Ξένον: φλας στον ουρανό και στη Γη

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

Βίος και πολιτεία

Μικρά φωτάκια, σαν μπλε λαμπερές χάντρες, φυτρώνουν καθημερινά στα μπροστινά φώτα των αυτοκινήτων. Και μερακλήδες οδηγοί καμαρώνουν το νέο τους λαμπερό απόκτημα. Σε λειτουργία ακόμη και την ημέρα, ακόμη και αν δεν τα βλέπουν οι ίδιοι, τους αρκεί να τα ξέρουν αναμμένα τα λαμπάκια τους στο μπροστινό μέρος του αυτοκινήτου, και ντύνονται Χριστούγεννα οι δρόμοι. Από την παγωνιά του διαστημικού κενού στην κάψα του δρόμου. Το ίδιο αέριο που έδωσε ώθηση σε μικρά, μη επανδρωμένα διαστημόπλοια και δορυφόρους, χάρη στους κινητήρες ιόντων, κατέβηκε και στη Γη και στολίζει με τη λάμψη του τα φώτα των αυτοκινήτων.

Τα αέρια, από όπου αποσπώνται ιόντα και επιταχύνονται από τον κινητήρα για να δώσουν κίνηση, φεύγοντας με επιτάχυνση από τα ακροφύσια διαστημοπλοίων με μικρή μάζα και κυρίως δορυφόρων, δεν μπορούν να είναι όποια κι όποια. Το ξένον από τη δεκαετία του ’70 θεωρήθηκε ιδανικό. Ως κυριολεκτικά ευγενές αέριο, δεν προσβάλλει διαβρωτικά τα μεταλλικά σημεία του κινητήρα, χαρίζοντάς του μακροζωία. Επίσης, έχοντας μεγάλο ατομικό αριθμό, άρα πολλά ηλεκτρόνια να περιστρέφονται σε διάφορες και μάλλον απομακρυσμένες τροχιές, ιονίζεται εύκολα. Δηλαδή αποσπώνται εύκολα ηλεκτρόνια από το άτομό του και ό,τι μένει είναι φορτισμένο θετικά, έτοιμο να δεχθεί δυνάμεις ηλεκτροστατικές ή ηλεκτρομαγνητικές που θα το επιταχύνουν προτού διαφύγει προς το Διάστημα. Αντικατέστησε τον υδράργυρο που ήταν τοξικός, ακριβός και δύσκολος στον χειρισμό του και υπερτερεί ως προς το καίσιο, διότι είναι αδρανές και όχι διαβρωτικό.

Μία ακόμη καλή ιδιότητα του «καυσίμου» αυτών των κινητήρων είναι το άτομό του να έχει όσο γίνεται πιο μεγάλη μάζα, διότι θέλουμε όχι μόνο να αποκτά μεγάλη ταχύτητα υπό την επίδραση του όποιου πεδίου αλλά και μεγάλη ορμή, η οποία εξαρτάται όχι μόνο από την ταχύτητα αλλά και από τη μάζα. Πάντως, με τις συνθήκες που επικρατούν σε έναν κινητήρα ιόντων, τα σωματίδια αυτά φθάνουν λίγο προτού εγκαταλείψουν το διαστημικό όχημα να έχουν ταχύτητα 30 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, κοντά δηλαδή στις 100.000 χιλιόμετρα την ώρα! Σε αυτά προσθέστε και το ότι στις συνθήκες του Διαστήματος, όπου επικρατούν χαμηλές θερμοκρασίες, μπορεί να μεταφέρεται κατεψυγμένο σε στερεά κατάσταση.

Το μεγάλο του μειονέκτημα είναι ότι η παραγωγή και η αποθήκευσή του εδώ στη Γη κοστίζουν ακριβά σε χώρο και χρήμα. Παρ’ όλα αυτά σήμερα ακόμη χρησιμοποιείται, και μάλιστα και στους νέας κοπής δορυφόρους, τους CubeSats, οι οποίοι έχουν μέγεθος όσο ένα μεγάλο… ζάρι.

Ανακαλύφθηκε στις 12 Ιουλίου του 1898 από τον William Ramsay και τον Morris Travers στο Λονδίνο. Είχαν ήδη απομονώσει από υγροποιημένο ατμοσφαιρικό αέρα νέον, αργόν, κρυπτόν και αναρωτιόνταν αν υπάρχουν και άλλα αέρια εκεί μέσα. Ενας βιομήχανος που παρακολουθούσε την προσπάθειά τους για να τους βοηθήσει τους έδωσε μία ακόμη καλύτερη μηχανή υγροποίησης του αέρα. Προχωρώντας στην εξαντλητική εξαγωγή του κρυπτού έφθασαν σε ένα αέριο ακόμη βαρύτερο. Οταν το απομόνωσαν και διαβίβασαν ηλεκτρικό ρεύμα, είδαν μια ωραία μπλε λάμψη και κατάλαβαν ότι είχαν μπροστά τους ένα νέο στοιχείο, στο οποίο επειδή δυσκολεύθηκαν να το απομονώσουν έδωσαν το ελληνικότατο όνομα ξένον.

Αριθμοί κυκλοφορίας

Ατομικός αριθμός: 54

Ατομικό βάρος: 131.29

Σημείο τήξης: -112 ^oC

Σημείο ζέσης: -107 ^oC

Αριθμός ισοτόπων: 39

Αέριο άχρωμο, άοσμο και 4,5 φορές βαρύτερο από τον αέρα. Οταν υποστεί μια κτηνώδη πίεση της τάξεως των 140 γιγα-πασκάλ (Gpa), αποκτά ιδιότητες μετάλλου με μια ωραία μπλε απόχρωση.

Οχι πολλά πράγματα. Δεν υπάρχει παρά σε ελάχιστες ποσότητες και στη Γη και στον Ηλιο. Χρησιμοποιήθηκε το 1951 για πρώτη φορά ως αναισθητικό σε χειρουργικές επεμβάσεις. Και αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ καλό, καλύτερο από τα υπάρχοντα οξείδια του αζώτου, με μόνο μειονέκτημα το κόστος του. Διαπιστώθηκε ότι έδινε μεγαλύτερη ευστάθεια στους καρδιακούς παλμούς όσο διαρκούσε η νάρκωση σε εγχειρήσεις καρδιάς. Επίσης σε πείραμα που έγινε, ασθενείς με κρανιοεγκεφαλικές κακώσεις, όταν τους δόθηκε θεραπεία εισπνοών με ξένον επί είκοσι λεπτά, τρεις ημέρες μετά το συμβάν παρουσίασαν σοβαρή βελτίωση. Και όσον αφορά το κόστος, σκέφτονται μήπως μπορέσουν να ανακυκλώνουν το ξένον, οπότε επεμβάσεις όπου θα χρησιμοποιείται αυτό το αέριο θα κοστίζουν σίγουρα λιγότερο. Προς το παρόν το 15% του παραγόμενου χρησιμοποιείται στην αναισθησιολογία.

Υπάρχει και το ραδιενεργό ισότοπο ξένον-133 με ημιζωή μόλις 5,25 ημέρες, το οποίο παράγεται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και χρησιμοποιείται στη λεγόμενη τομογραφία με εκπομπή φωτονίων (Photon Emission Tomography), για καλύτερες απεικονίσεις της καρδιάς, των πνευμόνων, του εγκεφάλου και της ροής του αίματος.

Η παγκόσμια παραγωγή είναι περίπου 10.000 κυβικά μέτρα. Είναι σίγουρα το πιο ακριβό ευγενές αέριο και, για να πάρουμε μια ιδέα, σε σχέση με το νέον, που και αυτό έχει βιομηχανικές εφαρμογές, το ξένον είναι περίπου δέκα φορές ακριβότερο. Οταν ηλεκτρικά φορτία που συνιστούν ηλεκτρικό ρεύμα περνούν μέσα από ατμόσφαιρα με αέριο ξένον, ένα μέρος της ενέργειάς τους πηγαίνει στο να διεγείρονται τα ηλεκτρόνια του ατόμου του και όταν επιστρέφουν να εκπέμπουν ένα χαρακτηριστικό μπλε φως, αλλά και υπεριώδη ακτινοβολία στην περιοχή, η οποία δεν είναι βλαπτική. Γι’ αυτό χρησιμοποιείται και στις λάμπες για το τεχνητό μαύρισμα και σε εκείνες που είναι σε χώρους τροφίμων για τον περιορισμό των εντόμων.

Ποια είναι τα καλύτερα φλας για κάμερες κινητών; Φαίνεται πως τα LED δεν μπορούν να προσφέρουν φωτεινότητα αντάξια των φλας με ξένον και αυτό πλήττει την ανάλυση της φωτογραφίας

Από το 1930 το χρησιμοποίησαν και στις φωτογραφικές λάμπες έκλαμψης, στα φλας δηλαδή, γιατί με την κατάλληλη συνδεσμολογία δίνει μια σύντομη αλλά δυνατή λάμψη που πλησιάζει το φως της ημέρας.

Τα γράμματα και η προφορά τους απατούν. Στην με λατινικούς χαρακτήρες έκφρασή της η λέξη γράφεται XIPS (Xenon Ion Propulsion Systems), και αναφέρεται στα συστήματα προώθησης, όπου με την εφαρμογή κατάλληλης τάσης σε ένα ειδικό πλέγμα μετά την κάθοδο από όπου ξεκινούν τα φορτισμένα σωματίδια επιταχύνονται και πετάγονται με ικανοποιητική σχετικά ενέργεια από το ακροφύσιο του κινητήρα στο κενό, δίδοντας όμως ισόποση ορμή στο διαστημικό σκάφος. Οι κινητήρες αυτοί δεν μπορούν να επιτύχουν τις επιταχύνσεις των πυραύλων που λειτουργούν με χημικά καύσιμα αλλά είναι πολύ σταθεροί και μακροχρόνιας λειτουργίας. Υπάρχουν δηλαδή κάποιοι που λειτουργούν σε δορυφόρους ακόμη και δώδεκα χρόνια. Εξαιτίας της προφοράς του X σαν να ήταν Ζ, στα αγγλικά αναφέρονται ως Ζιπς.

Ακόμα και οι μικροσκοπικοί δορυφόροι Cubesats, που αναμένεται να κατακτήσουν τους αιθέρες, βασίζονται σε κινητήρες με ξένον

Πραγματικά είναι… φρούτο που δεν ξέρουμε τι θα βγάλει. Μοιάζουν με μικρούς κύβους πλευράς μόλις 10 εκατοστών και μάζας ενός κιλού, οι οποίοι θα πετούν σε σχηματισμούς, πολλοί μαζί, και θα μπορούν να φθάνουν ακόμη και σε άλλους πλανήτες. Μια πρώτη πτήση σε χαμηλή τροχιά γύρω από τη Γη έχει προγραμματιστεί για το 2014. Επειδή οι κινητήρες ιόντων δεν μπορούν να μικρύνουν τόσο πολύ, σκέφθηκαν να χρησιμοποιήσουν υγρό που να αποτελείται αποκλειστικά από ιόντα και αυτά να μουσκεύουν ένα πορώδες μεταλλικό υλικό, ώστε με τη βοήθεια του τριχοειδούς φαινομένου να ανεβαίνει το υγρό και να σχηματίζει μικρές λιμνούλες στην ανώμαλη μεταλλική επιφάνεια. Από εκεί με την κατάλληλη τάση δημιουργούνται κωνικοί σχηματισμοί, και τελικά κινούνται ιόντα όπως στην περίπτωση των κλασικών κινητήρων που περιγράψαμε. Για αρχικό καύσιμο χρησιμοποιήθηκε και εδώ το ξένον, μαζί με ένα σύστημα ανακύκλωσής του. Με 8 γραμμάρια ιοντικού υγρού μπορείς να κατευθύνεις μια μάζα 2 κιλών όπου θέλεις περίπου στον αχανή διαστημικό χώρο. Γιατί λέμε ότι δεν ξέρουμε τι θα βγάλει; Γιατί ήδη άρχισαν να υπάρχουν σκέψεις για ένα παγκόσμιο Wi-Fi που θα περιβάλλει τη Γη!