Древнеримский свинец защитит детектор темной материи

Ученые Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в сотрудничестве с исследователями МИСИС обеспечили сверхчистым древнеримским свинцом подземный детектор темной материи «Эдельвейс».

Эксперимент по поиску темной материи на детекторе EDELWEISS-LT общими усилиями ведут ученые из Франции, России, Германии и Великобритании. Детектор расположен  в Подземной лаборатории Модан, в альпийском тоннеле Фрежюс, соединяющем Францию с Италией.

Глубоко под землю детектор «Эдельвейс» спрятали затем, чтобы защитить его фонового излучения – частиц, прилетающих из космоса. Иначе частицы темной материи затеряются на фоне других элементарных частиц.

Детектор под толщей гор дополнительно укрыли свинцом. Свинец нужен был сверхчистый – без примесей изотопов, которые при распаде испускают собственные частицы и мешают детектору «разглядеть» частицы темной материи.

Дело в том, что свинцовые руды содержат радиоактивный короткоживущий изотоп свинца 210 Pb. В ядре изотопа 210 Pb на 3 нейтрона больше, чем в стабильном изотопе 207 Pb. Свинец-210 имеет период полураспада 22 года. Это означает, что 22 года он активно испускает радиоактивные частицы и что через 22 года начальное количество свинца-210 уменьшится вдвое. Через 44 года свинца-210 станет меньше вчетверо, через 66 лет – в восемь раз, через 88 лет – в шестнадцать раз, через 110 лет – в тридцать два раза. И так далее, пока свинец-210 не распадется полностью, отдав все лишние частицы и превратившись в стабильный изотоп свинца 204 Pb, 206 Pb, 207 Pb или 208 Pb.

Откуда же добыть свинец без радиактивного изотопа в наше время, чтобы не ждать столетия, пока изотоп распадется? Ответ: со дня моря. Более полутора тысяч лет назад древние римляне добывали свинцовую руду в Англии и возили ее в Рим на кораблях мимо побережья Франции. Корабли тонули. Добытый свинец оставался на дне моря и лежит там до сих пор. Без изотопа 210 Pb, который с тех пор полностью распался. То есть свинец древних римлян – сверхчистый.

Участвующие в эксперименте «Эдельвейс» ученые ОИЯИ решили проверить степень чистоты древнеримского свинца, чтобы понять, насколько он хорош для защиты подземного детектора темной материи в тоннеле Фрежюс.

«Мы знали, что за почти две тысячи лет свинца-210 в поднятой сдревнеримского корабля свинцовой руде быть не должно. Но решили все же это проверить, – рассказывает начальник сектора радиохимии Лаборатории ядерных проблем (ЛЯП) ОИЯИ Дмитрий Философов.

Дмитрий Философов и его коллега Евгений Якушев, начальник сектора спектроскопии ядерных излучений ЛЯП ОИЯИ, поставили задачу ученым НИТУ «МИСиС»: измерить количество микропримесей в слитках античного свинца с затонувшего корабля древних римлян.

Допустимый максимум примесей в свинце для защиты детктора «Эдельвейс» составляет не более 0,0000000001% (одной десятимиллиардной процента) от общей массы. Даже самые современные методы прямого элементного анализа не позволяют определить столь малые количества примесей.

В древнеримском свинце искали микропримеси не только свинца-210, но и урана, и тория. Потому что стабильные изотопы свинца 206Pb, 207Pb, 208Pb образуются в результате радиоактивного распада урана и тория – 238U, 235U и 232Th соответственно.

Ученые лаборатории разделения и концентрирования в химической диагностике функциональных материалов и объектов окружающей среды НИТУ «МИСиС» под руководством доктора химических наук Петра Федотова предложили новый способ отделения примесей для их последующего анализа. Эксперимент был проведен на античных свинцовых слитках возрастом более 1500 лет. Их подняли с затонувшего корабля древних римлян, который обнаружили в конце XX века у побережья Франции.

К моменту проведения эксперимента этот свинец уже несколько лет использовался французским Национальным центром научных исследований (CNRS) как особо чистое вещество. За полторы тысячи лет существенная часть урана и тория естественным образом распалась, а толща воды защитила свинцовые слитки от попадания новых радиоактивных примесей. Уран и торий в этом свинце обнаружены не были, однако предполагалось, что количество примесей могло быть ниже уровня чувствительности прямого инструментального анализа, то есть ниже 0,00000001% (одной стомиллионной процента).

Тогда ученые НИТУ «МИСиС» предложили свой способ отделения примесей для последующего анализа. При помощи планетарной центрифуги и системы из двух несмешивающихся жидкостей (воды и хлороформа), содержащих особые реагенты, они вначале растворили пробу свинца в особо чистой азотной кислоте, а затем выделили и сконцентрировали примеси. Такой подход дает точность обнаружения в 0,0000000001% (одну десятимиллиардную процента). Однако содержание урана и тория оказалось ниже и этого уровня.

Выходит, свинец, добытый древними римлянами 1500 лет и поднятый несколько дестяилетий назад со дна моря чист настолько, что даже самый высокоточный метод отделения и анализа примесей не может их обнаружить.

Свою новую систему отделения примесей на планетарной центрифуге ученые НИТУ «МИСиС» планируют использовать и дальше – главным образом, для анализа особо чистых веществ.

Статья об эксперименте по выделению и определению микропримесей радиоактивных изотопов в античном свинце учеными из НИТУ «МИСИС», Объединенного института ядерных исследований (г.Дубна, Россия) и Национальным центром научных исследований (Франция) опубликована в журнале Talanta.

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить

Срочные новости

Визит делегации Польши

15-18 июля Объединенный институт посетила польская делегация, члены которой проверили ход работ на п...

МГТУ и МФТИ подготовят кадры для ОИЯИ

Делегация Министерства науки и высшего образования РФ вместе с представителями Московского физико-те...

MMCP 2019

Лаборатория информационных технологий ОИЯИ выступила соорганизатором очередной конференции «Математи...

Резидентам ОЭЗ «Дубна» подробно рассказа…

17 июля состоялась встреча компаний-резидентов и представителей образовательных учреждений г. Дубны...

Обновят газопровод

Газопровод низкого давления, проходящий по улицам Ленинградской, Мичурина, Курчатова в Дубне будет м...

Реклама

Новости бизнеса

Дубненским предприятиям и предпринимателям предлож…

Уважаемые жители города! Сообщаем вам, что в рамках нац...

О поддержке предпринимателей в сфере спорта

Министерство инвестиций и инноваций Московской области реали...

ОЭЗ «Дубна» присоединилась к кластеру «Композиты …

Подписано соглашение об инфраструктурном участии ОЭЗ «Дубн...

Два новых завода торжественно открыты в ОЭЗ «Дубна…

В ОЭЗ «Дубна» состоялась торжественная церемония открытия дв...

НПК "Дедал" получил патент на полезную м…

Авторами патента №189752 являются Заонегин Александр Ва...

Мы в соц сетях

VK
ОК
FB

Блоги

Подпишитесь на новые события нашего сайта:Подписаться