Cách tìm tuổi thọ hạt thóc Thành Dền

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Tại Nhật, các chuyên gia sẽ sẽ sử dụng phương pháp khối phổ gia tốc kế (AMS - Accelerator Mass Spectrometry) để xác định tuổi thọ của các mẫu vật. Đây là phương pháp giám định niên đại bằng cacbon phóng xạ C-14, có tốc độ phân tích nhanh, độ chính xác cao hơn nhiều lần so với phương pháp truyền thống. Trong bài viết này, Đất Việt giới thiệu cơ sở, nguyên lý, đặc điểm của phương pháp AMS cùng một số biện pháp khác có thể tìm ra câu trả lời về số phận hạt thóc Thành Dền.

Sơ lược về phương pháp giám định niên đại qua cacbon phóng xạ C-14

Về bản chất, C-14 luôn được sinh ra khi neutron từ tia vũ trụ tác động với khí nitơ theo phản ứng:

C-14 cũng tạo ra có tính phóng xạ, nó sẽ tự phân rã beta tạo thành khí nitơ, electron và neutrino theo phản ứng. 

Do hai hoạt động tạo thành và phân rã C-14 diễn ra đồng thời nên thành phần đồng vị C-14 trong tổng cacbon luôn là một giá trị không đổi. Khi sinh vật (cây, côn trùng) còn sống, chúng luôn trao đổi cacbon với môi trường nên thành phần C-14 trong cơ thể những sinh vật này bằng với môi trường và không đổi. Khi chúng chết đi, do quá trình trao đổi cacbon bị ngừng.

Chu kỳ án rã của C-14 là 5.730 năm, do đó cứ sau 5.730 năm thành phần C-14 lại giảm đi một nửa, khiến thành phần C-14 trong mẫu vật giảm dần. Do đó, chỉ cần đo lượng C-14 trong mẫu vật và so sánh với tỷ lệ của nó trong khí quyển hiện nay, các nhà khoa học dễ dàng tính ra được tuổi của mẫu vật với độ chính xác cao. Đây chính là cơ sở cho việc giám định niên đại hạt thóc Thành Dền.

Chu trình của cacbon phóng xạ C-14 trong thiên nhiên

Hiện nay, trên thế giới có hai phương pháp khác nhau để tính tuổi C-14 là: Đo phát xạ beta và khối phổ gia tốc kế. Điểm khác biệt lớn nhất giữa phương pháp đo phát xạ beta thông thường và AMS ở chỗ: phương pháp thứ nhất tính số lượng C-14 gián tiếp qua số hạt beta phát ra trong một đơn vị thời gian còn phương pháp AMS trực tiếp tính số lượng C-14 trong mẫu vật. Phương pháp AMS không đòi hỏi nhiều mẫu vật như phương pháp đó phát xạ beta. Do đó, kết quả thu được từ AMS luôn được đánh giá cao hơn.

Nguyên lý tiến hành phương pháp AMS

Để tính khối lượng C-14 qua khối phổ gia tốc kế, các nhà khoa học phải thực hiện hai công đoạn: gia tốc cho các chùm ion tới tốc độ cực cao, sau đó, dùng chùm ion đó bắn qua mẫu vật, tùy thuộc vào khối lượng nguyên tử các thành phần trong mẫu mà ion sẽ tán xạ theo các hướng và vận tốc khác nhau.

Dựa vào phổ tán xạ của chùm ion này các chuyên gia sẽ tính toán được hàm lượng C-14 trong mẫu. 

Về nguyên tắc, có hai phương pháp gia tốc chùm ion, phương pháp thứ nhất là sử dụng máy gia tốc cyclotron và phương pháp hai là dùng máy gia tốc điện trường tandem.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của khối phổ gia tốc AMS

Ưu điểm của phương pháp AMS

Ưu điểm lớn nhất của phương pháp giám định tuổi C-14 bằng AMS là khối lượng mẫu yêu cầu cực kỳ nhỏ. Phương pháp này chỉ yêu cầu 0,02 g - 0,5 gr mẫu so với mức 10g (đối với mẫu gỗ hoặc than gỗ) hay 100 gr (mẫu xương hay trầm tích) của phương pháp đo phát xạ beta thông thường. Đối với cùng một mẫu, thường phương pháp AMS yêu cầu lượng mẫu ít hơn 1.000 lần.

Điểm này khiến AMS hoàn toàn ưu việt khi phân tích các mẫu vật quý, có khối lượng nhỏ và yêu cầu không phá hủy mẫu. Nhờ AMS, các mẫu vật như vết máu, hạt giống ... đã có thể giám định tuổi bằng C-14, trong khi phương pháp thông thường bất lực.

Giám định bằng AMS cũng nhanh hơn rất nhiều so với giám định bằng cách đếm beta. Thông thường, để giám định một mẫu vật bằng AMS chỉ mất hai giờ trong khi phương pháp còn lại tiêu tốn từ một đến hai ngày.

Cuối cùng, kết quả giám định bằng AMS có tính chính xác rất cao và hầu như không bị nhiễu loạn bởi các yếu tố môi trường. Phương pháp thông thường sẽ có sai số đáng kể nếu trong mẫu vật có chứa các nguồn phân rã beta khác như Cesi-137 hay Cobalt-60.

Nhược điểm của phương pháp AMS

Tuy nhiên, AMS cũng có một số nhược điểm, mặc dù không ảnh hưởng lắm đến chất lượng phân tích.

Thứ nhất, máy phân tích khối phổ cực kỳ đắt, có giá thành hàng triệu USD và cần được bảo dưỡng thường xuyên nên chi phí duy trì, phân tích cũng vô cũng tăng theo.

Thứ hai, do có độ chính xác cao nên mẫu thường phải được xử lý thật kỹ, tốn công sức trước khi phân tích để đạt được kết quả chính xác.

Một hệ thống máy AMS có giá thành lên tới hàng triệu USD.

Dù ứng dụng chủ yếu của AMS là giám định C-14 tính niên đại mẫu vật khảo cổ, tuy nhiên, nó cũng được dùng hạn chế trong một số lĩnh vực khác như hóa dược hay khoa học đại đương, độc chất học và vi lượng học. Ví dụ như để lập bản đồ ba chiều phân bố cacbon 14 hòa tan trong các vật chất vô cơ chứa cacbon.

(Theo biethet.com)