Αϊνσταΐνιο: πωλείται με το εκατοστό του γραμμαρίου

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

Βίος και πολιτεία

Στο εξώφυλλο του βρετανικού περιοδικού «Economist» σε σχέση με το κύριο άρθρο του με τίτλο «How science goEs wrong», που σημαίνει «Πώς σφάλλει η επιστήμη», εμφανίζεται ανάμεσα στις άλλες πρωτότυπες εικονογραφήσεις των γραμμάτων του τίτλου και το σύμβολο Es. Πρόκειται για ένα όχι και τόσο γνωστό στοιχείο του περιοδικού πίνακα. Αϊνσταΐνιο το όνομά του, με ατομικό αριθμό 99. Αυτός ακριβώς ο μεγάλος αριθμός δείχνει πως υπάρχουν 99 πρωτόνια στον πυρήνα του και υποβάλλει αμέσως την ιδέα ότι θα πρόκειται για ραδιενεργό στοιχείο. Αλλά τι άλλο υπάρχει γύρω από αυτό που το συναντάμε τόσο σπάνια;

Γεννήθηκε στις δοκιμές των Αμερικανών σε έναν κοραλλιογενή βράχο, τον Eniwetok του Ειρηνικού, τον Νοέμβριο του 1952. Τόνοι ολόκληροι από το υλικό της ατόλης αυτής, που είχε γίνει ραδιενεργό, μεταφέρθηκαν στα εργαστήρια στο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνιας για κοσκίνισμα και ανάλυση. Εναν μήνα μετά οι άνθρωποι του εργαστηρίου ήξεραν ότι είχε ανακαλυφθεί ένα νέο στοιχείο. Από όλους αυτούς τους τόνους είχαν προκύψει μόλις 200 άτομα από αυτό!

Αϊνσταΐνιο-253 προκύπτει και στο εσωτερικό μιας βόμβας υδρογόνου, με αλυσιδωτές αντιδράσεις που πυροδοτούνται από μια «μίνι» ατομική βόμβα που «εμπεριέχεται στη συσκευασία»…

Στη θερμοπυρηνική βόμβα ή βόμβα υδρογόνου, σε γενικές γραμμές, όπως έχουμε αναλύσει στο πλουτώνιο, υπάρχει στο εσωτερικό της μια μικρή «ατομική βόμβα», για να ενεργοποιείται με τη βοήθεια μιας πρώτης αλυσιδωτής αντίδρασης. Δηλαδή, από πυρήνα ουρανίου-238 φεύγουν δύο ή τρία νετρόνια, πέφτουν επάνω σε άλλους πυρήνες ουρανίου, φεύγουν και άλλα νετρόνια από εκεί, οπότε η δράση αυτή πολλαπλασιάζεται ώσπου να ξεπεραστεί ένας κρίσιμος αριθμός και τότε μπορούμε να φθάσουμε σε μια πρώτη έκρηξη. Η θερμότητα που δημιουργείται δίνει στη συνέχεια τη δυνατότητα σύντηξης ατόμων δευτερίου, δηλαδή υδρογόνου με ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο στον πυρήνα, τοποθετημένων γύρω από τη μικρή ατομική βόμβα. Με τη σύντηξη παράγεται ήλιον αλλά και τρομακτική θερμότητα. Η θερμοκρασία φθάνει κοντά στους 35 εκατ. βαθμούς. Εν τω μεταξύ το ουράνιο-238 έχει βρεθεί σε έναν καταιωνισμό, δηλαδή μια βροχή, νετρονίων. Οπότε κάποια άτομα δέχονται να προστίθενται συνεχώς στον πυρήνα τους νετρόνια με την ταυτόχρονη εκπομπή ακτινοβολίας-βήτα. Ετσι, έπειτα από κάπου δέκα τέτοιες προσθήκες, καταλήγουμε στο αϊνσταΐνιο-253. Γι’ αυτό από τις πρώτες κιόλας δοκιμές προέκυψε το στοιχείο αυτό.

Οι Choppin, Thomson, Ghiorso και Harvey δούλευαν σ’ αυτή τη συγκυρία ετοιμάζοντας μια βόμβα ακόμη πιο καταστρεπτική από αυτές που είχαν πέσει πριν από επτά χρόνια στη Χιροσίμα και στο Ναγκασάκι. Οταν οι έρευνές τους, χρόνια αργότερα, γύρω στο 1955, έπαψαν να είναι μυστικές, ανακοινώθηκε η ανακάλυψη του στοιχείου, λίγο προτού σουηδοί χημικοί το παρουσιάσουν εκείνοι ως πρώτοι. Ετσι η αμερικανική ομάδα απέκτησε το δικαίωμα της ονομασίας του στοιχείου και το εκμεταλλεύθηκε για να απαθανατίσει σε αυτό το όνομα του Αϊνστάιν που μόλις είχε φύγει από τη ζωή (18 Απριλίου 1955).

Ατομικός αριθμός: 99!

Ατομικό βάρος: 252,1.

Σημείο τήξης: 860 βαθμοί Κελσίου.

Πυκνότητα: 13.500 κιλά ανά κυβικό μέτρο.

Αριθμός ισοτόπων: 17.

Χρόνος ημιζωής: 20 ημέρες.

Τίποτα. «Ζούσε» επάνω στη Γη εδώ και εκατομμύρια χρόνια. Γεωλογικές διαδικασίες που ξεκίνησαν 1,8 δισ. χρόνια πριν συσσώρευσαν ουράνιο σε μια περιοχή της Αφρικής, στο σημερινό κράτος Γκαμπόν, και δημιουργήθηκε εκεί ένα είδος (μοναδικού) φυσικού πυρηνικού αντιδραστήρα που έδωσε με την απορρόφηση νετρονίων στους πυρήνες ραδιενεργά άτομα στοιχείων με ατομικούς αριθμούς από 93 ως 100, άρα και αϊνσταΐνιο, που έχει ατομικό αριθμό 99.

Το στοιχείο αυτό παράγεται σήμερα όχι με εκρήξεις αλλά βομβαρδίζοντας πλουτώνιο-239 με μια πλούσια δέσμη νετρονίων μέσα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, συνήθως ή στο Oak Ridge των Ηνωμένων Πολιτειών ή στο Dimitrovgrad της Ρωσίας, για αρκετούς μήνες. Αυτή η διαδικασία δύο φορές τον χρόνο παράγει μερικά εκατομμυριοστά του γραμμαρίου κάθε φορά από το στοιχείο αϊνσταΐνιο.

Η δοκιμή ενός από τα πρόδρομα πρότυπα της βόμβας, που δεν χρησιμοποιήθηκε (ευτυχώς) ποτέ στην τελική μορφή της, συνοδεύτηκε από ένα δυσάρεστο γεγονός. Υστερα από κάθε τέτοια δοκιμή έμπαινε στον εναέριο χώρο, επάνω από την έκρηξη, όπου είχε σχηματιστεί νέφος αερίων, ένα αεροπλάνο. Ηταν εφοδιασμένο με χάρτινα φίλτρα για να συλλέγει σωματίδια, τα οποία θα μελετούσαν στο εργαστήριο μετά την επιστροφή του αεροπλάνου. Ο πιλότος όμως του αεροπλάνου στην έκρηξη επάνω από το κοραλλιογενές εκείνο νησάκι κράτησε για τόσο πολύ χρόνο το αεροπλάνο του στον αέρα που, όπως λέγεται, αυτό έμεινε από καύσιμα και τελικά βυθίστηκε μαζί με τον πιλότο του στον ωκεανό!

Καλύτερα είναι να μη σε αξιώσει ο Θεός να το πιάσεις διότι είναι πολύ ραδιενεργό. Πάντως, σε κάπως μεγαλύτερη ποσότητα, θα είχε ασημογκρί χρώμα, μεταλλική υφή και μέσα στο διαφανές δοχείο που θα φυλασσόταν, σε σκοτεινό περιβάλλον, θα ανέδιδε μια λάμψη αφού λόγω της ραδιενεργού συμπεριφοράς του παράγονται 1.000 Watt ανά γραμμάριο, ενώ το ίδιο μετατρέπεται γρήγορα σε καλιφόρνιο.

Το 1972 γάλλοι γεωλόγοι στην Γκαμπόν της Δυτικής Αφρικής, άλλοτε γαλλική αποικία, παρατήρησαν ότι σε ένα ουρανιούχο κοίτασμα η περιεκτικότητα του ισοτόπου ουράνιο-235 δεν ήταν, όπως σε όλη την υπόλοιπη γήινη επιφάνεια αλλά ακόμη και στους μετεωρίτες και στο σεληνιακό έδαφος, 0,720% αλλά 0,717%. Και τι έγινε; θα πει κάποιος. Αυτή είναι η αντίδραση κάποιου που δεν έχει το σαράκι της έρευνας μέσα του. Διότι, αν και η απόκλιση φαίνεται μικρή, αν το χρησιμοποιήσεις σε ατομικές βόμβες θα τρομάξεις. Ευτυχώς δεν συνέβαινε κάτι τέτοιο γιατί θυμήθηκαν μια μελέτη από τη δεκαετία του ’50 όπου περιγραφόταν το εξής παράδοξο: δύο δισεκατομμύρια χρόνια πριν ήταν ενεργοί 16 φυσικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες με ισχύ 1.000 Watt. Οταν πρωτοδημιουργήθηκε η Γη εδώ και 4,5 δισ. χρόνια περίπου και στερεοποιήθηκε ο φλοιός της, το ουράνιο-235 ήταν σε αναλογία 30% αλλά συνεχώς λιγόστευε όντας ραδιενεργό. Πριν από 2 δισ. χρόνια βρισκόταν σε αναλογία 3,6%, όπως και σε έναν σημερινό αντιδραστήρα. Τότε άρχισε η αλυσιδωτή αντίδραση. Αυτό δεν συνέβη πιο πριν διότι δεν υπήρχε αρκετό οξυγόνο. Τότε η περιεκτικότητά του στην ατμόσφαιρα από λιγότερη του 1% έφθασε σε 15% και περισσότερο διότι αναπτύχθηκαν τα κυανοβακτήρια. Το οξυγόνο οξείδωσε το ουράνιο που έγινε διαλυτό στο νερό και τα υπόγεια νερά μπόρεσαν και μετέφεραν αρκετό ουράνιο στην επίμαχη περιοχή της Γκαμπόν. Εκεί δημιουργήθηκαν οι κατάλληλες συνθήκες αφού το νερό χρησίμευε ως επιβραδυντής. Η θερμότητα από τις αντιδράσεις εξάτμιζε το νερό και σταματούσαν όλα ώσπου να έλθουν άλλο νερό και νέο σχάσιμο υλικό. Αυτό πρέπει να κράτησε περίπου 1 εκατ. χρόνια.