قام علماء NUST "MISiS" بمساعدة تقنية جديدة بقياس كمية العناصر النزرة في سبائك الرصاص العتيقة من سفينة غارقة من الرومان القدماء. اتضح أن الرصاص ، الذي يكذب لمدة 1500 عام تحت عمود الماء ، يحتوي على عدد قليل جدًا من العناصر المشعة - اليورانيوم والثوريوم التي يمكن استخدامها دون أي تنقية إضافية في واحدة من أكثر المناطق "تطلبًا" - الفيزياء النووية - دراسة الجزيئات الأولية. تم إجراء تجربة تحديد العناصر النزرة وتحديدها بالتعاون مع زملاء من المعهد المشترك للبحوث النووية (Dubna) والمركز الوطني للبحث العلمي (فرنسا).
كلما أصبحت الأجهزة الحديثة الأكثر دقة وإنتاجية ، أصبحت المواد الكيميائية الأكثر نقاء مطلوبة لصنعها. هذه هي ما يسمى بـ "المواد النقية بشكل خاص" (OHS) - والتي تحتوي على شوائب بكمية ضئيلة بحيث لا تؤثر على الخواص الأساسية المحددة للكائنات المدروسة. واحدة من أكثر المجالات "تطلبا" لتطبيق FFA هي الفيزياء التجريبية للجزيئات الأولية. على سبيل المثال ، بالنسبة لمسرعات الجسيمات المشحونة ، والتي تم بناؤها بالفعل تحت الأرض للحماية من الأشعة الكونية ، لا تزال هناك حاجة إلى حماية إضافية ضد الإشعاعات الصادرة عن الدروع الخاصة المصنوعة من الرصاص شديد النقاء. مثال على هذه المعجلات هو Large Hadron Collider CERN.
يتم الحصول على رصاص نقي جدًا على عدة مراحل ، مثل إذابة الخام ، والصهر ، وفصل السبائك إلى الأجزاء المكونة لها ، والتنظيف بالقلويات ، والفصل المتسلسل لكل مادة من المواد النجاسة. بعد عدة مراحل من التنقية ، يجب تحليل عينة من الرصاص النقي جداً. يجب ألا يزيد الحد الأقصى المسموح به من العناصر المشعة عن 0.0000000001٪ (عشرة مليارات) من إجمالي الكتلة. مع هذه الكمية من الشوائب المشعة وما دونها ، يمكن استخدام الرصاص لحماية الأجهزة عالية الدقة. ومع ذلك ، حتى الأساليب الحديثة للتحليل الأولي المباشر لا تسمح لأحد بتحديد هذه الكميات الصغيرة من الشوائب على خلفية المكون الرئيسي ، الرصاص.
جزء من سبيكة الرصاص الموجودة في الهيكل العظمي لسفينة رومانية قديمة قبالة ساحل فرنساالعلماء في مختبر الفصل والتركيز في التشخيص الكيميائي للمواد الوظيفية والأشياء البيئية من NUST "MISiS" تحت إشراف الدكتور Sc. اقترح بيتر فيدوتوف طريقة جديدة لفصل الشوائب لتحليلها اللاحق. أجريت التجربة على عينات من سبائك الرصاص القديمة التي يزيد عمرها عن 1500 عام. تم استخراج هذه الرصاص من قبل الرومان القدماء في مناجم تقع على أراضي إنجلترا الحديثة. عند نقل خام الرصاص ، غرقت السفينة ، ولم يتم اكتشافها إلا في نهاية القرن العشرين قبالة ساحل فرنسا.
في وقت التجربة ، استخدم هذا المركز من قبل المركز الوطني للبحث العلمي (فرنسا) لعدة سنوات كمواد نقية للغاية - أكثر من ألف عام ونصف ، وجزء كبير من اليورانيوم والثوريوم المتحلل بشكل طبيعي ، وحماية عمود الماء سبائك الرصاص من "لصق" شوائب إشعاعية جديدة. لم يتم اكتشاف اليورانيوم والثوريوم في هذا الرصاص ، ومع ذلك ، كان من المفترض أن كمية الشوائب يمكن أن تكون ببساطة أقل من مستوى "رؤية" التحليل المباشر للأدوات ، أي أقل من 0.00000001 ٪ (مائة مليون).
بعد ذلك اقترح علماء NUST "MISiS" طريقة خاصة بهم لفصل الشوائب لتحليلها لاحقًا. باستخدام ما يسمى بالطرد المركزي الكوكبي ونظام من اثنين من السوائل غير القابلة للامتزاج (الماء والكلوروفورم) التي تحتوي على الكواشف الخاصة ، حلوا أولاً عينة الرصاص في حامض النتريك النقي بشكل خاص ، ثم تم عزل الشوائب وتركيزها.
أجهزة الطرد المركزي الكواكبهذا النهج المشترك ، استنادًا إلى فصل الشوائب وعزمها اللاحق ، سمح لعلماء NUST "MISiS" بتحديد شوائب اليورانيوم والثوريوم بالدقة المطلوبة - 0.0000000001٪ (واحد عشر مليارات). ومع ذلك ، كان محتوى اليورانيوم والثوريوم أقل من هذا المستوى. وهكذا ، اتضح أن الرصاص العتيق ، الذي استخرجه الرومان القدماء ونُشِر من البحر بعد 1500 سنة فقط ، نظيف للغاية لدرجة أنه حتى مع أكثر الطرق دقة لفصل الشوائب وتحليلها ، لا يمكن رؤيتها وقياسها.
يخطط علماء NUST "MISiS" لاستخدام نظامهم الجديد لفصل الشوائب في أجهزة الطرد المركزي الخاصة بالكواكب في المستقبل ، وذلك أساسًا لتحليل TFA.
"من بين مزايا التقنية التي اقترحناها" مرونتها ": اعتمادًا على الشوائب التي تحتاج إلى فصل العناصر ، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الكواشف ومراحل السائل غير القابلة للامتزاج. يقول بيتر فيدوتوف ، رئيس الدراسة ، إنه من الممكن الفصل بين أصغر الشوائب فائقة الأثر وتركيزها وتحليلها لتحديد "درجة نقاء عالية" للمواد.
بالإضافة إلى ذلك ، مع وجود كميات كبيرة من عمود الفصل في أجهزة الطرد المركزي للكواكب ، من الممكن تنقية المواد بهذه الطريقة - عن طريق إذابتها ودفعها خلال دورة فصل الشوائب.
مقالة نشرت في مجلة
تالانتا .
تصوير ريا نوفوستي