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1、北京大学学报(自然科学版),第34卷,第2-3期,1998年4月ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis,Vol.34,No.2-3(Apr,1998)1)14高精度加速器质谱C测年郭之虞(北京大学重离子物理研究所,北京,100871)摘要加速器质谱14C测量误差的主要来源是14C计数的统计误差与束流传输的不稳定性。对高精度测量还要考虑束流积分仪中IFC的非线性及离子源中弹坑效应引起的时变分馏。为得到高精度的样品年代数据,除提高14C测量精度外,还要用系列样
2、品进行高精度的树轮校正,并采取必要措施保证测量结果的可靠性。14关键词加速器质谱;C测年;高精度中图分类号K854.2;P597;TL817;O212.1;TL8220引言14[1]加速器质谱(AMS)C测年近年来得到了广泛应用,其技术也日臻成熟。AMS虽然目14前的精度尚未超过常规方法,但所需样品量小、工作效率高,与常规的衰变计数法C测年相比14有明显优势。北京大学加速器质谱计(PKUAMS)自1993年建成之后,在C测年方面开展了[2]14大量的应用研究工作,目前又承担了夏商周断代工程中的C测年任务。夏商周断
3、代工程的目标是为我国历史上的夏、商、周三代建立一个公元前841年之前的比较完整可据的年代学标尺。近年来考古学的研究已发现了大量夏商周时期的遗址和墓葬,可提14供层位明确、文化属性明确、相对年代清楚的测年标本。AMSC测年所具有的样品量小、工作效率高的优点,可在夏商周断代工程中发挥重要作用。1414夏商周断代工程要求用C方法所得到的年代数据的精度达到±20年左右。实际上C测1414年所直接测得的是样品的C年龄,即按现代碳标准及C半衰期所推算的年龄。由于大气中14[3]的C放射性比活度随年度而变,为得到样品的真实年龄
4、尚需进行树轮较正。故高精度年代14数据的取得,一要靠高精度的C测量,二要靠有效的树轮校正。141加速器质谱C测量的误差分析141.1样品C年龄的测定AMS是通过测量样品中碳的同位素组成比来确定样品年龄的。T=-ln(Rx/R0),(1)1)国家自然科学基金资助项目(49799060)收稿日期:1997-12-09202北京大学学报(自然科学版)百年校庆纪念专刊第34卷141412其中为C放射性衰变的平均寿命,Rx为被测样品中C与C含量的比值,R0为其初始比14值。现国际上统一用现代碳标准(MC)作为R0值,这
5、样求得的年龄T称为样品的C年龄(ra-diocarbonage),一般在其后标以BP(beforepresent)。若需进一步做树轮较正,则式(1)中可取其惯用值8033a。由于在制样与测量过程中总是存在着分馏效应,测量得到的Rx总会偏离14样品中的实际值。故需使用C标准物质制成标准样品,与被测样品轮换测量。标准物质的同位素组成Rs是已知的,该值与现代碳标准之比Ks=Rs/R0,(2)业已经过标定。此外,各种不同样品之间还存在着自然分馏效应,亦须校正。于是T=-ln[Ks(RxKfx/RsKfs)],(3)1
6、3其中Kfx为被测样品的分馏校正因子,可由其(13/12)的分馏值Cx推算:132(25+Cx)Kfx=1-。(4)1000Kfs为标准样品的分馏校正因子。若用NBS草酸OX-I作为标准物质,则132(19+Cs)Ks=1/0.95,Kfs=1-。1000若用中国糖碳作为标准物质,则Ks=1.362±0.002,Kfs=1。14131413实际上,许多AMS只测量C与C含量的比值R′。测量过程中将离子源引出的C与C离子交替注入加速器,在高能分析系统中分别测得各自相应的粒子流强值(即电流值与粒子电荷态之比)I
7、P14与IP13,则R′=IP14/IP13。(5)同时,制样与测量过程中引入的本底也须加以校正。综合考虑以上因素后,式(3)应改写为13(R′x-R′b)(1+Cx/1000)KfxT=-lnKs13,(6)(R′s-R′b)(1+Cs/1000)Kfs其中R′b为本底样品的测量结果。1.2内部误差分析R′x-R′b内部误差是指来源已知的误差。引入符号Kx=,(7)R′s-R′b14由式(6),样品C年龄的标准误差为221/2KKsxT=T++,(8)KsKx13其中,K,K分别为
8、,Ks,Kx的标准误差。Cx的测量误差对总误差的贡献很小。当sx1313(Cx)为1%时,(1+Cx/1000)与Kfx等项的相对误差一般不超过0.03%,可以略去。引入的误差实际上是一个系统误差,在进行树轮校正时可以被抵消,故可不予考虑。K则需区别s14情况对待。由于现代碳标准是以NBS草酸OX-I在1950年的C放射性比活度的95%来定义14的,故OX-
