Καλιφόρνιο: παράγεται σε μιλιγκράμ, ευτυχώς

Το δεύτερο ακριβότερο πράγμα στον κόσμο μετά την αντι-ύλη εναι άκρως ραδιενεργό και επικίνδυνο αλλά πολεμά τον καρκίνο και ανιχνεύει πετρέλαιοκαι επικίνδυνες ουσίες στον χώρο

ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ:  14/12/2014 05:45

Το καλιφόρνιο χρησιμοποιείται συχνά στις έρευνες για την ανεύρεση πετρελαίου

 

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο καλιφόρνιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Βίος και πολιτεία

Το καλιφόρνιο είναι ένα στοιχείο με μεταλλική συμπεριφορά, το οποίο παράγεται σε ποσότητες χιλιοστών του γραμμαρίου, διανέμεται από συγκεκριμένα ερευνητικά κέντρα στον κόσμο και οι χρήσεις του είναι πολύ εξειδικευμένες. Μία από αυτές είναι και η ανίχνευση ουσιών απαγορευμένων ή επικίνδυνων για την ασφάλεια ανθρώπων που κινούνται σε δημόσιους χώρους. Το στοιχείο αυτό λοιπόν μας δίνει την ευκαιρία να καταλάβουμε τα σχετικά με το θέμα αυτό. Διότι οι τεχνολογίες ανίχνευσης χωρίζουν τις αντίστοιχες συσκευές σε δύο μεγάλες κατηγορίες: ανιχνευτές ευαίσθητους στην ύπαρξη κάποιων ύποπτων καταστάσεων (Anomaly Detectors) και ανιχνευτές που επιβεβαιώνουν την ύπαρξη κάποιων επικίνδυνων ουσιών (Confirmation Detectors). Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν οι συσκευές σάρωσης με ακτίνες-Χ που μπορούν να επισημάνουν ότι μπορεί να υπάρχει κάτι ύποπτο αλλά είναι «χημικά τυφλές» και δεν διευκρινίζουν τι είναι αυτό που βρήκαν, οπότε πρέπει να γίνει κάποια επέμβαση για να επιβεβαιωθεί η υποψία. Γι' αυτό είναι προτιμότεροι οι ανιχνευτές της άλλης κατηγορίας. Εκεί όμως οι παλαιότερες συσκευές σού αποκαλύπτουν μεν και την ταυτότητα της ουσίας που ανιχνεύουν αλλά πρέπει να έχεις δώσει από πριν τους χημικούς τύπους όσων επίμαχων ουσιών περιμένεις να βρεις. Στην καθημερινή πραγματικότητα λοιπόν αυτό που χρειάζεται είναι συσκευές ικανές να αναγνωρίζουν στοιχειομετρικά μια ουσία και να βγάζουν τελικά τον χημικό της τύπο. Ενας άλλος τομέας όπου είναι απαραίτητο να γίνεται κάτι τέτοιο είναι τα εκρηκτικά σε παγιδευμένα αυτοκίνητα και οι θαμμένες στο έδαφος νάρκες. Οι συνηθισμένες συσκευές ανίχνευσης, οι οποίες χρησιμοποιούν ραντάρ, υπέρυθρες ακτίνες ή απλή ανίχνευση μετάλλων, έχουν στην περίπτωση των ναρκών μια στατιστική αρκετά χαμηλή, κάπου μία επιτυχία στις 800, αν και αυτοί οι αριθμοί είναι πάντα δύσκολο να επιβεβαιωθούν και εύκολο να παραχαραχθούν από τους κατασκευαστές ανταγωνιστικών συσκευών. Πάντως είναι βέβαιο πως ένα μηχάνημα που σου δίνει και τον μοριακό τύπο ενός ύποπτου αντικειμένου κάνει τη διαφορά της ημέρας από το... ηλιοβασίλεμα. Η στοιχειομετρική μέθοδος,  για την οποία εργάστηκαν φυσικοί με εξειδίκευση στις υψηλές ενέργειες, βασίζεται σε μια παρατήρηση γνωστή από παλιά. Η ακτινοβολία-γ που προκύπτει μετά τη σύγκρουση ενός νετρονίου και ενός ατόμου, που αποτελεί τον στόχο, είναι κάτι σαν μοναδική υπογραφή του ατόμου αυτού. Επίσης συνδυάζοντας την πληροφορία για τη διεύθυνση που ακολούθησε το νετρόνιο με την πληροφορία για το μήκος της τροχιάς του βγαίνει και η θέση του στόχου. Ενας υπολογιστής στη συνέχεια και σε πολύ μικρό χρόνο, σε δευτερόλεπτα, δίνει τα χημικά στοιχεία του ανιχνευόμενου στόχου. Επειδή λοιπόν το καλιφόρνιο είναι μια πολύ καλή πηγή νετρονίων, όπως θα δούμε στη συνέχεια, παίζει ρόλο στην κατασκευή και στη λειτουργία των πιο προχωρημένων ανιχνευτών.

Γιατί το είπαν έτσι

Η απάντηση προκύπτει αβίαστα αν γνωρίζεις ότι το «δημιούργησαν» για πρώτη φορά στο Εργαστήριο των ερευνών για τη ραδιενέργεια στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας. Βρίσκεται στον πίνακα των στοιχείων μετά το ουράνιο, γι' αυτό και λέγεται επίσης ότι ανήκει στην ομάδα των τρανσουράνιων στοιχείων. Το ότι δημιουργήθηκε για πρώτη φορά γύρω στις 9 Φεβρουαρίου του 1950 στο εργαστήριο σε μια συσκευή κύκλοτρον δεν σημαίνει πως είναι ένα από τα στοιχεία που κατασκεύασε ο άνθρωπος χωρίς να έχουν υπάρξει ποτέ στη φύση. Απλώς εκτός εργαστηρίου το βρίσκουμε στη σύγχρονη εποχή μόνο ως υπόλειμμα των παλαιότερων εκρήξεων που γίνονταν σε ανοιχτούς χώρους σε δοκιμές για όλο και πιο ισχυρές ατομικές βόμβες. Υπήρξε όμως και σε ελεύθερη κατάσταση, μεταξύ άλλων και στους λεγόμενους φυσικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες που έχουν ανακαλυφθεί στο Οκλο της Γκαμπόν στην Αφρική και έχουν ηλικία περίπου 1,8 δισεκατομμυρίων ετών.

Αριθμοί κυκλοφορίας

Ατομικός αριθμός:      98

Ατομικό βάρος:      252,1

Σημείο τήξεως:      900^οC

Σημείο ζέσεως:       1.470^οC

Πυκνότητα:            15 gr/cm³

Αριθμός ισοτόπων:      20

Τι θέλει από τη ζωή μας

Είναι ραδιενεργό και άκρως επικίνδυνο όταν βρίσκεται στα χέρια ασχέτων, λόγω της έντονης εκπομπής νετρονίων. Από το 1972 όμως αποδείχθηκε πολύ χρήσιμο στην καταπολέμηση του καρκίνου στον εγκέφαλο, αλλά ακόμη περισσότερο στη μήτρα, όπου θεωρείται πως όταν γίνει διάγνωση σε πρώιμο στάδιο μπορεί να δώσει ως και δέκα χρόνια παραπάνω ζωής.

Ενα εκατομμυριοστό του γραμμαρίου καλιφόρνιο-252 εκπέμπει 2,3 εκατομμύρια νετρόνια το δευτερόλεπτο.

Πόλεμος και ειρήνη

Χρήσιμο, επικίνδυνο και σπάνιο είναι οι τρεις λέξεις που το χαρακτηρίζουν. Μία από τις μεγαλοφυείς(;) ιδέες, η οποία ευτυχώς δεν υλοποιήθηκε, ήταν να δημιουργηθούν πυρηνικά όπλα της τσέπης, για μεγαλύτερη ευελιξία και ευκολία χρήσης, και γι' αυτό θα ήταν αρκετά 5 κιλά καλιφόρνιο σε μια συσκευασία. Προς το παρόν γλιτώνουμε από κάτι τέτοιο, αφού παράγονται κατ' έτος μόλις κάποια γραμμάρια από Αμερική και Ρωσία.

Εκπέμποντας 138 εκατομμύρια νετρόνια το λεπτό από 1 εκατομμυριοστό του γραμμαρίου θεωρείται πως είναι μια εξαιρετική πηγή για τα σωματίδια αυτά και χρησιμοποιείται για το ξεκίνημα στους πυρηνικούς αντιδραστήρες αλλά και για την ανίχνευση ρωγμών, κακών κολλήσεων ή άλλων μάλλον αθέατων προβλημάτων στις ατράκτους των αεροπλάνων.

Εκεί όπου χρησιμοποιείται αρκετά είναι στην ανίχνευση υπόγειων πηγών νερού, αλλά και στις έρευνες για πετρέλαιο χάρη στην ακτινοβολία-γ, όπως εξηγήσαμε πριν, που μπορεί να δίνει πληροφορίες και για την ποιότητα του κοιτάσματος.

Απορίες λογικές και μη

Πώς το έφτιαξαν;

Χάρη στον επιταχυντή σωματιδίων που ονομάστηκε εξαιτίας του σχήματός του κύκλοτρον (εύκολα μαντεύεις την ελληνική ρίζα της λέξης και εδώ). Ο επιταχυντής αυτός βασίστηκε σε μια ιδέα του αμερικανού φυσικού Ερνεστ Λόρενς του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας και κατασκευάστηκε χάρη στη δουλειά ενός μεταπυχιακού φοιτητή του. Επρόκειτο για μια εγκατάσταση αρκετά πολύπλοκη για την εποχή εκείνη, αρχές της δεκαετίας του '30.  Σε έναν κυλινδρικό θάλαμο κενού βρίσκονταν δύο άλλοι μεταλλικοί ημικυκλικοί θάλαμοι. Σαν να έχεις βάλει το γράμμα D το κεφαλαίο δύο φορές αλλά να κοιτάζουν αντίθετα τα δύο στοιχεία. Ξεκινώντας από το κέντρο, μια δέσμη σωματιδίων αρχίζει να ακολουθεί σπειροειδή τροχιά πηγαίνοντας προς την περιφέρεια. Η όλη διάταξη των θαλάμων σε σχήμα D βρίσκεται σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο που συγχρονίζεται με την πορεία της, έτσι ώστε να την επιταχύνει συνεχώς ώσπου να φθάσει στην περιφέρεια και εκεί βγαίνοντας να πέσει επάνω στον στόχο. Ετσι σε μικρό σχετικά χώρο έχεις έναν επιταχυντή σωματιδίων. Η συσκευή που χρησιμοποίησαν οι Τόμπσον, Στριτ, Γκιόρσο και Σίμποργκ είχε διάμετρο μόλις ενάμισι μέτρο και τον Μάρτιο του 1950 ανακοίνωσαν ότι βομβαρδίζοντας έναν στόχο από κιούριο-242 με σωματίδια-άλφα, δηλαδή πυρήνες ηλίου (δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια μαζί), παρήγαγαν καλιφόρνιο-245. Σε εκείνη την περίπτωση κατάφεραν να δημιουργηθούν μόλις 5.000 άτομα από το νέο στοιχείο με χρόνο ημιζωής 44 λεπτά.

Είναι ακριβό;

Πωλείται για επιστημονικούς σκοπούς από την Αμερικανική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας. Σε μια ενδιαφέρουσα κατάταξη των 19 πιο ακριβών πραγμάτων στον κόσμο, από τρούφες ως και χρυσάφι, κατατάσσεται δεύτερο σε αξία, μετά την αντι-ύλη, με τιμή 27 εκατ. δολάρια το γραμμάριο!!!

ΑΝΑΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ ΑΠΟ ΤΟ ΒΗΜΑ 17/12/2014