Senovinis švinas naudojamas šiandien

Moderniems fizikiniams eksperimentams dažniausiai reikalinga ypatingai moderni, jautri ir brangi įranga. Ir tai yra logiška – tiriami reiškiniai dažnai yra tiek nutolę nuo kasdienių patirčių, kad su kasdieniais įrenginiais jų užfiksuoti tampa neįmanoma. Tad gali pasirodyti keista, jog viename iš tokių tyrimų – tamsiosios materijos paieškose – reikšmingą vaidmenį atlieka dar Romos imperijos laikais išgautas švinas.

CDMS tamsiosios materijos detektorius. Šaltinis: FermiLab

Švinas, kaip labai sunkus cheminis elementas, naudojamas daug kur kaip ekranavimo medžiaga. Jis puikiai sugeria net ir labai energingą spinduliuotę, taigi po švininiais šarvais paslėptas detektorius saugiai gali fiksuoti tai, ko reikia mokslininkams, o ne pašalinius trukdžius. Tik viena problema – dalis švino pati yra radioaktyvi, skyla į bismutą ir skleidžia rentgeno spinduliuotę bei išmeta energingus elektronus. Taigi detektorių apsaugai reikia švino, kuris būtų kuo švaresnis – be radioaktyvių priemaišų.

Kaip išvalyti šviną? Vienas būdas yra tiesiog palaukti. Radioaktyvieji švino izotopai skyla gana greitai, stabiliausiojo jų skilimo pusperiodis yra kiek daugiau nei 22 metai. Tai reiškia, kad pusė šio izotopo kiekio suskyla per 22 metus. Per šimtą-kitą metų net ir nemažas pradinis izotopo kiekis pranyktų visiškai. Bet ar galime rasti šimtų metų senumo švino?

CDMS tamsiosios materijos detektoriaus schema. „Ancient lead“ yra būtent tai – šimtų metų senumo švinas, ekranuojantis detektorių nuo išorinio švino sluoksnio skleidžiamų rentgeno spindulių ir elektronų. Šaltinis: Akerib et al. (2005), PhysRevD 72, 052009

Pasirodo, galime. Švino rūda kasama ir švinas išgaunamas nuo priešistorinių laikų. Romos imperijos laikais švino pramonė buvo įgijusi milžiniškus mastus – metalas išgautas kaip sidabro išgavimo atlieka, o naudotas labai įvairiai, nuo svarelių žvejų tinkluose iki užtaisų svaidyklėms. Beveik nerūdyjantis metalas labai tiko vandentiekio vamzdžiams, kaip valiuta, vaistų gamybai ir taip toliau. Net ir tada buvo nerimaujama dėl galimo neigiamo poveikio sveikatai, bet tai nenustelbė metalo naudojimo.

Plati gavyba ir panaudojimas taip pat lėmė ir tai, kad kartais švino siuntos nepasiekdavo gavėjų. Kartais jos nuskęsdavo, kartais dar kažkur pradingdavo. Taip pat buvo ir švino sandėlių, kuriuos dabar atranda archeologai. Toks švinas apdirbtas gulėjo ilgiau nei tūkstantį metų – per tiek laiko jame nebeliko jokių radioaktyvių izotopų pėdsakų. Taigi jis puikiai tinka detektorių apsaugai.

Romėnų krovininis laivas. Tokie laivai gabendavo ir šviną; kartais švino kroviniai randami laivų nuolaužose Viduržemio jūroje. Šaltinis: De Agostini via Getty Images

Kuo ilgai po vandeniu ar sandėlyje gulėjęs švinas skiriasi nuo šiandien išgaunamo? Pagrindinė problema – radioaktyvūs švino izotopai atsiranda skylant uranui ir toriui, dviem elementams, gausiai naudojamiems branduoliniuose ginkluose. Prieš daugiau nei pusšimtį metų prasidėjus branduolinio ginklavimosi varžyboms, įvairios valstybės ėmė vykdyti antžeminius branduolinius testus. Radioaktyvūs elementai pasklido po visą Žemę ir buvo inkorporuoti į įvairias uolienas. Taip jie pateko į švino rūdas, todėl šiandien išgaunamas švinas visas turi šiek tiek radioaktyvių izotopų. Tuo tarpu švinas senovėje buvo švaresnis, be to, į apdirbto švino blokus radioaktyviems elementams įsiskverbti daug sunkiau, nei į rūdą.

Radioaktyvaus urano skilimo grandinė, sukurianti ir tris švino izotopus, iš kurių du yra radioaktyvūs. Šaltinis: Wikimedia Commons

Taigi, kai kitą kartą skaitysite naujienas apie tamsiosios materijos paieškas ar kitus tyrimus, kuriems reikia labai jautrių detektorių ir labai gero ekranavimo nuo pašalinių spinduliuotės šaltinių, turėkite omeny, kad ekranavimui gali pasitarnauti net ir archeologiniai radiniai.

Tekstą parengiau remdamasis Don Lincoln straipsniu Forbes.com.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *