目錄

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前言：

正文:

一.C-14元素簡介（部分摘抄自百度百科）

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#同位素（Isotope）定義：

#酯化反應(yīng)：

#放射性:

#放射性同位素（Radioactive isotope?）：

#衰變方式：?

#鉀-氬法測定：

#熱釋光測定：

#豐度:

?二、發(fā)展簡史

三、簡化版具體操作

一般是根據(jù)文物上的碳12來推算的。當(dāng)有機體活著時，在新陳代謝的過程中，由于不斷地有碳—12和碳—14排出體外和進(jìn)入體內(nèi)，體內(nèi)的碳—12和碳—14的比值保持為10^12：1。而當(dāng)有機體死亡后，由于新陳代謝的停止，有機體與外界的物質(zhì)交換也就停止了，碳—14無法得到補充。這樣有機體的碳—14的含量就會不斷地減少，過了5730年，只剩下1/2，過了11460年，只剩下1/4。而有機體的碳—12的含量不會由于時間的變化而變化，這樣化石和遺體中碳—14和碳—12的比值發(fā)生變化，時間越久遠(yuǎn)，碳—14含量越小。用科學(xué)方法測定其中碳—14和碳—12的含量的比值即可推算出古生物生活的年代。 我國文物考古工作者用碳—14法，取得了不少重大科研成就。如應(yīng)用碳—14法鑒定結(jié)果推斷我國早在宋代就開始把煤炭用于冶鐵。1972年初至19744年初，我國考古工作者對長沙馬王堆三座漢墓進(jìn)行了有計劃的發(fā)掘。墓中出土了三千多件珍貴文物和發(fā)現(xiàn)了一具保存2100年的女尸?？脊艑W(xué)家測定該婦女死亡時的確切年代就采用了碳—14法。一般可從棺木上取下一點點木屑，用實驗手段測定木材中測定同位素碳—14與碳—12的含量之比就可計算出來。 碳—14法可應(yīng)用于測定幾百年到5萬年以前的有機體的年代。更為古老的樣品含碳—14太少，就不能用此法準(zhǔn)確測定了。

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前言：

? ? ? ? ?昨天晚上第一次處理活魚，今天父親做魚，吃午飯的時候，我們看新聞，北京博物館館長介紹恐龍化石推測時間的時候，父親說這個肯定是鬼扯，誰說得清楚是什么時候的，我說生物的骨骼有C14元素，然后科學(xué)家可以通過觀測C14的特征什么的就可以了，說得好像很有道理，這個特征就是半衰期，這個半衰期我也沒扯出來，那繼續(xù)深入呢？所以還是需要相對了解深入一點，才能說服老爸。

正文:

一.C-14元素簡介（部分摘抄自百度百科）

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碳14是碳元素的一種具放射性的同位素，它是透過宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產(chǎn)生。碳-14原子核由6個質(zhì)子和8個中子組成。其半衰期約為5,730±40年，衰變方式為β衰變，碳14原子轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>氮-14原子。

1940年，美國科學(xué)家馬丁·卡門（Martin Kamen）與同事山姆·魯賓（Sam Ruben）在美國勞倫斯伯克利國家實驗室發(fā)現(xiàn)碳14。?[1-2]??而后時任芝加哥大學(xué)教授威拉得·利比（Willard Libby）應(yīng)用碳14發(fā)明了碳—14年代測定法并獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎。#不得了！?[3-6]??該測定法利用有機材料中含有碳-14這一特性，根據(jù)它可以確定考古學(xué)、地質(zhì)學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)樣本的大致年代，其最大測算不超過6萬年（而且沒有參照的情況下誤差較大）。?[6-7]?

碳14是 自然界中碳元素有三種同位素，即穩(wěn)定同位素12C、13C和放射性同位素14C。 14C的半衰期為5730年，14C的應(yīng)用主要有兩個方面：一是在考古學(xué)中測定生物死亡年代，即放射性測定年代法?的一種，其他常用的還有鉀-氬法測定，鉀-氬法測定，熱釋光測定等；二是以14C標(biāo)記化合物為示蹤劑，探索化學(xué)和生命科學(xué)中的微觀運動。在地球上有99%的碳以碳-12的形式存在，有大約1%的碳以碳-13的形式存在，只有兆分之一（0.0000000001%）是碳-14，存在于大氣中，由大氣中氮與宇宙射線作用生成，其豐度基本保持不變，是生物圈中碳-14的來源。

#同位素（Isotope）定義：

具有相同質(zhì)子數(shù)，不同中子數(shù)的同一元素的不同核素互為同位素（Isotope）。

氫有三種同位素，氕（H）、氘（D，重氫）、氚（T，超重氫）；碳有多種同位素，12C、13C和?14C（有放射性）等。#氕氘氚拼音： [piē dāo chuān]

同位素是同一元素的不同原子，其原子具有相同數(shù)目的質(zhì)子，但中子數(shù)目卻不同。例如：氕、氘和氚，它們原子核中都有1個質(zhì)子，但是它們的原子核中卻分別有0個中子、1個中子及2個中子，所以它們互為同位素。其中，氕的相對原子質(zhì)量為1.007947，氘的相對原子質(zhì)量為2.274246，氚的相對原子質(zhì)量為3.023548，氘幾乎比氕重一倍，而氚則幾乎比氕重二倍。

同位素具有相同原子序數(shù)的同一化學(xué)元素的兩種或多種原子之一，在元素周期表上占有同一位置，化學(xué)性質(zhì)幾乎相同（氕、氘和氚的性質(zhì)有些微差異），但原子質(zhì)量或質(zhì)量數(shù)不同，從而其質(zhì)譜性質(zhì)、放射性轉(zhuǎn)變和物理性質(zhì)（例如在氣態(tài)下的擴(kuò)散本領(lǐng)）有所差異。同位素的表示是在該元素符號的左上角注明質(zhì)量數(shù)（例如碳14，一般用14C來表示）。

在自然界中天然存在的同位素稱為天然同位素，人工合成的同位素稱為人造同位素。如果該同位素是有放射性的話，會被稱為放射性同位素。每一種元素都有放射性同位素。有些放射性同位素是自然界中存在的，有些則是用核粒子，如質(zhì)子、a粒子或中子轟擊穩(wěn)定的核而人為產(chǎn)生的。#這也是為什么鄧稼先先生做了核彈實驗，收到放射性元素影響導(dǎo)致身體不好，這個專門寫一篇小文弄懂原理。

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同位素發(fā)現(xiàn)意義：

同位素的發(fā)現(xiàn)，使人們對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識更深一步。這不僅使元素概念有了新的含義，而且使相對原子質(zhì)量的基準(zhǔn)也發(fā)生了重大的變革，再一次證明了決定元素化學(xué)性質(zhì)的是質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)），而不是原子質(zhì)量數(shù)。

開發(fā)應(yīng)用：

綜述

許多同位素有重要的用途，例如12C是作為確定原子量標(biāo)準(zhǔn)的原子； 兩種H原子是制造氫彈的材料；?235U是制造原子彈的材料和核反應(yīng)堆的原料。同位素示蹤法廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究（如國防）、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療技術(shù)方面，例如用O標(biāo)記化合物確證了酯化反應(yīng)的歷程。

和平利用核能

和平利用核能的重要方面，也是核工業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)和人民生活服務(wù)的一個重要內(nèi)容。

1982年，核工業(yè)部成立了中國同位素公司，負(fù)責(zé)組織同位素生產(chǎn)、供應(yīng)和進(jìn)出口貿(mào)易。中國核學(xué)會成立了核農(nóng)學(xué)、核醫(yī)學(xué)、核能動力、輻射工藝、同位素等19個分會。并多次召開各有關(guān)專業(yè)會議，推廣核能、同位素和其他核技術(shù)的應(yīng)用。

我國同位素能生產(chǎn)的品種越來越多，包括放射性藥物、各種放射源、氫-3、碳-14等標(biāo)記化合物、放化制劑和放射免疫分析用的各種試劑盒和穩(wěn)定同位素及其標(biāo)記化合物等。同位素的生產(chǎn)單位中中國原子能科學(xué)研究院同位素的生產(chǎn)量，就占全國的總量的80%以上。我國同位素在國內(nèi)的用戶，由過去主要依靠進(jìn)口，逐步轉(zhuǎn)為大部分由國內(nèi)生產(chǎn)自給。

隨著同位素生產(chǎn)的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了同位素和其他核技術(shù)在許多部門的應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

農(nóng)業(yè)方面

農(nóng)業(yè)方面，采用輻射方法或輻射和其他方法相結(jié)合，培育出農(nóng)作物優(yōu)良品種，使糧食、棉花、大豆等農(nóng)作物都獲得了較大的增產(chǎn)。利用同位素示蹤技術(shù)研究農(nóng)藥和化肥的合理使用及土壤的改良等，為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)提供了新的措施。其他如輻射保藏食品等研究工作，也取得了較大的進(jìn)展。

醫(yī)學(xué)方面

醫(yī)學(xué)方面，全國有上千家醫(yī)療單位，在臨床上已建立了百多項同位素治療方法，包括體外照射治療和體內(nèi)藥物照射治療。同位素在免疫學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳工程研究和發(fā)展基礎(chǔ)核醫(yī)學(xué)中，也發(fā)揮了重要作用。

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許多同位素有重要的用途，例如12C是作為確定原子量標(biāo)準(zhǔn)的原子； 兩種H原子是制造氫彈的材料；?235U是制造原子彈的材料和核反應(yīng)堆的原料。同位素示蹤法廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究（如國防）、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療技術(shù)方面，例如用O標(biāo)記化合物確證了酯化反應(yīng)的歷程。

#酯化反應(yīng)：

酯化反應(yīng)，是一類有機化學(xué)反應(yīng)，是醇跟羧酸或含氧無機酸生成酯和水的反應(yīng)。分為羧酸跟醇反應(yīng)和無機含氧酸跟醇反應(yīng)和無機強酸跟醇的反應(yīng)三類。羧酸跟醇的酯化反應(yīng)是可逆的，并且一般反應(yīng)極緩慢，故常用濃硫酸作催化劑。多元羧酸跟醇反應(yīng)，則可生成多種酯。無機強酸跟醇的反應(yīng)，其速度一般較快。典型的酯化反應(yīng)有乙醇和醋酸的反應(yīng)，生成具有芳香氣味的乙酸乙酯，是制造染料和醫(yī)藥的原料。酯化反應(yīng)廣泛的應(yīng)用于有機合成等領(lǐng)域。

#放射性:

放射性是指元素從不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地放出射線，（如α射線、β射線、γ射線等）而衰變形成穩(wěn)定的元素而停止放射（衰變產(chǎn)物），這種現(xiàn)象稱為放射性。衰變時放出的能量稱為衰變能量。原子序數(shù)在83（鉍）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序數(shù)小于83的元素（如锝）也具有放射性。

#放射性同位素（Radioactive isotope?）：

原子有穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種。不穩(wěn)定的原子除天然元素外，主要由核裂變或核聚變程中產(chǎn)生碎片形成。這些不穩(wěn)定的元素在放出α、β、γ等射線后，會轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的原子。這種不穩(wěn)定的元素就稱為放射性同位素。根據(jù)放射性同位素衰變過程放出的射線（或稱輻射）的不同，放射性衰變有α、β、γ衰變?nèi)箢?。放射性同位素技術(shù)已經(jīng)廣泛用過國民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域，并取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。

元素的原子由原子核和電子構(gòu)成，而原子核又由質(zhì)子和中子組成。同種元素具有相同的質(zhì)子數(shù)，但可以有不同的中子數(shù)，這種具有相同的質(zhì)子數(shù)而具有不同的中子數(shù)的元素叫同位素。其中有一些同位素的原子核能自發(fā)地發(fā)射出粒子或射線，釋放出一定的能量，同時質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)發(fā)生變化，從而轉(zhuǎn)變成另一種元素的原子核。元素的這種特性叫放射性，這樣的過程叫放射性衰變，這些元素叫放射性元素。具有放射性的同位素叫放射性同位素。發(fā)生放射性衰變的元素稱為母體，由放射性衰變形成的元素稱為子體。?

#衰變方式：?

1、α衰變

α衰變是一種放射性衰變。在此過程中，一個原bai子核釋放一個α粒子（由兩個中子和兩個質(zhì)子形成的氦原子核），并且轉(zhuǎn)變成一個質(zhì)量數(shù)減少4，核電荷數(shù)減少2的新原子核。

2、β衰變

β衰變是一種放射性衰變。在此過程中，一個原子核釋放一個β粒子（電子或者正電子），分為β+衰變（釋放正電子）和β-衰變（釋放電子）。

3、γ衰變

γ輻射通常伴隨其他形式的輻射產(chǎn)生，例如α射線，β射線。當(dāng)一個原子核發(fā)生α衰變或者β衰變時，生成的新原子核有時會處于激發(fā)態(tài)，這時，新原子核會向低能級發(fā)生躍遷，同時釋放γ粒子。這就是γ輻射。

擴(kuò)展資料：

相關(guān)理論

放射性核素在衰變過程中，該核素的原子核數(shù)目會逐漸減少。衰變至只剩下原來質(zhì)量一半所需的時間稱為該核素的半衰期(half-life)。每種放射性核素都有其特定的半衰期，由幾微秒到幾百萬年不等。

原子核由于放出某種粒子而變?yōu)樾潞说默F(xiàn)象，原子核是一個量子體系，核衰變是原子核自發(fā)產(chǎn)生的變化，它是一個量子躍遷過程，它服從量子統(tǒng)計規(guī)律。

對任何一個放射性核素，它發(fā)生衰變的精確時刻是不能預(yù)知的，但作為一個整體，衰變的規(guī)律十分明確。若在dt時間間隔內(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目為dN，它必定正比于當(dāng)時存在的原子核數(shù)目N，顯然也正比于時間間隔dt。衰變不受任何條件的影響，是物質(zhì)特有的性質(zhì)。

#鉀-氬法測定：

鉀·氬法可測定10萬年以上的人類化石，主要適用于火山灰?guī)r或與火山灰?guī)r相關(guān)聯(lián)的歷史遺址.其基本原理是：鉀在一般巖石和礦物中是很常見的元素，在地殼中含量豐富。鉀有兩個主要同位素，即鉀39和鉀40，但只有鉀40是放射性的，有兩種不同的衰變方式，約有89％以放射一個電子的方式衰變成鈣40，1l%以捕獲一個電子的方式衰變成氬40.鈣也是一種常見元素，一般巖石和礦物中都有。由鉀40衰變形成的鈣與原來所含的鈣40混在一起，無法區(qū)別，于是可以用鉀40衰變出來的氬40來斷代。氬為惰性氣體。在火山巖形成時，原有氬40不可能保存下來，后來在巖石中的氬40都來自于鉀40的衰變而逐漸積累。如果人類化石或遺址能覆蓋在火山灰中，或其地層與火山灰相關(guān)聯(lián)而能夠比較，即可進(jìn)行鉀-氬測定。主要測出樣品的鉀40和放射性成因的氬40含量，就可測出其絕對年代。

#熱釋光測定：

熱釋光測年法，或稱熱螢光定年法，是利用熱釋光效應(yīng)（thermoluminescence）測量含有結(jié)晶體的礦物或燒制文物，自加熱或燒制后經(jīng)過時間的一種方法。利用熱釋光效應(yīng)，可以根據(jù)樣本所釋放光子的能量判斷出樣本自從上一次被加熱后至今所接受的環(huán)境背景輻射能量之和，因而估算自加熱時間點至今經(jīng)過的時間。

自然界中的結(jié)晶體，如陶瓷原料中的石英等，在其形成和存在的過程中，不斷受到地下的放射性物質(zhì)和宇宙中的各種放射性射線的輻照。在這些射線的影響下，晶體就以內(nèi)部電子轉(zhuǎn)移或結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)變來儲存各類輻射所給予的能量。這些貯存在晶體內(nèi)部的能量，當(dāng)遇到外來熱刺激時，會通過儲能電子的復(fù)原運動以光的形式再度把能量釋放出來，這種發(fā)光現(xiàn)象即所謂熱釋光。陶瓷器經(jīng)過高溫?zé)坪?#xff0c;原來晶體中貯存的能量已經(jīng)放完，從這個時候起，陶瓷器重新開始接受地下各種放射性物質(zhì)和宇宙中各種射線的輻照。年代越久，放射性越強，貯存的能量也就越多，因而熱釋光量也越多，即熱釋光量與所受的放射性總劑量成正比，因此熱釋光量與陶瓷器的年齡成正比。但各個陶瓷器即使所受放射性劑量相同，所產(chǎn)生的熱釋光量也不一定相同，因此不能簡單地根據(jù)熱釋光量來計算陶瓷器的年齡。較為正確的燒制年代要根據(jù)有關(guān)公式計算出來。

#豐度:

豐度???（即為該元素在自然體中的豐度abundance of elements），是指一種化學(xué)元素在某個自然體中的重量占這個自然體總重量的相對份額（如百分?jǐn)?shù)）。

豐度表示方法主要分為重量豐度、原子豐度和相對豐度。詞條詳細(xì)介紹了研究元素豐度的意義、發(fā)現(xiàn)歷史、以及地殼元素豐度等內(nèi)容。

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?二、發(fā)展簡史

由于其半衰期達(dá)5,730年，且碳是有機物的元素之一，我們可以根據(jù)死亡生物體的體內(nèi)殘余碳-14成分來推斷它的存在年齡。生物在生存的時候，由于需要呼吸，其體內(nèi)的碳14含量大致不變，生物死去后會停止呼吸，此時體內(nèi)的碳-14開始減少。由于碳元素在自然界的各個同位素的比例一直都很穩(wěn)定，人們可透過測量一件古物的碳14含量，來估計它的大概年齡。這種方法稱之為放射性碳定年法。

這個方法估計的大氣碳-14含量通過植物年輪（最多可推算到大約10000年前）或者洞穴堆積物（例如鐘乳石，最多可推算到大約45000年前）來推算。根據(jù)這個推算（更確切的說）對比年輪和洞穴堆積物就可以建立起碳-14的年代變化模型，從而獲得其它樣本的年齡。

不過，碳-14測年法最大測算時間不超過6萬年，而且所測得的年代有頗大的誤差。而且它的假定，即大氣中的碳-14濃度不會隨時間而改變，也與事實有落差。此外，碳-14測定法亦有可能受到諸如火山爆發(fā)等自然因素影響，因為在火山噴發(fā)時將地下大量氣體和物質(zhì)帶到大氣中，從而影響碳-14在某區(qū)域大氣中的含量。所以，若沒有其他年代測定方法（如：利用樹木的年輪）來檢訂，單單依賴碳-14的測年數(shù)據(jù)并不完全可靠。隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和大量化石燃料的應(yīng)用，古代深藏地下的碳-14被排放到大氣中并進(jìn)入生物循環(huán)，放射性碳定年法的結(jié)果因此也十分容易受到干擾。

利用宇宙射線產(chǎn)生的放射性同位素碳—14來測定含碳物質(zhì)的年齡，就叫碳—14測年。由美國科學(xué)家馬丁·卡門與同事塞繆爾·魯賓于1940年發(fā)現(xiàn)。已故著名考古學(xué)家夏鼐先生對碳—14測定考古年代的作用給了極高的評價：“由于碳—14測定年代法的采用，使不同地區(qū)的各種新石器文化有了時間關(guān)系的框架，使中國的新石器考古學(xué)因為有了確切的年代序列而進(jìn)入了一個新時期。

那么，碳—14測年法是如何測定古代遺存的年齡呢？原來，宇宙射線在大氣中能夠產(chǎn)生放射性碳—14，并能與氧結(jié)合成二氧化碳形后進(jìn)入所有活組織，先為植物吸收，后為動物納入。只要植物或動物生存著，它們就會持續(xù)不斷地吸收碳—14，在機體內(nèi)保持一定的水平。而當(dāng)有機體死亡后，即會停止呼吸碳—14，其組織內(nèi)的碳—14便以5730年的半衰期開始衰變并逐漸消失。對于任何含碳物質(zhì)，只要測定剩下的放射性碳—14的含量，就可推斷其年代。

三、簡化版具體操作

一般是根據(jù)文物上的碳12來推算的。當(dāng)有機體活著時，在新陳代謝的過程中，由于不斷地有碳—12和碳—14排出體外和進(jìn)入體內(nèi)，體內(nèi)的碳—12和碳—14的比值保持為10^12：1。而當(dāng)有機體死亡后，由于新陳代謝的停止，有機體與外界的物質(zhì)交換也就停止了，碳—14無法得到補充。這樣有機體的碳—14的含量就會不斷地減少，過了5730年，只剩下1/2，過了11460年，只剩下1/4。而有機體的碳—12的含量不會由于時間的變化而變化，這樣化石和遺體中碳—14和碳—12的比值發(fā)生變化，時間越久遠(yuǎn)，碳—14含量越小。用科學(xué)方法測定其中碳—14和碳—12的含量的比值即可推算出古生物生活的年代。 我國文物考古工作者用碳—14法，取得了不少重大科研成就。如應(yīng)用碳—14法鑒定結(jié)果推斷我國早在宋代就開始把煤炭用于冶鐵。1972年初至19744年初，我國考古工作者對長沙馬王堆三座漢墓進(jìn)行了有計劃的發(fā)掘。墓中出土了三千多件珍貴文物和發(fā)現(xiàn)了一具保存2100年的女尸。考古學(xué)家測定該婦女死亡時的確切年代就采用了碳—14法。一般可從棺木上取下一點點木屑，用實驗手段測定木材中測定同位素碳—14與碳—12的含量之比就可計算出來。 碳—14法可應(yīng)用于測定幾百年到5萬年以前的有機體的年代。更為古老的樣品含碳—14太少，就不能用此法準(zhǔn)確測定了。

參考資料

• 1.??Martin David Kamen??．加州大學(xué)官網(wǎng)[引用日期2016-05-19]
• 2.??勞倫斯實驗室的35項科研突破??．勞倫斯伯克利國家實驗室官網(wǎng)[引用日期2016-05-19]
• 3.??Willard Libby 生平??．諾貝爾獎官網(wǎng)[引用日期2016-05-19]
• 4.??Willard Libby 簡介??．諾貝爾獎官網(wǎng)[引用日期2016-05-19]
• 5.??UChicago Nobel Laureates??．芝加哥大學(xué)官網(wǎng)[引用日期2016-12-11]
• 6.??UChicago site of radiocarbon dating discovery named historic landmark??．芝加哥大學(xué)官網(wǎng)[引用日期2016-12-11]
• 7.??RADIOCARBON DATING Applications of Accelerator Mass Spectrometry??．加州大學(xué)伯克利分校官網(wǎng)[引用日期2016-12-11]
• 8.??王祥云 劉元方．《核化學(xué)與放射化學(xué)》：北京大學(xué)出版社，2007年3月

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的考古中怎么判断化石的年代？碳14的半衰期？然后呢？//2021-2-5 知其然，知其所以然。的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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