방사성 탄소 연대 측정법

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뉴질랜드 웰링턴[1]과 오스트리아 벌먼트[2]에서 측정한 대기중 탄소-14 농도의 연간 변화. 뉴질랜드 데이터는 남반구를 대표하며, 오스트리아 데이터는 북반구를 대표한다. 북반구에서의 탄소-14 농도는 대기중 핵실험 때문에 거의 두배로 증가하였다 [3].

방사성 탄소 연대 측정법(放射性炭素年代測定法, Radiocarbon dating)은 탄소화합물 중의 탄소의 극히 일부에 포함된 방사성 동위 원소탄소-14(14C)의 조성비를 측정하여 그 만들어진 연대를 추정하는 방사능 연대 측정의 한 방법이다. 간단하게 탄소연대측정이라고도 부른다.

탄소연대측정이 가장 많이 사용되는 대상은 유기물이 포함되어 있는 고고학 유물이다. 대기중의 탄소-14 비율은 일정했다고 알려져 있고 식물광합성, 동물호흡을 통해 대기중에 있는 탄소를 주고 받기 때문에, 살아 있는 동물과 식물이 가지고 있는 탄소-14의 비율은 공기중의 비율과 일치한다. 사후에는 외부와 격리된 상태에서 탄소-14만이 방사성으로 시간에 따라 감소하므로 반감기를 통해 경과시간 추정이 가능해진다.

탄소-14의 반감기는 약 5730년이며, 이를 이용하여 6만년까지의 연대를 측정할 수 있다. 보정(calibration)을 거치지 않은 순 연대에 대해 흔히 1950년을 기준으로 거꾸로 올라가는 BP(Before Present)라는 단위를 쓰며, 보정을 통해 실제의 날짜와 일치시킨다. 1950년을 기준으로 삼는 것은 핵실험에 의해 대기중 탄소-14의 양이 인위적으로 변화한 시점이 1950년이기 때문이다. 보정에 있어서는 일반적으로 매우 오래동안 살아있는 나무를 이용한다. 나무는 나이테 분석을 통해 그 나이를 정확히 알수 있기 때문이다.

이 기술은 시카고 대학교윌러드 리비와 그의 동료들이 1949년에 발견하였다. 리비는 탄소-14를 이용하면 1분에 단위 그램 당 14개의 14C가 붕괴한다는 결과를 얻었고, 이로 인해 1960년 노벨 화학상을 받게 되었다.

실험[편집]

탄소-14의 양을 실험적으로 측정하는 방법으로 방사선 계측법과 가속기 질량 분석법이 이용된다.

방사선 계측법은 시료 속에 포함된 탄소-14가 자연적으로 붕괴하면서 방출하는 전자의 수를 액체 섬광 검출기나 기체 비례 계수기와 같은 장비로 정밀 측정하여 탄소-14의 양을 역산하는 방법이다. 하지만 이 방법은 탄소-14의 반감기가 상대적으로 길기 때문에 적은 수의 전자만을 관찰할 수 있고, 이에 따라 상대적으로 큰 통계적 오차를 발생시킨다.

이에 비해 가속기 질량 분석법은 매우 적은 양의 시료로도 탄소-14의 비율을 정확히 알 수 있다. 가속기 질량 분석법은 시료속의 탄소 원자를 이온화 시킨 후, 입자 가속기로 가속한다. 가속된 이온을 자기장을 통과 시키면 그 질량에 따라 다른 괘적을 보이는데, 이를 통해 탄소-14 및 다른 탄소 동위원소를 구분할 수 있다[4].

주석[편집]

  1. Atmospheric δ14C record from Wellington, Carbon Dioxide Information Analysis Center, 2012년 8월 26일 확인.
  2. δ14 CO2 record from Vermunt, Carbon Dioxide Information Analysis Center, 2012년 8월 12일 확인.
  3. Radiocarbon dating, Utrecht University, 2012년 8월 12일 확인.
  4. 이온빔 가속기를 이용한 방사성탄소 동위원소 분석, 서울대학교 정전가속기 연구센터.