Dziwne zachowanie jąder platyny
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By 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 -
By 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.
-
By 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.
-
By KopalniaWiedzy.pl
Po awarii w elektrowni w Fukushimie świat baczniej zaczął przyglądać się energetyce jądrowej. W USA senatorowie zażądali, by Nuclear Regulatory Commision (NRC) przeprowadziła inspekcje amerykańskich reaktorów. Tymczasem NRC wraz z Sandia National Laboratory od sześciu lat prowadzi badania, które mają dać odpowiedź na pytanie dotyczące zagrożenia dla życia mieszkańców w razie wystąpienia bardzo poważnej awarii. Pełny raport z badań ukaże się prawdopodobnie wiosną przyszłego roku, jednak już teraz organizacja o nazwie Union of Concerned Scientists, która specjalizuje się w technologiach atomowych zdobyła, powołując się na Freedom of Information Act, wstępną wersję raportu.
Wynika z niego, że ryzyko jest znacznie mniejsze niż mówiły wcześniejsze badania NRC.
Studium ma dać odpowiedź na pytanie ile cezu-137 wydostanie się z amerykańskiej elektrowni podczas awarii. Rozważany jest scenariusz, podczas którego dochodzi do całkowitej utraty zasilania przez elektrownię, nie działa też zasilanie awaryjne. W związku z tym dochodzi do stopienia rdzenia.
NRC skupiło się na dwóch różnych elektrowniach: Peach Bottom Atomic Power Station w Pennsylvani, która korzysta z reaktorów takich, jak w Fukishimie (BWR - reaktor wodny wrzący) oraz Surry Power Station w Virginii, gdzie wykorzystywany jest reaktor wodny ciśnieniowy (PWR). Pod uwagę wzięto też dane ze 100 innych reaktorów. Specjaliści NRC doszli do wniosku, że w amerykańskich elektrowniach ryzyko stopienia rdzenia jest bardzo małe, a awaria tego typu będzie prowadziła do znacznie mniejszej liczby przypadków śmiertelnych, niż dotychczas sądzono.
Z nowych symulacji wynika, ze w czasie awarii poza reaktor przedostanie się 1-2 procent cezu-137. Poprzednie szacunki mówiły o ucieczce nawet 60% pierwiastka. Stwierdzono też, że na śmiertelną postać nowotworu zachoruje 1 na 4348 osób mieszkających w promieniu 10 mil od elektrowni. Wcześniej szacowano, że będzie to 1 na 167 osób.
Zdaniem NRC uwolnienie się materiału radioaktywnego nie nastąpi gwałtownie, co oznacza, że ludzie mieszkający w pobliżu elektrowni będą mieli czas na ewakuację. Liczba przypadków gwałtownej śmierci, związanych z wystawieniem na olbrzymie dawki promieniowania będzie bliska zeru. Niektóre osoby otrzymają jednak na tyle dużą dawkę, że w ciągu kilku dekad rozwiną się u nich śmiertelne nowotwory.
Wydarzenia przebiegają wolniej, a w niektórych przypadkach znacznie wolniej niż początkowo oceniano. Uwalniają się mniejsze dawki promieniowania niż sądzono - mówi Charles G. Tinkler, jeden z autorów raportu.
Autorzy badań symulowali różne scenariusze, biorąc pod uwagę temperatury, przepływ wody czy ciśnienie pary wodnej.
NRC ocenia, że w przypadku elektrowni Pech Bottom w krótkim czasie nie doszłoby do żadnego przypadku śmiertelnego wśród okolicznych mieszkańców. Jednak znacznie póxniej pojawiłyby się śmiertelne formy nowotworów.
Raport NRC spotkał się już z krytyką. Jednym z najbardziej znaczących krytyków jest znany fizyk atomowy Edwin Lyman, członek Union of Concerned Scientists. Jego zdaniem NRC w swoich raportach zawsze rysuje zbyt cukierkowy obraz i pod tym względem najnowsze badania nie różnią się od innych. Zdaniem Lymana NRC błędnie zakłada, że 99,5% osób mieszkających w promieniu 10 mil od elektrowni uda się ewakuować zanim zostaną narażeni na duże dawki promieniowania. Ponadto, jak zauważa fizyk, NRC przyjęło, że awaria ma miejsce podczas typowej dla danego obszaru pogody. Jeśli jednak w czasie awarii pojawi się deszcz to, jak zwraca uwagę Lyman, materiał radioaktywny zostanie zmyty z powietrza na niewielki obszar ziemi. Uczony uważa też, że NRC powinna badać nie wpływ na obszar 10 ale 50 mil wokół elektrowni. W USA w promieniu 10 mil od elektrowni żyje przeciętnie 62 000 osób, podczas gdy przeciętna populacja w promieniu 50 mil to już 5 000 000 osób.
NRC broni się twierdząc, że badania miały pokazać najbardziej prawdopodobny, a nie najgorszy scenariusz z możliwych. Przypomina, że poprzednie oceny dotyczące promienia 50 mil pokazywały, że umrze 1 na 2128 osób, a obecne mówią, że umrze 1 na 6250 osób.
Lymana te tłumaczenia nie przekonują. Jego zdaniem raport dowodzi tylko, jak niebezpieczne są reaktory atomowe. Badanie prowadzone przez NRC korzysta bowiem z tak olbrzymiej ilości zmiennych, że trzykrotne zmniejszenie ryzyka nie ma znaczenia.
-
By KopalniaWiedzy.pl
Jedno z najbardziej szczegółowych badań dotyczących występowania białaczki u dzieci a zamieszkiwaniem w pobliżu elektrowni atomowych wykazało brak związku pomiędzy chorobą a bliskością elektrowni. Badanie to stoi w sprzeczności z wynikami uzyskanymi w 2008 roku przez Niemców. Przed trzema laty w ramach badań KiKK (Kinderkrebs in der Umgebung von Kernkraftwerken - Dziecięcy nowotwór w okolicy elektrowni atomowych) stwierdzono, że dzieci mieszkające w promieniu 5 kilometrów od elektrowni obarczone są dwukrotnie większym ryzykiem zachorowania na białaczkę.
Najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjski Komitet Badań Medycznych Aspektów Promieniowania w Środowisku (Committee on Medical Aspects of Radiation in the Environment - COMARE) nie znalazły dowodów, by bliskość elektrowni narażała dzieci na białaczkę. Alex Elliott, szef COMARE mówi, że należy sprawdzić inne czynniki, które spowodowały, że KiKK potwierdził związki elektrowni atomowych z białaczką.
Od dawna podejrzewa się, że elektrownie atomowe emitują na tyle dużo promieniowania, iż może to powodować nowotwory u dzieci. Jednak dowody na poparcie tych twierdzeń są bardzo nieliczne.
COMARE badało przypadki białaczki u dzieci w wieku poniżej 5. roku życia, mieszkających w pobliżu jednej z 13 brytyjskich elektrowni atomowych. Nie znaleziono żadnych znaczących związków.
W Wielkiej Brytanii białaczkę diagnozuje się corocznie u około 500 dzieci. W ciągu ostatnich 35 latach zanotowano tylko 20 przypadków białaczki u dzieci w wieku poniżej 5 lat mieszkających w promieniu 5 kilometrów od elektrowni atomowej. Tak małej liczby nie można uchwycić statystycznie. Uczeni z COMARE stwierdzają, że jeśli istnieje jakiś związek, to jest on bardzo niewielki.
W raporcie COMARE skrytykowano też badania KiKK. Niemcom wytknięto, że nie wzięli pod uwagę innych czynników białaczki, a wiadomo przecież, że jest ona związana np. ze statusem socjoekonomicznym i gęstością zaludnienia.
COMARE badało też przypadki białaczki w tych miejscach, gdzie elektrownie atomowe miały powstać, ale nigdy nie zostały zbudowane. W jednym z nich zauważono niewielki wzrost zapadalności dzieci poniżej 5. roku życia na białaczkę, ale przy tak rzadkiej chorobie każdy dodatkowy przypadek będzie stanowił odchylenie od normy.
Nie wszyscy jednak są przekonani, że COMARE odpowiednio przyłożyło się do pracy. Steve Wing, epidemiolog z University of North Carolina mówi, że badania nie zostały dobrze przygotowane. Przypomina też, że w USA właśnie trwają prace mające uzupełnić wyniki badań z 1990 roku. US Nuclear Regulatory Commission chce sprawdzić ewentualny związek pomiędzy emisją z elektrowni a zapadalnością na nowotwory. Amerykanie mogą dostarczyć znacznie bardziej precyzyjnych danych, gdyż biorą pod uwagę nie tylko samą statystykę zachorowań, ale również szacują dawki promieniowanie otrzymywane w życiu płodowym i wczesnym dzieciństwie.
Z kolei Leo Kinlen, epidemiolog z University of Oxford od dawna twierdzi, że takie miejsca jak bazy wojskowe czy elektrownie atomowe mogą przyczyniać się do większej liczby zachorowań na białaczkę, gdyż w ich pobliżu dochodzi do sporych ruchów ludności, a kontakt z wieloma obcymi ludźmi naraża nas na kontakt z nowymi wirusami, co może potencjalnie zwiększać ryzyko zachorowania.
-