Blogger Widgets Το στέκι των Φυσικών Επιστημών: Αμερίκιο: ένα ραδιενεργό στοιχείο στη ζωή μας! Animated Blue Pencil
Drop Down MenusCSS Drop Down MenuPure CSS Dropdown Menu
****Καλώς ήρθατε στο στέκι των Φυσικών Επιστημών, ένα στέκι με άρθρα και πλούσιο εκπαιδευτικό υλικό για τους μαθητές Γυμνασίου!****Welcome to my blog. Hope you enjoy it!!*****

Δευτέρα, 17 Φεβρουαρίου 2014

Αμερίκιο: ένα ραδιενεργό στοιχείο στη ζωή μας!

Βίος και πολιτεία
  
Η «φωλίτσα» του αμερικίου σε έναν ανιχνευτή καπνού.
Υπήρξαν άνθρωποι στο παρελθόν που απελπισμένοι από τη ζωή τους και τα όσα τους ήλθαν στραβά άνοιξαν τον ανιχνευτή καπνού και κατάπιαν σαν να ήταν χαπάκι, με μερικές γουλιές νερό, τη μικρή ραδιενεργό πηγή που περιείχε και ήταν κλεισμένη σε χρυσόχαρτο; Αυτό τουλάχιστον μπορείς να συμπεράνεις από την εξήγηση που δίδεται στη συνέχεια και λέει ότι ο τρόπος αυτός αποδείχθηκε εντελώς αναποτελεσματικός! Διότι επέζησαν όλοι.

Το αμερίκιο είναι από τα ραδιενεργά στοιχεία που παράγονται πλέον βομβαρδίζοντας πλουτώνιο με νετρόνια μέσα σε πυρηνικό αντιδραστήρα. Από αυτή τη διαδικασία προκύπτει αμερίκιο-241 με χρόνο ημιζωής 432 χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι αφού περάσει αυτό το χρονικό διάστημα η μισή περίπου ποσότητα από όση έχουμε στη διάθεσή μας θα έχει εκπέμψει ακτινοβολία και θα έχει μετατραπεί σε άλλο στοιχείο, εδώ σε ποσειδώνιο-237, με χρόνο ημιζωής 2,1 εκατομμύρια χρόνια. Η μεγαλύτερη από την ποσότητα που παράγεται, και δεν είναι και τόσο πολλή, χρησιμοποιείται στην έρευνα, ενώ πολύ μικρό μέρος πηγαίνει για ραδιογραφία-γ και για τους ανιχνευτές καπνού.

Γιατί το είπαν έτσι
Ανακαλύφθηκε το 1944 στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου από την ομάδα Seaborg - James - Morgan - Ghiorso στα «απόνερα» των ερευνών για την ατομική βόμβα. Ο Seaborg, ο οποίος εκείνη την εποχή ήταν ο κατάλληλος άνθρωπος για να βρίσκει καινούργια στοιχεία, κάνοντας μια αναδιάταξη, έφερε το νέο στοιχείο κάτω από το ευρώπιο, που πήρε το όνομά του από την ήπειρο Ευρώπη. Ετσι θεωρήθηκε φυσιολογικό και αναμενόμενο εκείνη την εποχή να πάρει και η αμερικανική ήπειρος το δικό της μέρος στο περιοδικό σύστημα και το στοιχείο ονομάστηκε αμερίκιο. Στο βιβλίο του Ν. Δ. Κλούρα «Η ταυτότητα των χημικών στοιχείων» αναφέρεται ότι «λόγω των μεγάλων δυσκολιών που αντιμετώπισαν οι επιστήμονες στην πορεία της ανακάλυψης των δύο στοιχείων, αμερίκιο και κιούριο, πρότειναν αρχικά να τους δοθούν τα ονόματα Pandemonium και Delirium».

Αριθμοί κυκλοφορίας
Ατομικός αριθμός: 95
Ατομικό βάρος: 243,1
Σημείο τήξης: 994oC
Σημείο ζέσης: 2.607oC
Αριθμός ισοτόπων: 16

Κάποτε παραγόταν αυθόρμητα στους λεγόμενους φυσικούς αντιδραστήρες στο Γκαμπόν της Αφρικής, τώρα όμως δεν υπάρχει παρά σε ίχνη επάνω στη Γη.

Τι θέλει από τη ζωή μας;
Πρόκειται για μέταλλο, το οποίο όμως στην καθημερινή μας πραγματικότητα μπορεί να προκύπτει μόνο από επέμβαση ανθρώπινη, όταν άτομα πλουτωνίου βομβαρδίζονται με νετρόνια σε πυρηνικούς αντιδραστήρες ή όταν γίνονταν παλαιότερα πυρηνικές δοκιμές στον αέρα. Ολα τα ισότοπά του είναι ραδιενεργά. Εκεί όπου παράγεται αντιμετωπίζεται με προσοχή διότι είναι ραδιενεργό, εκπέμποντας κυρίως σωματίδια α και ακτινοβολία γ. Οταν βρεθεί στο σώμα μας, συγκεντρώνεται κυρίως στα οστά, στο συκώτι και στους μυς. Μένει εκεί και εκπέμπει για δεκάδες χρόνια σωματίδια, αυξάνοντας τον κίνδυνο για καρκίνο.


Πόλεμος και ειρήνη
Ολα γίνονται σχεδόν αποκλειστικά με το ισότοπο αμερίκιο-241. Είναι πηγή ακτινοβολίας σε ιατρικές διαγνωστικές συσκευές και αισθητήρες πρότυπης μέτρησης πυκνότητας ενός υλικού, υγρού ή στερεού. Η λειτουργία τους είναι απλή και αξιόπιστη, αλλά χρειάζεται μεγάλη προσοχή στη χρήση τους. Στην καρδιά μιας τέτοιας συσκευής βρίσκεται η πηγή ραδιενεργών σωματιδίων, στην περίπτωσή μας αμερικίου και βηρυλλίου, όπου από τη συνύπαρξη αυτή προκύπτουν νετρόνια. Και επειδή το υδρογόνο επιβραδύνει τα νετρόνια, μπορεί μια συσκευή με μια τέτοια πηγή να βαθμονομηθεί έτσι ώστε να μετράει την πυκνότητα του υδρογόνου, άρα να ανακαλύπτει και τη ροή νερού (που αποτελείται από υδρογόνο και οξυγόνο) αλλά και την υγρασία, ακόμη και σε λεπτά στρώματα όπως είναι η επίστρωση των δρόμων, και να καθορίζει αν το στρώμα της ασφάλτου έχει πέσει καλά. Επιπλέον μπορεί να ανιχνεύσει στα λεγόμενα διαχωριστικά στρώματα, όπου συνυπάρχουν αέριο, πετρέλαιο, άμμος, νερό, πώς είναι διαρθρωμένη η διαχωριστική επιφάνεια.

Επίσης και ως πηγή ακτίνων γ είναι χρήσιμο, διότι οι ακτίνες αυτές είναι αρκετά διαπεραστικές, οπότε μπορείς, για παράδειγμα, να στείλεις ένα τέτοιο υλικό μέσα σε έναν πετρελαιαγωγό. Την ίδια στιγμή, με αντίστοιχο ανιχνευτή ακτίνων γ, να ανιχνεύσεις σε ποιο σημείο μπορεί να υφίσταται διαρροή, αφού εκεί το υλικό που έβαλες μαζί με το πετρέλαιο διαρρέοντας θα βρεθεί πιο κοντά στην επιφάνεια του εδάφους και θα ανιχνευθεί, ενώ μέσα στον αγωγό αυτόν δεν θα ήταν δυνατόν.

Βέβαια η μεγάλη «επιτυχία» για το αμερίκιο και η grand application είναι οι ανιχνευτές καπνού. Σε μια τέτοια συσκευή έχουμε ως πηγή ακτινοβολίας 130-150 εκατομμυριοστά του γραμμαρίου οξείδιο του στοιχείου αυτού. Η πηγή βρίσκεται κλεισμένη σε ένα περιτύλιγμα από υλικό όπως αυτό της σοκολάτας, οπότε δεν διαφεύγουν από εκεί ραδιενεργά σωματίδια. Πηγαίνουν λοιπόν και χτυπούν τα μόρια που συγκροτούν τον αέρα, οξυγόνο και άζωτο. Τα διασπούν σε φορτισμένα ιόντα, δηλαδή σωματίδια με φορτία παγιδευμένα ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια υπό τάση.

Ετσι η κίνηση των ιόντων εξασφαλίζει τη ροή μικρής ποσότητας ηλεκτρικού ρεύματος για όσο διάστημα λειτουργεί ο ανιχνευτής και δεν υπάρχει καπνός στην ατμόσφαιρα. Οταν όμως παρεμβληθούν σωματίδια καπνού στην περιοχή των ηλεκτροδίων, τα ιόντα προσκολλώνται σε αυτά και κατά κάποιον τρόπο εξουδετερώνονται, άρα το μικρό εκείνο ρεύμα γίνεται ακόμη ασθενέστερο ή και διακόπτεται, οπότε άλλο κύκλωμα δίνει σήμα συναγερμού.

Τον Μάρτιο του 1962 το 1 γραμμάριο του στοιχείου πουλιόταν περίπου 1.500 δολάρια, ενώ μετά το 2010 είχε φθάσει να είναι εκατό φορές ακριβότερο.  

Απορίες λογικές και μη
Κάνετε λόγο συνέχεια για σωματίδια α και ακτινοβολία γ
Τα σωματίδια α είναι πυρήνες ηλίου-4, δηλαδή 2-νετρόνια και 2-πρωτόνια, που εκπέμπονται όλα μαζί ως ένα συγκρότημα. Η ακτινοβολία γ δεν έχει σχέση με εκπομπή σωματιδίων αλλά με εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων κατά τη διάρκεια ανακατατάξεων στους πυρήνες των ατόμων. Τα κύματα αυτά όμως έχουν αρκετή ενέργεια ώστε να προξενούν βλάβες στα άτομα, στα μόρια και στους μεταξύ τους χημικούς δεσμούς όταν εισχωρήσουν στο εσωτερικό του σώματός μας. Γι' αυτό και η ακτινοβολία γ κατατάσσεται στις ιονίζουσες, άρα επικίνδυνες ακτινοβολίες.


Πώς προκύπτει από εκείνο το σύμπλεγμα αμερίκιο-βηρύλλιο τελικά το νετρόνιο;
Από το αμερίκιο εκπέμπεται ένα σωματίδιο α που προσκρούει στο άτομο βηρυλλίου, αλλάζει τον πυρήνα του αφού προστέθηκαν νετρόνια και πρωτόνια, οπότε για ενεργειακούς λόγους εκπέμπεται ένα νετρόνιο, και αυτό κάνει την πηγή αμερίκιο-βηρύλλιο χρήσιμη για τη μέτρηση ροής και γιατί το υδρογόνο επιβραδύνει τα νετρόνια, άρα ένας ανιχνευτής χάνοντας ξαφνικά νετρόνια που δεν φθάνουν σε αυτόν μπορεί αντίστοιχα να δείξει πόσα υδρογόνα υπήρχαν περίπου.

Πόσα σωματίδια α δηλαδή βγαίνουν από την πηγή στον ανιχνευτή καπνού;
Δεν τα έχω μετρήσει είναι η αλήθεια, αλλά άλλοι το έχουν κάνει, ελπίζω με ακρίβεια, και τα βγάζουν κάπου 33.000 το δευτερόλεπτο. Σύντομα προσκρούουν σε άτομα οξυγόνου και αζώτου, προσελκύουν ηλεκτρόνια και έτσι δημιουργούνται ουδέτερα άτομα ηλίου και φορτισμένα ιόντα των άλλων δύο στοιχείων


Τι λέτε για τις αυτοκτονίες με ανιχνευτές;
Δεν γράφτηκε ακριβώς έτσι, καπνός ίσως μπήκε στα μάτια σας. Δεν αυτοκτόνησαν. Αλλά πίστεψαν ότι καταπίνοντας μια ραδιενεργό πηγή δίνουν εύκολο τέλος στη ζωή τους. Αλλά κλεισμένη όπως είναι η πηγή σε συσκευασία δεν διαρρέει κάτι επικίνδυνο, οπότε περνάει ανώδυνα σχεδόν από το σώμα. Κάτι σαν να το νοικιάζεις δηλαδή.
Γαλδαδάς Άλκης Βήμα Science

Δεν υπάρχουν σχόλια :

Δημοσίευση σχολίου

Παγκόσμιο ρολόι

Blogger Widgets