Рассказывает радиоуглерод

Как-то студенты Гейдельбергского университета в ФРГ выполняли лабораторную работу — по содержанию радиоуглерода определяли возраст кустов, которые несколько лет назад были посажены вдоль шоссе, ведущего во Франкфурт-на-Майне. Результат оказался ошеломляющим: побегам было… три тысячи лет! Провели опыт еще и еще раз, но результат не изменился. Так что же, метод неверен? Не торопитесь с выводами. Давайте сначала посмотрим, какие причины могут привести к искажению результатов.

Определение содержания радиоуглерода в образцах основано на том, что в процессе его распада испускаются электроны, которые можно зарегистрировать счетчиками ядерного излучения. Распад идет очень медленно. Чтобы зафиксировать гибель хотя бы одного атома в минуту, требуется более четырех миллиардов атомов радиоактивного углерода. Казалось бы, огромное количество! Но это не так. Если извлечь из какого-нибудь образца углерод, то в каждом его грамме будет содержаться (если мы взяли, конечно, образец, в котором еще поддерживается равновесие углерода-14) около шестидесяти шести миллиардов атомов радиоуглерода. Значит, как это показывает простая арифметика, каждый грамм углерода даст примерно 15 распадов в минуту.

Поместим исследуемое вещество в счетчик и по регистратору импульсов вычислим, сколько образцу лет. Однако электроны достаточно «вялы» и не могут преодолевать большие расстояния в плотной среде. Поэтому, если мы поместим в счетчик твердый образец — например, кусочек угля или дерева, — то сможем измерить только излучение атомов, расположенных в верхнем слое. Излучение же от внутренней части не достигнет его поверхности, а следовательно, не будет измерено. Мы определим возраст угля неправильно. Поэтому обычно исследуемую древесину или уголь переводят в газообразное состояние — сжигают, получая хорошо нам известную двуокись углерода, или переводят в метан. Одним из этих газов и наполняют счетчик.

И все же, как бы тщательно газ ни был приготовлен, результат получится неправильным. Почему? Нам помешает фон от окружающих нас предметов, в которых, хотя и в незначительном количестве, содержатся радиоактивные элементы, такие, как уран, торий, калий и другие. Испускаемые ими частицы при попадании в счетчик тоже будут давать импульсы, неотличимые от радиоуглеродных.

Чтобы избавиться от этих помех, счетчик экранируют — помещают в железный «шкаф», у которого толщина стенок более тридцати сантиметров. Но ведь само железо тоже содержит радиоактивные микропримеси, излучение которых влияет на точность эксперимента. Поэтому на счетчик надевают еще и цилиндр со ртутью. Такое «одеяло» уже надежно закрывает счетчик от посторонних излучений. Если, например, незащищенный счетчик дает в минуту пятьсот импульсов вместо ожидаемых пятнадцати, то после экранировки — всего сто.

А почему не пятнадцать?

Дело в том, что экраны не спасают от достигающих поверхности Земли очень энергичных космических частиц. Они довольно легко проникают через огромные толщи вещества и могут исказить любой эксперимент.

Чтобы этого не произошло, ученые окружают основной счетчик с исследуемым образцом другими счетчиками, причем так надежно, что ни одна высокоэнергичная частица не может проскочить незамеченной. Эти внешние счетчики соединяют так, чтобы в тот момент, когда через один из них проскакивает незваная космическая гостья, основной счетчик отключался. На ничтожно малое время, около одной десятитысячной доли секунды. Этого вполне достаточно, чтобы счетчик с образцом не отозвался на посторонний сигнал.

Можно поступить и другим способом: использовать свойство энергичных частиц проходить насквозь — как говорится, «прошивать» — всю экспериментальную установку. Попав «на входе» в один из внешних счетчиков, они «на выходе» побывают и в противоположном. Радиоэлектронная аппаратура, регистрирующая импульсы, настраивается так, что совпадающие импульсы она не считывает. Этим способом удается избавиться от фона.

Ну вот, теперь мы учли, пожалуй, все. Можно приступать к определению возраста археологических находок. Но, оказывается, метод не всесилен. Очень далеко в глубь веков с ним забраться нельзя. Считается, что надежно определить возраст предметов можно на пятьдесят тысяч лет назад. И это понятно. Ведь со временем в веществе остается все меньше и меньше радиоактивных атомов, нам все труднее и труднее измерять излучение. Например, через пятьдесят семь тысяч лет его останется лишь сотая доля процента. Поэтому и считается, что уверенная датировка производится лишь на такое время. Однако это не так уж мало. Сюда укладываются три ледниковых периода, которые, конечно, оказывали значительное влияние на жизнь Земли.

С меньшей точностью можно определить возраст археологических находок, пролежавших в земле семьдесят — сто тысяч лет.

А вот теперь мы можем вернуться к тому конфузному случаю, который произошел с гейдельбергскими студентами. Виновниками ошибки здесь оказались… автомобили.