Dziwne zachowanie jąder platyny
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Fizycy znaleźli nowy sposób na wejrzenie w głąb jądra atomu. Okazuje się, że można tego dokonać śledząc interakcje pomiędzy światłem a gluonami, bezmasowymi cząstkami, które pośredniczą w oddziaływaniach silnych. Nowo opracowana metoda wykorzystuje nowo odkryty rodzaj kwantowej interferencji pomiędzy różnymi cząstkami.
Protony i neutrony, z których składa się jądro atomowe, są zbudowane z kwarków. Jednak same kwarki byłyby niestabilne, potrzebują gluonów, nośnika oddziaływań silnych, które na podobieństwo kleju utrzymują je razem. Gluony są zbyt małe, byśmy mogli je dostrzec, ale wchodzą w interakcje z fotonami, w wyniku czego powstają krótko żyjące mezony ρ (rho), które rozpadają się do pionów.
Uczeni z Brookhaven National Laboratory użyli akceleratora Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), w którym przyspieszane są jądra atomów złota i uranu. Podróżujące jądra były otoczone chmurą spolaryzowanych fotonów. Minęły się one z olbrzymią prędkością w odległości równej kilku średnicom jądra. Dzięki tak małej odległości chmury fotonów otaczające każde z jąder weszły w interakcje z gluonami drugiego jądra. Śledząc prędkości i kąty cząstek pochodzących z tych interakcji można bardzo precyzyjnie określić polaryzację fotonów, a to z kolei pozwala na stworzenie mapy dystrybucji gluonów zarówno w kierunku polaryzacji oraz prostopadle do niego. Taka technika daje nam możliwość znacznie bardziej precyzyjnych pomiarów rozkładu gluonów.
Naukowcy badali w akceleratorze kąty i prędkości pionów o ładunku dodatnim i ujemnym pochodzących ze wspomnianych interakcji. W ten sposób mogli stworzyć szczegółową mapę rozkładu gluonów w jądrach atomów złota i uranu. Technika obserwacji jest podobna do pozytonowej tomografii emisyjnej, ale działa w skali femtometrów (10-15 m). Pozwoli ona lepiej zrozumieć, w jaki sposób gluony biorą udział w tworzeniu jądra atomowego.
Wcześniejsze badania pozwalały jedynie określić, jak daleko od centrum jądra znajduje się każdy z gluonów, gdyż brakowało wówczas precyzyjnych informacji o polaryzacji. Skutkiem tego były błędy interpretacyjne, w wyniku których tak badane jądra wydawały się większe niż wykazywały to inne eksperymenty oraz modele teoretyczne. Naukowcy rozwiązali więc zagadkę trapiącą fizyków od 20 lat. Teraz wiemy, że podczas poprzednich, mniej precyzyjnych pomiarów, mylono pęd i energię fotonu z gluonami. Uzyskane przez nas obrazy są tak precyzyjne, że możemy nawet zauważyć, gdzie w dużym jądrze znajdują się protony, a gdzie neutrony, cieszą się autorzy badań.
Ponadto wzorce interferencji pomiędzy funkcjami falowymi obserwowanych pionów wykazały, że – mimo iż miały przeciwne ładunki – były one splątane. To pierwsza eksperymentalna obserwacja interferencji między niepodobnymi cząstkami. Niewykluczone, że uda się dzięki temu opracować nowe sposoby uzyskiwania stanów splątanych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Państwa wykorzystujące elektrownie atomowe są przygotowane na długotrwałe składowanie odpadów. Jedną z najważniejszych zasad bezpiecznego składowania takich odpadów jest niedopuszczenie do kontaktu z wodą. Jednak, jak się okazuje, współczesne metody przechowywania mogą... ułatwiać skażenie, jeśli już dojdzie do kontaktu z wodą.
Wiadomo, że odpady z elektrowni atomowych trzeba przechowywać przez setki lat. Jeśli w tym czasie dostanie się do nich woda, istnieje ryzyko skażenia wód gruntowych radioaktywnymi izotopami i rozprzestrzenienie zanieczyszczeń daleko poza miejsce składowania odpadów.
Aby temu zapobiec odpady zatapia się w obojętnym chemicznie nierozpuszczalnym szkle, a samo szkło umieszcza się w beczkach ze stali nierdzewnej, które izolują całość od otoczenia.
Testy wykazały, że każde z tych rozwiązań świetnie się sprawdza. Przynajmniej w teorii. Grupa naukowców z Pacific Northwest National Laboratory, Pennsylvania State University, Ohio State University, Rensselaer Polytechnic Institute oraz francuskiej Komisji Energii Atomowej i Alternatywnych Źródeł Energii, stwierdziła, że jeśli woda w jakiś sposób dostanie się do beczki, to na styk stali i szkła będzie działał jak katalizator przyspieszający degradację obu materiałów i uwalnianie odpadów do środowiska.
Naukowcy skupili się na zbadaniu scenariusza, w którym woda przedostaje się do beczek. Takiej sytuacji nie można wykluczyć. Nie wiemy bowiem, jak w ciągu setek lat zmieni się otoczenie, w którym przechowywane są odpady. Nie potrafimy przewidzieć, jak zmiany we wzorcach odpadów wpłyną na krążenie wód gruntowych. Zatem nawet tam, gdzie obecnie jest sucho i gdzie składuje się z beczki z odpadami, w przyszłości może pojawić się woda.
Zatem, jak stwierdzili specjaliści, należy tak przechowywać odpady z elektrowni atomowych, by pozostawały one bezpieczne nawet wówczas, gdy zostaną narażone na kontakt z wodą. Dotychczasowe testy wykazywały, że zarówno stal nierdzewna jak i szkło są długoterminowo stabilne przy kontakcie z wodą. Jednak teraz eksperci testowali, co się stanie, jeśli szkło i stal mają ze sobą kontakt, a pomiędzy nie dostanie się woda.
Okazało się, że na styku obu materiałów zachodzą inne reakcje chemiczne niż na powierzchni każdego z nich z osobna. Przy długoterminowym kontakcie z wodą tak czy inaczej dochodzi do rozpuszczenia materiału. Na styku stali i szkła lokalna koncentracja takich rozpuszczonych materiałów może być wysoka, co tworzy nowe środowisko chemiczne, przyspieszając korozję. Materiały zaczynają ze sobą reagować w znacznie szybszym tempie niż ma to miejsce normalnie. Pojawia się zjawisko korozji szczelinowej, podczas której zwiększa się lokalna kwasowość, co sprzyja przyspieszeniu korozji stali.
Naukowcy postanowili sprawdzić swoje przewidywania w praktyce. Zetknęli ze sobą szkło i stal nierdzewną, dodali do tego roztwór chlorku sodu. Całość była przez 30 dni trzymana w temperaturze 90 stopni Celsjusza. Później oba materiały zbadano za pomocą mikroskopu. Okazało się, że z części szkła całkowicie zostały wypłukane metale. To typowe zjawisko wymywania metali ze szkła w kwaśnym środowisku. W pobliżu miejsca prowadzenia eksperymentu zanotowano znaczące zwiększenie ilości żelaza, co pokazuje, że również stal zaczęła się rozpuszczać. Naukowcy uważają, że dodatkowo reaktywność, a co za tym idzie degradacja materiałów, jest zwiększana przez chrom, który w dużych ilościach (m.in. 11%) wchodzi w skład stali nierdzewnej.
Badania samej stali wykazały, że w wyniku reakcji pokryła się też warstwą aluminium, sodu i innych metali. To wskazuje, że część rozpuszczonego materiału osadziła się na stali. Taka warstwa może z czasem zmniejszyć reaktywność i zmniejszyć tempo korozji stali, jednak potrzebne są dłużej trwające eksperymenty, by to potwierdzić.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Jak naprawdę wyglądają jądra atomowe? Czy znajdujące się w nich protony i neutrony są rozmieszczone chaotycznie? A może łączą się w klastry alfa, czyli grudki zbudowane z dwóch protonów i dwóch neutronów? W przypadku kilku lekkich jąder doświadczalne potwierdzenie indywidualizmu bądź rodzinnej natury nukleonów będzie teraz łatwiejsze dzięki przewidywaniom przedstawionym przez fizyków z Krakowa i Kielc.
Każdy w miarę sumienny licealista dokładnie wie, jak wygląda jądro atomowe: to zlepek przypadkowo rozmieszczonych protonów i neutronów (czyli nukleonów). Sami fizycy nie mają jednak tak jednoznacznych wyobrażeń. Już w 1931 roku, zaledwie 20 lat po odkryciu jądra atomowego, pojawiły się pierwsze sugestie, że protony i neutrony w jądrach atomowych łączą się w jądra helu, a więc w grupki dwóch protonów i dwóch neutronów, często nazywane klastrami alfa. Jądra atomowe są jednak obiektami tak skrajnie małymi i trudnymi do zbadania, że choć od pierwszych przewidywań upłynął już niemal wiek, wciąż nie udało się jednoznacznie potwierdzić występowania w nich klastrów alfa.
Łączenie się obiektów w grupy sprzyja obniżaniu energii w układach fizycznych. Ten potężny, uniwersalny mechanizm występuje w przyrodzie w różnych skalach wielkości: kwarki łączą się w mezony lub bariony, atomy w cząsteczki, gwiazdy w galaktyki, a galaktyki w grupy galaktyk. W przypadku jąder atomowych symulacje komputerowe sugerują, że np. w jądrze berylu 9Be znajdują się dwa klastry alfa i jeden neutron (cały kompleks z wyglądu przypominałby hantel). W jądrze węgla 12C powinny znajdować się trzy klastry alfa (kształt jądra byłby więc trójkątny), cztery w tlenie 16O (tu jądro przypominałoby piramidę), dziesięć w wapniu 40Ca i czternaście w niklu 56Ni.
W 2014 roku naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie, we współpracy z fizykami z Universidad de Grenada, przedstawili sposób wykrycia śladów pierwotnej struktury jąder atomowych w rozkładzie prędkości cząstek rozbiegających się z punktu zderzenia ultrarelatywistycznych lekkich jąder atomowych z tarczą zbudowaną z jąder ciężkich, takich jak ołów 208Pb czy złoto 197Au. Ówczesne przewidywania koncentrowały się wokół sposobów detekcji klastrów alfa w jądrach węgla 12C.
W naszej najnowszej publikacji, napisanej wraz z fizykami z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach, przedstawiamy bardziej szczegółowe przewidywania dotyczące możliwości zaobserwowania śladów klastrów alfa w jądrach atomowych. Pokazujemy przy tym, jak klastry te można byłoby wykryć w kolejnych jądrach, nie tylko węgla 12C, ale także berylu 7Be i 9Be oraz tlenu 16O, mówi prof. dr hab. Wojciech Broniowski (IFJ PAN, UJK).
Metoda wykrycia klastrów alfa w jądrach atomowych, opisana w publikacji wyróżnionej przez redaktorów czasopisma Physical Review C, opiera się na ciekawej zależności. Ciężkie jądra atomowe, nawet gdyby składały się z klastrów alfa, są tak duże, że z dobrym przybliżeniem można je traktować jako dość jednorodne kule. Gdy w takie jądro z prędkością ultrarelatywistyczną (a więc bardzo bliską prędkości światła) uderza lekkie jądro atomowe, energia zderzenia jest tak wielka, że protony i neutrony na ułamki sekund rozpadają się na kwarki i zlepiające je gluony. Powstaje wówczas prawdopodobnie najbardziej egzotyczny płyn: plazma kwarkowo-gluonowa.
W naszej pracy zauważamy, że jeśli lekkie jądro atomowe nie jest jednorodne, obłok plazmy kwarkowo-gluonowej utworzony w wyniku zderzenia jest zdeformowany. Jego kształt przynajmniej w pewnym stopniu będzie odpowiadał kształtowi lekkiego jądra. Plazma będzie się więc rozlewała na wszystkie strony, ale w różnych kierunkach z nieco innymi prędkościami, wyjaśnia dr hab. Maciej Rybczyński, prof. UJK.
Plazma kwarkowo-gluonowa stygnie tak szybko, że bezpośrednie jej zaobserwowanie nie jest obecnie możliwe. Już po kilku femtosekundach (milionowych części jednej miliardowej sekundy) kwarki i gluony łączą się ponownie w cząstki w procesie nazywanym hadronizacją.
W kierunkach, w których plazma kwarkowo-gluonowa płynęła nieco szybciej, możemy się spodziewać nieco większych prędkości cząstek powstałych przy hadronizacji. Jeśli więc z dostateczną precyzją zarejestrujemy pędy cząstek rozbiegających się z punktu zderzenia, potencjalnie jesteśmy w stanie z drobnych różnic wydobyć informację o kształcie jądra, które uderzyło w tarczę. Na dodatek informacja ta będzie dotyczyła jądra w stanie podstawowym, tłumaczy Milena Piotrowska, doktorantka UJK.
Badania fizyków z IFJ PAN i UJK, współfinansowane z grantów Narodowego Centrum Nauki, dostarczają konkretnych przewidywań teoretycznych. Kolejny krok należy teraz do fizyków doświadczalnych pracujących przy akceleratorach o dużych energiach, takich jak Super Proton Synchrotron (SPS) czy Large Hadron Collider (LHC) w europejskiej organizacji CERN bądź Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) w amerykańskim Brookhaven National Laboratory. Ponieważ eksperymenty potwierdzające grudkowatą strukturę jąder atomowych nie wymagają rozbudowy obecnie działającej aparatury, będzie można je przeprowadzić już w najbliższych latach.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ken Busseler, chemik z Woods Hole Oceanographic Institute, poinformował o wynikach badań nad wpływem katastrofy elektrowni atomowej w Fukushimie na pobliskie środowisko oceaniczne. W miesiąc po katastrofie w oceanie w miejscu zrzutu wody z elektrowni stwierdzono, że stężenie cezu-137 jest o 45 000 000 razy większe niż normalnie. Jednak w związku z ruchem wód szybko zaczęło ono spadać. W lipcu, cztery miesiące po wypadku, stężenie przekraczało normę już „tylko“ 10 000 razy.
Najnowsze analizy wykazują, że woda nie stanowi już zagrożenia dla ludzi i zwierząt. Jednak, jak ostrzega Busseler, osady morskie mogą być groźne przez wiele dziesięcioleci. Uczonego martwi jeszcze coś. Od lipca poziom cezu-137 w wodzie utrzymuje się na niemal stałym poziomie. Jego zdaniem, skażona woda wciąż wpływa do oceanu. To najprawdopodobniej woda, która wcześniej wsiąkła w grunt. Wraz z osadami dennymi będzie ona przez długie lata stanowiła zagrożenie.
Firma TEPCO, operator elektrowni w Fukushimie, ujawniła, że w grunt mogło wsiąknąć nawet 45 ton wody skażonej strontem. Pierwiastek ten koncentruje się w kościach i wywołuje ich nowotwory. Zagrożeniem dla człowieka mogą być zatem małe ryby, które są spożywane wraz z ośćmi.
Jak pamiętamy, morska woda była wykorzystywana do awaryjnego chłodzenia reaktorów po katastrofie. Mniej skażoną wodę odprowadzano bezpośrednio do oceanu, by zrobić w zbiornikach miejsce na wodę bardziej skażoną. Jednak jej część również wyciekła.
FIrma TEPCO od czasu wypadku regularnie bada próbki wody. Buesseler i inni naukowcy przygotowali właśnie analizę tych danych. Szczególne obawy budzi cez-137, którego okres połowicznego rozpadu wynosi aż 30 lat. Dla Japończyków, to nie pierwsze zagrożenie tego typu. ZSRR od lat 50. ubiegłego wieku pozbywał się odpadów nuklearnych wrzucając je do oceanu. W latach 60. duże ilości cezu-137 pochodzącego z sowieckiej armii, zostały zatopione niedaleko Japonii. Prowadzone w 2010 roku badania wykazały, że jego koncentracja spadała już do 1,5 Bq/m3. Tymczasem wyciek z Fukushimy spowodował koncentrację rzędu 68 milionów Bq/m3. Nigdy wcześniej takie ilości pierwiastków radioaktywnych nie były obecne w oceanie.
Naukowcy wzywają do przeprowadzenia badań osadów morskich. Jest to ważne także i z tego powodu, że w japońskiej kuchni dużą rolę odgrywają owoce morza. Tymczasem żyjące przy dnie zwierzęta mogą być przez dziesięciolecia wystawione na zwiększone dawki promieniowania, co w efekcie może zagrozić ludziom.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Badania nad procesami zachodzącym we wnętrzu gwiazd mogą przyczynić się do skuteczniejszej walki z nowotworami. Astronomowie z Ohio State University współpracują ze specjalistami ds. radiologii onkologicznej w celu stworzenia urządzenia, które będzie bardziej zabójcze dla guzów nowotworowych, a jednocześnie łagodniejsze dla zdrowej tkanki.
Urządzenie ma wykorzystywać zauważone w gwiazdach i wokół czarnych dziur zjawisko absorbowania i emisji promieniowania przez metale. Zauważono bowiem, że np. żelazo poddane działaniu promieni X emituje niskoenergetyczne elektrony. Niewykluczone zatem, że implant stworzony z ciężkich atomów metali umożliwi silne napromieniowanie guza, a jednocześnie zdrowa tkanka otrzyma dawkę promieniowania mniejszą niż jest to obecnie możliwe.
Symulacje przeprowadzone na Ohio State University (OSU) wykazały, że poddanie oddziaływaniu promieniami X o określonej częstotliwości pojedynczego atomu złota lub platyny powoduje, że atom ten emituje ponad 20 wolnoenergetycznych elektronów.
Sądzimy, że nanocząsteczki wprowadzone do guza mogą efektywnie absorbować promienie X i emitować elektrony, które zabiją guza - mówi Sultana Nahar z OSU.
Nahar wraz z profesore astronomii Andile Pradhanem odkryli, że przy odpowiednich częstotliwościach promieniowania X elektrony w atomach ciężkich metali wpadają w wibracje i uwalniają się ze swoich orbit, tworząc niewielkie skupiska plazmy wokół atomów. Jeśli udałoby się w ten sposób wykorzystać promienie X, to byłby to najprawdopodobniej największy postęp tej techniki od czasu odkrycia ich pożytecznych właściwości w 1890 roku.
Od dawna wiadomo, że gdy z orbity wypadnie jeden z elektronów blisko jądra, to elektron z dalszej powłoki może zająć jego miejsce. Proces ten jest związany z uwolnieniem się energii. Mamy wówczas do czynienia z samojonizacją, czyli efektem Augera. To zjawisko emisji elektronów przez atom, zachodzące dzięki energii uwalnianej podczas „opadania" elektronów z wyższych powłok walencyjnych na niższe. Często uwalniająca się energia jest na tyle duża, że dochodzi do wybicia kolejnych elektronów. Te tzw. wolne elektrony Augera mają niską energię, ale jest ich na tyle dużo, że, jak sądzą uczeni, mogą skutecznie zbombardować guza uszkadzając jego DNA.
Jako, że platyna jest już używana w walce z nowotworami, profesor Pradhan ma nadzieję, że nowa metoda będzie łączyła chemio- i radioterapię. Najpierw do guza zostaną wprowadzone cząsteczki platyny, a następnie za pomocą promieni X zostaną one aktywowane i przystąpią do niszczenia nowotworu.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.