炭素14

炭素14は、対流圏上部と成層圏で窒素原子に吸収された熱中性子によって生成されます。宇宙線が大気圏に突入すると、中性子の生成を含む様々な変化を受けます。生成された中性子（n）は、次のnp反応（pは陽子）に関与します。

¹⁴ ₇ N+ n → ¹⁴ ₆ C+ p + 0.626 MeV

炭素14の生成率が最も高いのは、高度9～15キロメートル（30,000～49,000フィート）の高緯度地である。 

^14Cの生成速度はモデル化することができ、 ¹⁴原子の値は16,400 ^{[ 19 ]}または18,800 ^{[ 20 ]となる。}地球表面の平方メートルあたり毎秒Cであり、これは遡及に使用できる地球規模の炭素収支と一致しますが、 ^{[ 21 ]}生成時間を直接その場で測定する試みはあまり成功していません。生成率は、太陽圏変調（太陽風と太陽磁場）によって引き起こされる宇宙線束の変化、そして非常に重要なことに、地球の磁場の変動によって変化します。しかし、炭素循環の変化により、このような影響を分離して定量化することは困難です。 ^{[ 21 ] [ 22 ]}時々、三宅イベント として知られる急激な増加が発生することがあります。たとえば、西暦 774 ～ 775 年には、極端な太陽高エネルギー粒子イベントによって引き起こされた異常に高い生成率の証拠があります。[ 23 ^]これは、過去 1 万年で発生した中で最も強いイベントです。^{[ 24 ] [ 25 ]} もう一つの「非常に大きな」^14C増加（2%）は紀元前5480年の出来事と関連付けられていますが 、これは太陽高エネルギー粒子イベントである可能性は低いと考えられます。^{[ 26 ]} 既知の最大のミヤケイベントは紀元前12350年頃に発生しました。^{[ 27 ]}

炭素14は雷によっても生成される可能性があるが^{[ 28 ] [ 29 ]}、宇宙線生成量に比べると地球規模ではごくわずかである。試料残留物による雲地放電の局所的な影響は不明だが、重大な影響がある可能性がある。

^{炭素14は、}特に熱中性子による^13C (n,γ) ^14Cおよび17O (n,α) ^14C 、高速中性子による15N ( n,d) ^14Cおよび^16O ( n, ^3He ) ^14Cなど、他の中性子反応によっても生成される。^{[ 30 ]熱中性子照射（例えば原子炉内）による14C}生成の最も注目すべき経路を^表にまとめる。

炭素14の別の供給源は、天然に存在するラジウム同位体の痕跡からのクラスター崩壊分岐ですが、この崩壊モードの分岐比はオーダーです。アルファ崩壊に比べて10⁻⁸なので、放射性炭素14は極めてまれである^。

1955年から1980年にかけて複数の国で行われた地上核実験（核実験一覧を参照）は、大気中、そしてその後の生物圏における^14Cの量を劇的に増加させました。実験終了後、放射性CO2が植物や動物の組織に固定され、海洋に溶解したため、大気中の同位体の濃度は減少し始めまし_た。

^{大気中の炭素14}の変化による副作用の一つとして、個人の生年を特定するためのいくつかの方法（例えば、爆弾パルス年代測定法^{[ 35 ]} ）が可能になったことが挙げられる。具体的には、歯のエナメル質中の炭素^{14の量[ 36 ] [ 37 ]}や、眼の水晶体中の炭素14濃度^{[ 38 ]などである。}

2019年、サイエンティフィック・アメリカン誌は、地球上で最も近づきにくい地域の一つである太平洋のマリアナ海溝の動物から、核実験由来の炭素14が発見されたと報じた。 ^{[ 39 ]}

大気中の CO _2中の¹⁴ Cの濃度は、標準に対する¹⁴ C/ ¹² C 比として報告され、（2022 年頃から）1950 年代と 1960 年代の地上核実験以前のレベルに似たレベルまで低下しています。 ^{[ 40 ] [ 41 ]}これらの核実験によって生成された余分な¹⁴ C は、大気、海洋、生物圏から消えたわけではありませんが、^{[ 42 ]}スース効果により希釈されています。

炭素14は、沸騰水型原子炉（BWR）および加圧水型原子炉（PWR）の冷却材で生成されます。通常、BWRでは二酸化炭素の形で、 PWRではメタンの形で大気中に放出されます。^{[ 43 ]}原子力発電所の運転員による炭素14の管理に関するベストプラクティスには、植物が光合成を行っていない夜間に放出することが含まれます。^{[ 44 ]}炭素14は核燃料内でも生成され（一部は酸化ウラン中の酸素の核変換によるものですが、最も重要なのは窒素¹⁴不純物の核変換によるものです）、使用済み燃料が核再処理に送られると、例えばPUREX中に_CO2として14Cが放出されます。^{[ 45 ] [ 46 ]}

上層大気で生成された炭素14は急速に反応して主に（約93％）一酸化炭素¹⁴（CO ）を生成し、その後、より遅い速度で酸化されて¹⁴CO₂、放射性二酸化炭素。このガスは急速に混合し、大気全体に均一に分布します（混合時間スケールは数週間程度）。二酸化炭素は水にも溶解するため海洋が、その速度はより遅いです。 ^{[ 22 ] 14}の除去の大気半減期CO₂北半球では約 12 ～ 16 年と推定されている。海洋浅層と海洋深層にある炭酸塩^{貯蔵庫との間の物質移動は限られた速度で起こる。 [ 31 ] 2009 年に14} の活動がCは新鮮な陸上生物物質1kgあたり238Bqで 、大気圏核実験前の値（1950年、1kg Cあたり226Bq）に近い値であった。^{[ 47 ]}

地球の生物圏における炭素14の総量は約300メガキュリー（11 E Bq）であり、そのほとんどは海洋に存在する。^{[ 48 ]} 炭素14の総量は以下の通りである。^{[ 49 ]} 

• 世界全体の放射性物質保有量：約8500  PBq（約50トン）  
  • 大気中：140  PBq（840  kg）
  • 地球由来の物質：バランス
• 核実験による放射性物質量（1990年まで）：220  PBq（1.3  t）

多くの人工化学物質は化石燃料（石油や石炭など）から作られており、化石の年代が^14Cの半減期をはるかに超えるため、14Cは大幅に減少し^ている^。CO_{したがって、 2は}地球大気の特定の領域における全二酸化炭素相対的な寄与（または混合比。 ^{[ 50 ]}

特定の化石化した炭素質物質のサンプルの年代測定はより複雑です。このような堆積物には、しばしば微量の¹⁴ C が含まれています。これらの量はサンプル間で大きく異なり、生物に見られる比率の最大 1% (見かけの年齢は約 40,000 年) に及ぶことがあります。^{[ 51 ]}これは、少量の細菌による汚染、地下の放射線源による¹⁴ N(n,p) ^{14 C 反応、}ウランの直接崩壊 (ただし、ウラン含有鉱石で報告されている¹⁴ C/Uの測定比率^{[ 52 ]は、 14} C/ ^{12 C 比 (測定値は 10 −15}のオーダー)を引き起こすために、炭素原子 2 個につきウラン原子が約 1 個必要であることを意味します)、または^{14 C 生成の他の未知の二次的発生源を示している可能性があります。炭素質物質のサンプルの}同位体シグネチャに¹⁴ Cが存在することは、生物起源の発生源による汚染、または周囲の地層中の放射性物質の崩壊を示している可能性があります。ボレクシノ太陽ニュートリノ観測所の建設に関連して、（一次シンチレーターを合成するための）石油原料は、^14C含有量が低いものを入手した。ボレクシノ計数試験施設では、^14C / ^12C比が1.94×10 ⁻¹⁸と決定された。^{[ 53 ]}さまざまな石油貯留層における^14Cレベルの変動や、メタン中の^14Cレベルの低下の原因となる可能性のある反応については、Bonviciniらによって議論されている。^{[ 54 ]}

人間の食料の多くは最終的に陸上植物に由来するため、人体内の¹⁴ Cの相対濃度は、大気中の相対濃度とほぼ同じです。通常の成人の体内でのカリウム 40 ( ⁴⁰ K) と¹⁴ Cの崩壊速度は同程度です (毎秒数千回の崩壊)。^{[ 55 ]}ただし、崩壊エネルギーが異なるため、K-40 は年間約 0.17 mSv、C-14 は年間約 0.012 mSv の内部被ばく線量となります。^{[ 56 ]}  

^{14Cは医療において}放射性トレーサーとして使用できます。ヘリコバクター・ピロリの診断検査である尿素呼気試験の初期バージョンでは、約37 kBq (1.0 μCi )の^{14Cで標識された尿素が患者に投与されます (つまり、毎秒37,000回の崩壊)。H} .ピロリ感染の場合、細菌のウレアーゼ酵素が尿素をアンモニアと放射性標識二酸化炭素に分解し、患者の呼気中の低レベルカウントで検出できます。^{[ 57 ]}