Τετάρτη, 8 Οκτωβρίου 2014

Αφνιο: Tο Παρ’ Ολίγον Υπερόπλο



 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Το ενδιαφέρον με στοιχεία που δεν ανήκουν στα πιο γνωστά είναι ότι μπορείς ξαφνικά να βρεις μπροστά σου ιστορίες που ούτε μπορούσες να φανταστείς. Και μια τέτοια περίπτωση είναι το άφνιο. Εκτός από το ότι πρόκειται για ένα από τα ακριβότερα υλικά στον κόσμο, του οποίου δύσκολα αποκτάς ακόμη και μισό γραμμάριο, είναι στο κέντρο μιας ιστορίας εκατομμυρίων, που μάλλον και ευτυχώς πήγαν χαμένα.

Πρωταγωνιστής λοιπόν το «πυρηνικό ισομερές» άφνιο-178m2. Αλλά πρώτα να καταλάβουμε τι είναι ένα πυρηνικό ισομερές. Υπάρχουν άτομα που ο πυρήνας τους μπορεί να εμφανιστεί εκτός από τη μια και πιο συνηθισμένη μορφή και σε άλλες, κάπως διαφορετικές. Να έχει διαφορετικό σπιν, σχήμα, ενέργεια, χωρίς να διαφέρει ο αριθμός πρωτονίων ή νετρονίων. Τέτοιες μορφές προκύπτουν από πυρηνική σύντηξη, όταν προστίθενται νετρόνια ή πρωτόνια στον πυρήνα ύστερα από μια σύγκρουση, οπότε ο νέος πυρήνας βρίσκεται σε μια κατάσταση υψηλότερης ενέργειας από ό,τι στη συνηθισμένη του μορφή. Αλλά σε αυτή την κατάσταση δεν μένει για πολύ.

Μέσα σε εκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου επιστρέφει στη θεμελιώδη και πιο συνηθισμένη κατάσταση εκπέμποντας ακτίνες γ. Υπάρχουν όμως στοιχεία και περιπτώσεις όπου αυτή η επιστροφή αργεί αρκετά να γίνει. Το άφνιο-178m2 είναι τέτοια περίπτωση, αφού για να επιστρέψει η μισή του ποσότητα από την m2 (μετασταθή) κατάσταση, περνώντας στην m1 και μετά στη θεμελιώδη, χρειάζεται 31 χρόνια. Αλλά το ποσό ενέργειας που δίνει με τη μορφή ακτίνων γ είναι 2,45 εκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (2,45 MeV). Πολλή ενέργεια που όμως μέσα σε αυτό το μεγάλο χρονικό διάστημα δεν είναι εκμεταλλεύσιμη για πολεμικούς σκοπούς. Αν όμως μπορούσες να την απελευθερώσεις διαμιάς και τη στιγμή που θέλεις, σαν να πάτησες τη σκανδάλη ή ακόμη καλύτερα σαν να έβγαλες την περόνη μιας χειροβομβίδας, τότε ξαφνικά αποκτά άλλη... μαγεία.

Εχεις ένα όπλο που δεν εμπίπτει στην κατηγορία των απαγορευμένων πυρηνικών. Απελευθερώνει όμως ενέργεια που φέρνει στο μυαλό μια πυρηνική βόμβα σε διαστάσεις μινιατούρας. Και αυτό φάνηκε ότι θα μπορούσε να γίνει πραγματικότητα όταν στις 25 Ιανουαρίου του 1999 σε μια από τις πιο έγκυρες επιθεωρήσεις για τη Φυσική, τη «Physical Review Letters», εμφανίστηκε η εργασία ενός Καρλ Κόλινς από το Πανεπιστήμιο του Τέξας, στο Ντάλας. Και σε αυτήν περιγραφόταν ένας στοιχειώδης τρόπος, με χρήση ενός παλιού μηχανήματος οδοντιάτρου, για ακτινογραφίες με ακτίνες Χ, να παίρνεις διαμιάς την αποθηκευμένη ενέργεια του ισομερούς 178 του αφνίου. Αν αυτό ήταν έτσι όπως το περιέγραφε η συγκεκριμένη εργασία, είχε ανοίξει η πόρτα για ένα εργαστήριο νέων και τρομερών όπλων με ελάχιστο όγκο και ισχύ αντίστοιχη με 2.000 κιλά τρινιτροτολουόλης και βάλε. Αυτό δεν μπορούσε παρά να ενδιαφέρει το Πεντάγωνο.

Το 2003 εγκρίνεται δαπάνη 30 εκατ. δολαρίων για τη χρηματοδότηση σχετικής έρευνας. Οπως όμως παραδέχθηκαν όσοι ασχολήθηκαν με το θέμα, κανείς δεν μπόρεσε να αναπαραγάγει τα όσα υποστήριζε ο Κόλινς. Παρ' όλα αυτά συνέχισαν να εγκρίνουν εκατομμύρια κυνηγώντας την πυρηνική βόμβα χειρός. Ακόμη και οι Ρώσοι το έψαξαν το θέμα, αλλά από το 2008 δεν ακούστηκε πλέον κάτι σχετικά με το ζήτημα.

Γιατί το είπαν έτσι
Το άφνιο είναι ένα από τα στοιχεία που ανακαλύφθηκαν σχετικά αργά, μετά δηλαδή το 1920. Το 1914 ο Χένρι Μόσλεϊ είχε κάνει την εξαιρετική για εκείνη την εποχή ανακάλυψη για τη σχέση του φορτίου στον πυρήνα των ατόμων και τις γραμμές στο φάσμα κάθε στοιχείου. Ουσιαστικά αυτό έδειχνε τον δρόμο για την τοποθέτηση των στοιχείων στον περιοδικό πίνακα με βάση τον αριθμό πρωτονίων του πυρήνα, δηλαδή τον ατομικό τους αριθμό και όχι τη μάζα τους, όπως πίστευε ο Μεντελέγεφ. Ετσι ήξεραν πλέον ότι στη θέση με ατομικό αριθμό 72 έπρεπε να υπάρχει στοιχείο που ακόμη δεν είχε βρεθεί. Ο Δανός Νιλς Μπορ προέβλεψε ότι έπρεπε να μοιάζει με το ζιρκόνιο. Ετσι το 1923 οι Ντερκ Κόστερ και Γκέοργκ φον Χεβέσι δουλεύοντας σε εργαστήριο της Κοπεγχάγης με ορυκτό δείγμα ζιρκονίτη από τη Νορβηγία, όπου βέβαια το μεγαλύτερο μέρος του ήταν το ζιρκόνιο, «δίδυμος αδελφός» (σχηματικά φυσικά) με το άφνιο, λόγω ίδιων οξειδίων και ακτίνας του ατόμου τους που διαφέρει μόλις κατά 10 εκατομμυριοστά του μέτρου, κατάφεραν με τη βοήθεια ακτίνων Χ να διακρίνουν το άφνιο. Που πήρε το όνομά του από το λατινικό όνομα της Κοπεγχάγης, Hafnia, γενέτειρας του Νιλς Μπορ. Καθαρό το μέταλλο κατάφεραν να το έχουν άλλοι ερευνητές μόλις δύο χρόνια μετά. Ακόμη και σήμερα το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης έχει ως έμβλημά του το χημικό σύμβολο του στοιχείου αυτού.

Αριθμοί κυκλοφορίας

Ατομικός αριθμός: 72
Ατομικό βάρος: 178,49
Σημείο τήξης: 2.230οC
Σημείο ζέσης: 5.400οC
Πυκνότητα: 13,3 gr/cm3
Αριθμός ισοτόπων: 36

Με τον άνθρακα δημιουργούν μια ένωση, το καρβίδιο του αφνίου, που έχει το υψηλότερο σημείο τήξης από οποιαδήποτε άλλη ένωση με δύο διαφορετικά στοιχεία
Τι θέλει από τη ζωή μας
Σχεδόν τίποτε. Δεν απορροφάται ιδιαίτερα από το ανθρώπινο σώμα και δεν θεωρείται ιδιαίτερα τοξικό.

Πόλεμος και ειρήνη
Η παραγωγή αφνίου παγκοσμίως εκτιμάται ότι είναι ανάμεσα στους 70 και 77 τόνους. Προκύπτει ως παραπροϊόν κατά την παραγωγή ζιρκονίου και το χαρακτηριστικό τους είναι πως στη λειτουργία των αντιδραστήρων έχουν ακριβώς συμπληρωματικούς ρόλους. Το ζιρκόνιο δεν απορροφά νετρόνια (αρκεί να είναι εντελώς απαλλαγμένο από άφνιο) και θα το βρούμε στις ράβδους καυσίμου στο εξωτερικό τους περίβλημα, για να το διαπερνούν ανεμπόδιστα τα νετρόνια, ενώ αντίθετα το άφνιο παρουσιάζει υπεραπορροφητικότητα νετρονίων (και μάλιστα κάνει τη δουλειά του ακόμη και με 4,5% πρόσμειξη με ζιρκόνιο), γι' αυτό και χρησιμοποιείται στις ράβδους ρύθμισης της αλυσιδωτής αντίδρασης που όσο βυθίζονται μπορούν ακόμη και να τη σταματήσουν. Δύο είναι οι βασικοί παραγωγοί αφνίου στον κόσμο. Μια αμερικανική εταιρεία, η ATI Wah Chanq, και η CEZUS, στη Γαλλία, κομμάτι της γνωστής κατασκευάστριας πυρηνικών αντιδραστήρων AREVA. Ακόμη πιο διαδομένη, εκεί που το κόστος δεν συνιστά καθοριστικό παράγοντα, είναι η χρήση του αφνίου στους αντιδραστήρες των πυρηνικών υποβρυχίων.

Είναι ένα στοιχείο που δίνει υψηλή ποιότητα στα κράματα και στις άλλες ενώσεις έστω και αν τα ποσοστά του μερικές φορές είναι πολύ κάτω ακόμη και από το 10%. Το άφνιο μαζί με άνθρακα, που φτιάχνουν το καρβίδιο του αφνίου (HfC), μία από τις πιο δύστηκτες ουσίες στον πλανήτη, χρησιμοποιείται σε επίστρωση των φούρνων υψηλών θερμικών προδιαγραφών. Επίσης το συναντούμε στα φτερά των ανεμογεννητριών και στις εξατμίσεις των διαστημικών ακάτων που προσεδαφίζονται στη Σελήνη ή στον Αρη. Αφνιο με νιόβιο δίνει κράμα προδιαγραφών αεροναυπηγικής, ενώ στη μικροηλεκτρονική υπάρχει στις διατάξεις των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων των απαραίτητων για τη λειτουργία των υπολογιστών, γιατί, μεταξύ άλλων, όπως ανακάλυψε η Intel, περιορίζει τις διαρροές φορτίων, άρα ανεβάζει την απόδοση του επεξεργαστή.

Απορίες λογικές και μη

Γιατί θα ήταν τόσο φοβερή ανακάλυψη μια «βόμβα χεριού» ακτίνων γ;

Διότι μπορεί σε μερικές περιπτώσεις να χρησιμοποιούνται οι ακτίνες γ ακόμη και για θεραπευτικούς σκοπούς, αλλά η δοσολογία είναι πολύ αυστηρά καθορισμένη. Μεγάλη ποσότητα ακτίνων γ σε πολύ μικρό χρόνο, διαπερνώντας ακόμη και τσιμεντένιους τοίχους καταφυγίων, προξενεί σημαντικές βλάβες στον ανθρώπινο οργανισμό. Εκτός από την ασθένεια λόγω ραδιενέργειας με συμπτώματα εμετούς, διάρροια, ναυτία, απώλεια μαλλιών, αιμορραγίες, πληγές και τελικά καρκίνο. Ο,τι συνέβη και στη Χιροσίμα. Αλλά ένα πρόβλημα που θα είχαν να αντιμετωπίσουν όσοι θα κουβαλούσαν και θα ενεργοποιούσαν μια τέτοια (χειρο)βόμβα είναι το πώς θα απέφευγαν οι ίδιοι την ακτινοβολία
 
Πηγή: http://www.energia.gr/article.asp?art_id=84756

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου