Minerály a horniny Slovenska      :: prepni na celú stránku

Pod drobnohľadom

Jak zkoumat chemické i izotopové složení meteoritů?
zdroj: www.osel.cz
pridané:
3.8.2009

U meteoritů se dělá mineralogický i chemický rozbor. Důležité je i zkoumání radioizotopů, které nám můžou často říci, jak dlouho byl materiál původního tělesa vystaven kosmickému záření. Metody jaderné fyziky mohou být při zkoumání složení meteoritu velmi užitečné i z toho hlediska, že umožňují zkoumat i velmi malé vzorky, některé jsou i úplně nedestruktivní. Šetří se tak velice vzácný materiál. Naši odborníci, z nichž bych zmínil Miloslava Vobeckého a Zdeňka Řandu, analyzovali již meteorit Příbram. Studovali i řadu dalších meteoritů, nejen těch s rodokmenem. Ukažme si, čím mohou metody jaderné spektroskopie při zkoumání složení meteoritu přispět.

Existují dvě možnosti využití spektroskopie rentgenovského nebo gama záření. V prvním případě dochází k tomu, že se vyrazí elektron z elektronového obalu atomu (často se k tomu využívá záření rentgenky). Prázdné místo po něm zaplní elektron, který přeskočí z vyšších hladin. Při tomto přeskoku se uvolňuje energie, která se vyzáří v podobě fotonu rentgenovského záření. Energie takto vyzářeného rentgenovského záření je přesně určena tím, o jaký prvek se jedná. Každý chemický prvek vyzařuje charakteristické záření. V tomto případě jde o metodu atomovou a označujeme ji jako rentgenovskou fluorescenční analýzu.

Při zkoumání meteoritů se mnohem více využívají přímo jaderné procesy. V tomto druhém případě musíme přeměnit stabilní jádra v materiálu na radioaktivní izotopy. Ty se pak přeměňují rozpadem beta. Při tomto procesu však většinou vzniká jádro s přebytkem energie, kterého se zbavuje vyzářením fotonů záření gama. Stejně jako v předchozím případě má toto záření přesně danou energii a podle ní můžeme identifikovat jádro, které je vyzářilo. Určíme tak nejen, o který jde chemický prvek, ale i o jaký se jedná izotop.

Pro detekci záření gama se využívají buď polovodičové detektory z velmi čistého germania (výhodné pro vyšší energie) nebo křemíku (pro nižší energie). Tyto detektory totiž mají velmi dobré energetické rozlišení, což je pro identifikaci jader pomocí energie vyzařovaného záření gama velmi důležité. I naše oddělení využívající metody jaderné spektroskopie je vybaveno řadou polovodičových detektorů. Detektory jsou velmi citlivé a pro přesnou analýzu stačí přeměna jen velmi malého počtu jader na radioaktivní izotopy.

Pro tuto přeměnu stabilních jader na radioaktivní se využívají neutrony různých energií. Náš Ústav jaderné fyziky AVČR má tu výhodu, že může použít neutronového zdroje na našem cyklotronu. Tak se dají radioaktivní jádra produkovat pomocí neutronů s vysokou energií. Ještě více se však pro neutronovou aktivační analýzu využívají neutrony produkované reaktorem, který mají kolegové z Ústavu jaderného výzkumu a.s., sídlícím ve stejném areálu. Pro potřeby ozařování vzorků pro aktivační analýzu a jejich rychlý přesun byla na reaktoru vybudována potrubní pošta. A ta je mými kolegy pro tuto metodu, která se označuje jako neutronová aktivační analýza, velice intenzivně využívána.

Další možností pro přeměnu jader jsou fotojaderné reakce, při kterých foton záření gama o velmi vysoké energii vyrazí z jádra jeden nebo více nukleonů a vznikne radioaktivní izotop. Náš ústav využívá pro tyto účely mikrotron. To je urychlovač elektronů, které při zajištění specifických podmínek mohou produkovat velmi energetické brzdné záření gama.

Může vzniknout otázka, proč tolik metod, tolik přístrojů? Důvodem je, že každá z použitých metod (i různé energie neutronů či fotonů způsobujících jaderné reakce produkující radioizotopy) je citlivá na jiné prvky či izotopy. Využitím kombinace různých postupů pak dosáhneme vysoké citlivosti ve velice široké oblasti prvků a jejich izotopů. A citlivost je opravdu velmi vysoká, proto se mluví o zkoumání i stopových obsahů prvků. Tak třeba při analýze meteoritu Morávka se určovaly množství i těch prvků, kterých bylo řádově i jen desítky nanogramů na jeden gram materiálu (tedy miliontina procenta). Navíc, jak už jsem psal, stačí těmto metodám k analýze jen velmi malé množství látky. To je velmi užitečné právě u tak vzácných materiálů, jako jsou meteority. Další jejich široké uplatnění je v oblasti archeologie a zkoumání i ochrany kulturního dědictví lidstva, ale o tom jsem už na Oslovi psal.

Autor: Vladimír Wagner

perseidy
Meteor

osel.cz