Wybuchy jądrowe i detekcja neutrin a fałszerstwa wina

W tych beczkach dojrzewa węgierski tokaj

Źródło: Wikipedia

LIcencja: domena publiczna

Wiadomo, że niektóre alkohole potrafią osiągać zawrotne ceny. Dotyczy to także win. Dość powiedzieć, że np. butelka Chateau Lafite z 1869 r. na aukcji Sotheby’s osiągnęła w 2010 r. cenę ponad 230 tys. dolarów.

No dobrze, ale skąd możemy mieć pewność, że zawarte we flaszce wino faktycznie jest z tamtych czasów? Butelkę i etykietę da się podrobić, a do środka można wlać cokolwiek wytworzonego współcześnie. Rynek winiarski to miliardy dolarów, więc specjaliści od fałszerstw sięgają po różne sposoby, aby się dorobić. Czy jest metoda, aby udowodnić takie fałszerstwo? Jak najbardziej!

Odpowiedź znaleziono, paradoksalnie, w technologii jądrowej, ale też w badaniach neutrino – malutkiej cząstki elementarnej. Przypomnę, że tak naprawdę era jądrowa oddziałująca na świat rozpoczęła się w 1945 r., wraz z testem „Trinity”, który Amerykanie przeprowadzili na poligonie Alamogordo w Nowym Meksyku. Właśnie wtedy do atmosfery ziemskiej dostały się pierwsze izotopy promieniotwórcze, wcześniej nieistniejące na Ziemi. Jednym z najważniejszych jest cez-137, izotop o czasie półtrwania ok. 30 lat.

Test “Trinity” – kilka sekund po eksplozji

Źródło: Wikipedia

Licencja: domena publiczna

Niektórzy czytelnicy zapewne pamiętają, że po wybuchu w Czarnobylu właśnie cez-137 był jednym ze źródeł skażeń promieniotwórczych na terenie Europy, podobnie ma się rzecz z tym samym izotopem uwolnionym po awarii w Fukushimie. Ale ogromne ilości cezu zostały też uwolnione w trakcie setek amerykańskich i radzieckich testów jądrowych prowadzonych m.in. w powietrzu. Sole cezu są doskonale rozpuszczalne w wodzie, dlatego też bez problemu znajdziemy go w wodach opadowych i podziemnych. W naturalny sposób trafia on też do roślin, a potem – przez klasyczny łańcuch pokarmowy – do mięsa zwierząt. No więc sprawa jest prosta: winogrona wyhodowane po 1945 r. z definicji zawierają jakieś ilości cezu-137. Izotop ten rozpada się z wydzieleniem promieni beta oraz gamma. I właśnie to drugie jest w tym przypadku najistotniejsze.

Skoro przed 1945 r. cez-137 nie był obecny na Ziemi, jest oczywiste, że butelkowane wina wyprodukowane przed tą datą nie mogą go zawierać. Izotopy rzecz jasna nie przenikają przez szkło, ale promieniowanie gamma już tak. I na tym właśnie oparto pomysł analizy. Jeśli weźmiemy podejrzaną butelkę wina i zbadamy, jak promieniuje, dowiemy się prawdy. Brzmi całkiem prosto, ale… jak zawsze diabeł tkwi w szczegółach.

Czujniki promieniowania gamma same z siebie nie potrafią odróżnić, skąd pochodzi promieniowanie. Dlatego też pomiar należy przeprowadzić w miejscu, w którym jedynym źródłem promieniowania gamma będzie zawartość butelki z winem. Dlatego też np. Uniwersytet Bordeaux (Francja) korzysta z laboratorium umieszczonego 1,5 km pod powierzchnią ziemi. Dodatkowo detektor wraz z próbką umieszcza się w specjalnym ołowianym pojemniku. Ołów dość dobrze blokuje promieniowanie gamma, ale… no właśnie – sam ołów musi być stary. Dlaczego? Bo współczesny zawiera też cez-137, który jest wszędzie! Dlatego Francuzi do stworzenia pojemnika izolującego wykorzystali niezawierający cezu-137 stary ołów, wytopiony niemal 2 tysiące lat temu. Ale laboratorium, o którym wspominam, nie powstało do badania wina. Jest to część bardzo specjalistycznego międzynarodowego projektu Neutrino Ettore Majorana Observatory (NEMO), a badania wina są tylko dodatkowym eksperymentem ubocznym wykorzystującym to, że laboratorium jest głęboko pod ziemią i ma fantastyczne ekranowanie od zewnętrznego promieniowania.

Bardzo ciekawy artykuł opowiadający właśnie o tym, jak eksperymenty mające na celu wykrywanie neutrin umożliwiły też badanie fałszerstw wina można przeczytać tutaj (ang. PDF). Przy okazji: wiecie może kim był Ettore Majorana? Jeśli nie, poszukajcie informacji, bo naprawdę warto. W skrócie: genialny fizyk z zespołu Enrico Fermiego, który nagle, w wieku 32 lat zniknął, będąc u szczytu kariery. Do dziś ta kwestia pozostaje nierozwiązana do końca. Ale wracamy do tematu.

Skąd wiemy, że promieniowanie gamma pochodzi akurat z cezu-137? To akurat proste. Każdy izotop emituje promieniowanie o bardzo konkretnej energii. Jest to więc swoisty radioaktywny odcisk palca. Jeśli detektor wykryje promienie gamma o energii 0,6627 MeV, możemy być pewni, że mamy do czynienia z cezem-137. Dla dociekliwych: to promieniowanie nie pochodzi wprost od cezu, lecz z metastabilnego izotopu baru, 137mBa. Ale to tylko naukowy szczegół.

Jeśli wino było wyprodukowane i butelkowane przed 1945 r., detektor nie wykryje promieniowania gamma o energii 0,6627 MeV. Jeśli powstało później, promieniowanie gamma będzie obecne, a jego ilość będzie zależna w zasadzie od roku i miejsca produkcji. Dodam może tylko, że ilość tego promieniowania jest naprawdę niewielka, nieznacząca dla zdrowia.

A sam radioaktywny cez-137 to też ciekawy temat, o którym zapewne niebawem napiszę. Ostatnio zyskał pewną sławę w związku z zagubieniem kapsułki z tym izotopem w Australii. Tym razem obyło się bez ofiar, ale niektóre wcześniejsze wypadki były dramatyczne.

(c) by Mirosław Dworniczak

Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem. Linkować oczywiście można.

2 thoughts on “Wybuchy jądrowe i detekcja neutrin a fałszerstwa wina

  1. Znakomite, od dzisiaj z licznikiem i każdą butelką sprzed 1945 lecę do piwnicy sprawdzić! 😉

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *