碳-14

碳元素的一种具放射性的同位素

碳-14，核素符号14C，半衰期为5.70E+03a，是碳元素的一种具有放射性的同位素。可用于标记化合物示踪，测定年代等。碳-14作为示踪剂，广泛应用于农业、化学、医学、生物学等领域，具有极高的医用价值和科研价值，主要应用包括幽门螺杆菌检测、药代动力学研究等。

名称及毒性分组

（1）中文名称：碳-14

（2）英文名称：Carbon-14

（3）核素符号：14C

（4）原子序数：6

（5）原子质量数：14.003

（6）毒性分组：气态或蒸气态的14C：中毒组气态或蒸气态的14CO2、14CO：低毒组

辐射特性

半衰期：5.70E+03a

监测方法

（1）空气中14C的分析。空气中14C以多种化学形态存在，其中最主要的是14CO2。CO2的采集主要有碱液吸收法和吸附剂吸收法，最后被捕集吸收的CO2以CaCO3沉淀析出，用乳化闪烁液的固体悬浮物测量技术在闪液计数器上直接测量出CaCO3中的14C放射性。其分析步骤详见《电离辐射环境监测与评价》《空气中14C的取样与测定方法》（EJ/T1008—1997）。核设施排出的14C除14CO2形式外，也有少量的14CO或14CH4，可通过旁路系统加催化剂将CO和/或CH4气体转变为CO2气体收集后进行测量。

（2）水样中14C（无机碳HCO3−）的分析。采样时为回收1g碳，一般至少需要采集100L以上的水样。为分析和保存，一个地表水样至少需采集200～300L。同时注意样品应密闭保存在不易混入空气中CO2的容器中（如聚乙烯塑料瓶）并尽可能减少样品的蒸发，采样时不可加酸。采集到的样品用硫酸酸化，通入高纯氮驱赶出水中的CO2收集于NaOH溶液中。再加CaCl2生成碳酸钙沉淀，将沉淀过滤并烘干称重待测量。测量方法同空气中14C的分析，用乳化闪烁液的固体悬浮物测量技术在液闪计数器上直接测量出CaCO3中的14C放射性。其分析步骤详见《电离辐射环境监测与评价》。

（3）生物与土壤中14C的分析。为分析生物与土壤的14C活度浓度，首先需将样品脱水干燥，而后将样品在氧气流中加热燃烧，使有机物分解成二氧化碳和水。分解产生的CO2气体捕集于碱溶液中，加CaCl2得到CaCO3沉淀。CaCO3粉末均匀悬浮于闪烁液中，测量计数率，计算得出样品的14C活度浓度。其分析步骤详见《电离辐射环境监测与评价》。用低本底液体闪烁计数仪测量生物样品的14C活度浓度，CO2吸收法为满足最低探测限的要求，每次分析至少需要有含1g碳的CaCO3量。因此每次至少需要处理5～10g生物干样，或50～100g鲜样。

主要来源

（1）宇宙放射性核素：14C是上层大气与宇宙射线相互作用产生的中子被14N捕获而形成的，整个地球表面的入射中子通量产生的14C原子。

（2）生产和使用（包括医用）单位发生事故时，可造成14C对局部环境的污染。

（3）核燃料循环，核反应堆和核燃料后处理厂向环境中排放14C（14CO2为主）。重水堆的14C主要来源于燃料和重水中的17O以及环隙气体中的13C、14N等成分的活化，其中以慢化剂系统和热传输系统重水中的17O（n，α）14C反应为主。

（4）大气层核试验产物，其中核聚变反应产生的14C量是核裂变反应产生的14C量的13倍。

主要用途

（1）用于标记化合物示踪。利用14C作为示踪剂，在农业、化学、医学、生物学等领域中应用十分广泛。14C的标记化合物可用于研究农作物的光合作用、含碳农药在土壤和农作物中的残留情况等；可用于识别化学反应的中间产物、研究反应动力学和反应途径、研究化学键的形成过程、确定化学键的断裂位置、研究催化剂中毒的原因等；用于诊断疾病（如14C–黄嘌呤可用于检查肝功能）和制成低能β放射源；观察标记的蛋白质、脂肪、氨基酸等在体内的代谢过程；观察标记的药物在体内的代谢行径及由体内的排除情况。

（2）利用14C测定年代。假定近十万年来宇宙射线的成分没有多大变化，那么处于交换状态的碳中的14C含量便是一个恒定值。在试验方法上，只要测出处于交换状态中的现代碳里14C的比活度S0和标本中停止了交换的古老碳里14C的比活度SA，就可以计算出标本的绝对年代。该法在考古学研究中可推算出数百年至数万年前的木科、骨骼、毛发和纤维制品等古生物样品的年代，还可广泛用于地质学、地理学、海洋学和气象学等领域中的年代研究。

发展历程

2022年4月26日下午，在位于浙江嘉兴的秦山核电站，我国首批“碳-14”批量化生产正式启动。据了解，目前我国“碳-14”的供应全部依赖进口，价格贵，而且供应得不到保障。此次秦山核电启动“碳-14”批量化生产，产量将完全满足国内需求，彻底解决我国“碳-14”自主供给严重短缺的问题，同时还将有力带动我国同位素应用产业链的发展。

2022年10月，中核秦山同位素生产基地建设项目开工建设，规划建设五条同位素生产线，其中包括“碳-14”。

2024年4月20日，碳14靶件从秦山核电重水堆机组中成功抽出，这是中国首次利用核电商用堆批量生产碳14同位素，中国也从此彻底破解了国内碳14同位素依赖进口的难题，实现碳14供应全面国产化。

社会影响

2022年9月21日，国家原子能机构在北京发布核技术应用领域十件大事，其中包括碳-14同位素生产取得重大进展。

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