同位素宇宙線中子中子發射丰度光合作用稳定同位素痕量同位素痕量元素莫耳衰变产物衰变方式自旋正电子发射计算机断层扫描氮-14放射性放射性同位素放射性定年法放射性碳定年法整数

原子质量单位

原子质量单位(Atomic mass unit,amu),现称统一原子质量单位(Unified atomic mass unit,u)或道爾頓(dalton,Da),是用来衡量原子质量的单位,定义为靜止未鍵結且處於基態碳12原子质量的1/12。.

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原子量

原子量(atomic mass),也称原子质量或相对原子质量,符号ma,是指單一原子的質量,其單位為原子质量单位(符號u或Da,以往曾用amu) ,定義為一个碳12原子靜止質量的。原子質量以質子和中子的質量為主,元素的原子量几近等于其質量數。 若將原子量除以原子质量单位,會得到一個無因次量,這個無因次量稱為「相對同位素質量」(relative isotopic mass)。因此碳12的原子量是12u或是12 Da,而一個碳12原子的相對同位素質量就是12。.

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半衰期

半衰期(Half-life)是指某種特定物質的浓度经过某种反应降低到剩下初始时一半所消耗的時間,半衰期是研究反应动力学的一个容易测定的重要参数,数学上可以证明,只有一级反应的半衰期是恒定的数值,且知悉一个一级反应的半衰期便可以计算出该反应的所有动力学参数,所以人们通常只关心一级反应的半衰期。常见的一级反应有:放射性核素的衰变、一级化学反应、药物在体内的吸收和代谢等。.

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同位素

同位素(Isotope)是某種特定化學元素之下的不同種類,同一種元素下的所有同位素都具有相同原子序數,質子數目相同,但中子數目卻不同。這些同位素在化學元素週期表中佔有同一個位置,因此得名。 例如氫元素中氘和氚,它們原子核中都有1個質子,但是它們的原子核中分別有0個中子、1個中子及2個中子,所以它們互為同位素。.

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宇宙線

宇宙線亦稱為宇宙射线,是來自外太空的帶電高能次原子粒子。它們可能會產生二次粒子穿透地球的大氣層和表面。射線這個名詞源自於曾被認為是電磁輻射的歷史。主要的初級宇宙射線(來自深太空與大氣層撞擊的粒子)成分在地球上一般都是穩定的粒子,像是質子、原子核、或電子。但是,有非常少的比例是穩定的反物質粒子,像是正電子或反質子,這剩餘的小部分是研究的活躍領域。 大約89%的宇宙線是單純的質子,10%是氦原子核(即α粒子),還有1%是重元素。這些原子核構成宇宙線的99%。孤獨的電子(像是β粒子,雖然來源仍不清楚),構成其餘1%的絕大部分;γ射線和超高能微中子只佔極小的一部分。 粒子能量的多樣化顯示宇宙線有著廣泛的來源。這些粒子的來源可能是太陽(或其它恆星)或來自遙遠的可見宇宙,由一些還未知的物理機制產生的。宇宙線的能量可以超過1020 eV,遠超過地球上的粒子加速器可以達到的1012至1013 eV,使許多人對有更大能量的宇宙線感興趣而投入研究。 經由宇宙線核合成的過程,宇宙線對宇宙中鋰、鈹、和硼的產生,扮演著主要的角色。它們也在地球上產生了一些放射性同位素,像是碳-14。在粒子物理的歷史上,從宇宙线中發現了正電子、緲子和π介子。宇宙線也造成地球上很大部份的背景輻射,由於在地球大氣層外和磁場中的宇宙線是非常強的,因此對維護航行在行星際空間的太空船上太空人的安全,在設計有重大的影響。.

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中子

| magnetic_moment.

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中子發射

中子發射是原子排除多餘中子的一種放射性衰變的形式,只是很單純的將中子從核中拋出。同位素氦-5和鈹-13是中子發射的兩個例子,但是氦-5的衰變也可以是α衰變(由定義看)。 許多重的同位素,最著名的是鉲-252,可以經由不同的放射性衰變過程,一種自發性分裂,放射出中子。.

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丰度

同位素在自然界中的丰度,又称天然存在比,指的是该同位素在这种元素的所有天然同位素中所占的比例。丰度的大小一般以百分数表示。人造同位素的丰度为零。 周期表上所列的原子量实际上是各种同位素按丰度加权的平均值,这是因为各种同位素在自然界中往往分布的比较均匀,取平均值计算比较准确。.

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光合作用

光合作用是植物、藻類等生產者和某些細菌,利用光能把二氧化碳、水或硫化氢變成碳水化合物。可分为產氧光合作用和不產氧光合作用。 植物之所以称为食物链的生产者,是因为它们能够透过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量,其能量轉換效率約為6%。通过食用,食物链的消费者可以吸收到植物所贮存的能量,效率为10%左右。對大多數生物來説,這個過程是賴以生存的關鍵。而地球上的碳氧循环,光合作用是其中最重要的一环。.

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碳(Carbon,拉丁文意為煤炭)是一種化學元素,符號為C,原子序数為6,位於元素週期表中的IV A族,屬於非金屬。每個碳原子有四顆能夠進行鍵合的電子,因此其化合價通常為4。自然產生的碳由三種同位素組成:12C和13C為穩定同位素,而14C則具放射性,其半衰期約為5,730年。碳是少數幾個自遠古就被發現的元素之一(見化學元素發現年表)。 碳的同素異形體有數種,最常見的包括:石墨、鑽石及無定形碳。這些同素異形體之間的物理性質,包括外表、硬度、電導率等等,都具有極大的差異。在正常條件下,鑽石、碳納米管和石墨烯的熱導率是已知材質中最高的。 所有碳的同素異形體在一般條件下都呈固态,其中石墨的熱力學穩定性最高。它們不易受化學侵蝕,甚至連氧都要在高溫下才可與其反應。碳在無機化合物中最常見的氧化態為+4,並在一氧化碳及過渡金屬羰基配合物中呈+2態。無機碳主要來自石灰石、白雲石和二氧化碳,但也大量出現在煤、泥炭、石油和甲烷水合物等有機礦藏中。碳是所有元素中化合物种类最多的,目前有近一千萬種已記錄的純有機化合物,但這只是理論上可以存在的化合物中的冰山一角。 碳的豐度在地球地殼中排列第15(见地球的地殼元素豐度列表),並在全宇宙中排列第4(见化學元素豐度),名列氫、氦和氧之下。由於碳元素極為充沛,再加上它在地球環境下所能產生的聚合物種類極為繁多,因此碳是地球上所有生物的化學根本。.

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稳定同位素

稳定同位素(Stable isotope),是指化學元素中,不发生放射性衰变或不易发生放射性衰变的同位素,稳定同位素即使會发生衰变,因半衰期太长而无法测量出。 所有同位素中,只有前66個元素中的146個同位素(最重的為鏑164)理論上不會發生放射性衰變(不考慮尚未證實的質子衰變),另外有108個理論上會發生某種放射性衰變(α衰變、β衰變或電子捕獲),但尚無法證實其放射性(其中最輕的為氬36)。因此已知的稳定同位素共有254個,分佈在80個化學元素中。 在這80種有稳定同位素的元素中,有26個元素只存在一種稳定同位素,因此稱為单一同位素元素,其他的元素則有不止一種的稳定同位素,其中錫有10種稳定同位素,是具有最多種稳定同位素的元素。.

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痕量同位素

痕量同位素是微量的自然放射性同位素。一般来说,痕量同位素的半衰期比地球的年龄短,由于原始核素往往大于微量。微量放射性同位素的存在是因为他们产生了地球上的自然过程。.

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痕量元素

#重定向 稀有元素.

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莫耳

#重定向 摩尔.

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衰变产物

在原子核物理學中,衰變產物(也稱至子同位素)是一個元素經過輻射衰變後剩下來的核素。輻射衰變通常涉及很多過程(衰變鏈)。例如,鈾238(U-238)衰變至釷234(Th-234),釷234(Th-234)再衰變成鏷234(Pa-234),而鏷234(Pa-234)再衰變成…,再衰變成鉛206(Pb-206)(穩定): \mbox \rightarrow \overbrace^ v 在這例子中,.

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衰变方式

原子核物理学中的衰變方式主要有五種.

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自旋

在量子力学中,自旋(Spin)是粒子所具有的内稟性質,其運算規則類似於經典力學的角動量,並因此產生一個磁場。雖然有時會與经典力學中的自轉(例如行星公轉時同時進行的自轉)相類比,但實際上本質是迥異的。經典概念中的自轉,是物體對於其質心的旋轉,比如地球每日的自轉是順著一個通過地心的極軸所作的轉動。 首先對基本粒子提出自轉與相應角動量概念的是1925年由、喬治·烏倫貝克與三人所開創。他們在處理電子的磁場理論時,把電子想象为一個帶電的球體,自轉因而產生磁場。後來在量子力學中,透過理論以及實驗驗證發現基本粒子可視為是不可分割的點粒子,所以物體自轉無法直接套用到自旋角動量上來,因此僅能將自旋視為一種内禀性質,為粒子與生俱來帶有的一種角動量,並且其量值是量子化的,無法被改變(但自旋角動量的指向可以透過操作來改變)。 自旋對原子尺度的系統格外重要,諸如單一原子、質子、電子甚至是光子,都帶有正半奇數(1/2、3/2等等)或含零正整數(0、1、2)的自旋;半整數自旋的粒子被稱為費米子(如電子),整數的則稱為玻色子(如光子)。複合粒子也帶有自旋,其由組成粒子(可能是基本粒子)之自旋透過加法所得;例如質子的自旋可以從夸克自旋得到。.

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正电子发射计算机断层扫描

正电子发射计算机断层扫描(,简称PET)是一种核医学临床检查的成像技术。PET技术是目前唯一的用解剖形态方式进行功能、代谢和受体显像的技术,具有无创伤性的特点并能提供全身三维和功能運作的图像。正电子发射计算机断层扫描既是医学也是研究的工具。在肿瘤学临床醫學影像和癌扩散方面的研究方面有着大量的应用。.

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氮-14

氮-14(Nitrogen-14)是氮的同位素之一,為穩定同位素,原子核包含了七個質子和七的中子,是最常見的同位素,豐度有99%,在高空中,氮-14被宇宙射線轟擊,並產生有放射性的碳-14。一般來說,氮-14在宇宙中是被恆星合成的,在碳氮氧循環中扮演重要的角色。.

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放射性

放射性或輻射性是指元素從不稳定的原子核自发地放出射线,(如α射线、β射线、γ射线等)而衰变形成穩定的元素而停止放射(衰变产物),這種現象稱為放射性。衰变时放出的能量称为衰变能量。原子序數在83(鉍)或以上的元素都具有放射性,但某些原子序數小于83的元素(如锝)也具有放射性。而有趣的是,從原子序84開始一直到鉳元素有以下特性:原子序是偶數的,半衰期都比相邻的长。这是由於原子序数为偶數的元素的原子核含有適當數量的質子和中子,能够形成有利的配置結構。〈即魔數〉 對單一原子來說,放射性衰变依照量子力學是隨機過程,無法預測特定一個原子是否會衰变。不過原子衰变的機率不會隨著原子存在的時間長短而改變。對大量的原子而言,可以用量測衰變常數計算衰變速率及半衰期。其半衰期沒有已知的時間上下限,範圍可以到55個數量級,短至幾乎瞬間,長至久於宇宙年齡。 有許多種不同的放射性衰变。衰变或是能量的減少都會使有某種原子核的原子(父放射核素)轉變為有另一種原子核的原子,或是其中子或質子的數量不同,稱為子體核素。在一些衰变中,父放射核素和子體核素是不同的化學元素,因此衰变後產生了新的元素,這稱為核嬗变。 最早發現的衰变是α衰變、β衰變、γ衰變。α衰變是原子核放出α粒子(氦原子核),是最常見釋放核子的衰變,不過原子核偶爾也會釋放質子,或者釋放其他特殊的核子(稱為)。β衰變是原子核釋放電子(或正子)及反微中子,會將質子轉變為中子(或是將中子轉變為質子) 。核子也可能捕獲軌道上的電子,使質子轉變為中子,這為電子捕獲,上述的衰变都屬於核嬗变。 相反的,也有一些核衰变不會產生新的元素,受激態原子核的能量以伽馬射線的方式釋出,稱為伽馬衰变,或是將激发态原子核将能量转移至轨道电子上,轨道电子再脱离原子,稱為。若是核子中有大量高度受激的中子,有時會以中子發射的方式釋放能量。另外一種核衰变是將原來的原子核變為二個或多個較小的原子核,稱為自發性的核分裂,出現在大量的不穩定核子自發性的衰变時,一般也會釋放伽馬射線、中子或是其他粒子。 著名的例子像是鈾和釷,但也包括在自然界中,半衰期長的同位素,例如钾-40。例如15種是半衰期短的同位素,像鐳及氡,是由衰變後的產物,也有因為而產生的,像碳-14就是由宇宙射線撞擊氮-14而產生。放射性同位素也可能是因為粒子加速器或核反應爐而人工合成,其中有650種的半衰期超過一小時,有數千種的半衰期更短。.

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放射性同位素

放射性同位素(radionuclide,或radioactive nuclide),一種具有放射性的核素。是一種原子核不穩定的原子,每個原子也有很多同位素,每組同位素的原子序雖然是相同,但是卻有著不同的原子量,如果這原子是有放射性的話,它會被稱為物理放射性核種或放射性同位素。放射性同位素會進行放射性衰變,從而放射出伽瑪射線,和次原子粒子。 化學家和生物學家都把放射性同位素的技術應用在我們的食品、水和身體健康等事項上。不過他們也察覺到危險性,因而制訂使用的安全守則。有些放射性同位素是天然存在的,有些則是人工製造的,稱為人造放射性同位素。.

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放射性定年法

放射测年法是利用测定被测定物中某些放射性元素与其衰变产物的比率,之后应用这种放射性元素半衰期计算年代的方法,亦被稱為絕對定年法。.

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放射性碳定年法

放射性碳定年法(Radiocarbon dating),又稱碳測年(carbon dating)、碳十四定年法(carbon-14 dating),是利用自然存在的碳-14同位素的放射性定年法,用以确定原先存活的动物和植物的年龄的一种方法,可測定早至五萬年前含碳有機物質(也可以來測無機物質,只是大部分不會)的年代。對於考古學與晚第四紀地質研究来讲,這是一個準確的定年法技術。.

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整数

整数,是序列中所有的数的统称,包括负整数、零(0)与正整数。和自然數一樣,整數也是一個可數的無限集合。這個集合在数学上通常表示粗體Z或\mathbb,源于德语单词Zahlen(意为“数”)的首字母。 在代數數論中,這些屬於有理數的一般整數會被稱為有理整數,用以和高斯整數等的概念加以區分。.

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