Хабрахабр

Древний Рим и элементарные частицы

Ученые НИТУ «МИСиС» при помощи новой технологии измерили количество микропримесей в слитках античного свинца с затонувшего корабля древних римлян. Выяснилось, что свинец, 1500 лет пролежавший под толщей воды, содержит так мало радиоактивных элементов — урана и тория, что его можно без всякой дополнительной очистки использовать в одной из самых «требовательных» областей — ядерной физике — изучении элементарных частиц. Эксперимент по выделению и определению микропримесей был проведен в сотрудничестве с коллегами из Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна) и Национальным центром научных исследований (Франция).

image

Это, так называемые, «особо чистые вещества» (ОЧВ) — которые содержат примеси в таком незначительном количестве, что они не влияют на основные специфические свойства исследуемых объектов. Чем более высокоточными и производительными становятся современные приборы, тем более чистые химические вещества требуются для их изготовления. Например, для ускорителей заряженных частиц, которые и так строят под землей для защиты от космических лучей, все равно требуется дополнительная защита от радиации из особых щитов, сделанных из сверхчистого свинца. Одна из самых «требовательных» сфер применения ОЧВ — экспериментальная физика элементарных частиц. Один из примеров таких ускорителей — Большой адронный коллайдер CERN.

После множества стадий очистки, пробу особо чистого свинца нужно анализировать. Получение особо чистого свинца проходит в несколько этапов, таких как растворение руды, плавка, разделение сплава на составные части, очистка щелочью, поочередное отделение каждого примесного вещества. При таком количестве радиоактивных примесей и ниже свинец можно использовать для защиты высокоточных приборов. Допустимый максимум примесей радиоактивных элементов должен составлять не более 0,0000000001% (одной десятимиллиардной %) от общей массы. Однако даже самые современные методы прямого элементного анализа не позволяют определить столь малые количества примесей на фоне основного компонента — свинца.

image
Фрагмент свинцового слитка, найденного в остове древнеримского корабля у берегов Франции

Петра Федотова предложили новый способ отделения примесей для их последующего анализа. Ученые лаборатории разделения и концентрирования в химической диагностике функциональных материалов и объектов окружающей среды НИТУ «МИСиС» под руководством д.х.н. Когда-то этот свинец был добыт древними римлянами на рудниках, располагавшихся на территории современной Англии. Эксперимент был проведен на пробах античного свинца — слитках возрастом более 1500 лет. При перевозке свинцовой руды корабль затонул, и был обнаружен только в конце XX века у побережья Франции.

Уран и торий в этом свинце обнаружены не были, однако предполагалось, что количество примесей могло быть просто ниже уровня «видимости» прямого инструментального анализа, то есть ниже 0,00000001% (одной стомиллионной %). На момент проведения эксперимента этот свинец уже несколько лет использовался Национальным центром научных исследований (Франция) как особо чистое вещество — за полторы тысячи лет существенная часть урана и тория естественным образом распалась, а толща воды защитила свинцовые слитки от «налипания» новых радиоактивных примесей.

При помощи так называемой 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. Тогда ученые НИТУ «МИСиС» предложили свой способ отделения примесей для последующего анализа.

image
Планетарная центрифуга

Однако содержание урана и тория оказалось ниже этого уровня. Такой комбинированный подход, основанный на отделении примесей и их последующем определении, позволил ученым НИТУ «МИСиС» определять примеси урана и тория с требуемой точностью — 0,0000000001% (одна десятимиллиардная %). Таким образом, получается, что античный свинец, добытый еще древними римлянами и поднятый со дня моря лишь спустя 1500 лет, чист настолько, что даже с самыми высокоточными методами отделения и анализа примесей, их нельзя увидеть и измерить.
Свою новую систему отделения примесей на планетарной центрифуге ученые НИТУ «МИСиС» планируют использовать и дальше — главным образом, для анализа ОЧВ.

Таким образом, можно отделять, концентрировать, и анализировать мельчайшие ультраследовые примеси для определения „особой чистоты“ веществ», — рассказывает руководитель исследования Петр Федотов. «Среди преимуществ предложенной нами технологии — её „гибкость“: в зависимости от того, примеси каких элементов нужно отделить, можно использовать самые разные реагенты и несмешивающиеся жидкие фазы.

Кроме того, потенциально при бОльших объемах разделительной колонки планетарной центрифуги так можно и очищать вещества — растворяя их и прогоняя через цикл отделения примесей.

Статья опубликована в журнале Talanta.

image
Фото РИА «Новости»

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть