"Prieš keletą dienų mes
atlikome eksperimentą, kurio metu auksą
pavertėme gyvsidabriu", - sako Strathclyde universiteto Glasgowo
mieste (Škotija) lazerių specialistas
Kenas Ledinghamas. Toks pasiekimas gal ir nepadarytų didelio įspūdžio
viduramžių alchemikams, kurie siekė
priešingo tikslo - paprastus metalus paversti auksu. Bet tai gali būti naujos
mokslo revoliucijos pradžia. Lazerių
panaudojimas verčiant vienus cheminius elementus kitais reiškia, kad po
kelerių metų mokslininkai galės
užsiimti alchemija sėdėdami prie savo
kompiuterių, ir tai smarkiai paveiks
įvairias praktikos sritis - nuo medicinos
iki branduolinės energetikos.
Senovės alchemikai taip niekuomet ir neatspėjo aukso sukūrimo
paslapties. Jų eksperimentuose būdavo pasitelkiama paprasta chemija,
kuri manipuliuoja tik elektronais,
esančiais atomų paviršiniuose
sluoksniuose. Tikrajai alchemijai reikia, kad
būtų keičiamas atomo branduolys.
Reikia arba į jį pridėti daugiau protonų
ir neutronų, arba dalį jų iš
branduolio pašalinti. Tik pakeitus protonų
skaičių galima vieną elementą paversti
kitu, o keičiant neutronų skaičių -
pakeisti atomų stabilumą, nestabilų
izotopą paverčiant stabiliu arba atvirkščiai.
Daugelis XVII a. alchemikų manė, kad transmutacijos padės išgydyti visas ligas.
Po to, kai 1919 m. Ernestas Rutherfordas "suskaldė atomą",
žinojome, kad vieną elementą galima
paversti kitu, bombarduojant atomus tokiomis dalelėmis, kaip protonai
ar neutronai. Atrodytų, kad tam reikia branduolinių reaktorių arba
elementarių dalelių greitintuvų, sudarytų
iš kilometrų ilgio tunelių su
milžiniškais superlaidžiais magnetais, tačiau
Ledinghamui ir jo kolegoms šiam darbui prireikė tik lazerio. Tiesa, šis
lazeris pats yra didžiulis. Jis vadinamas Vulkanu, stovi Oksfordšyre
esančioje Rutherford Appleton
laboratorijoje, jis yra pats galingiausias pasaulyje
lazeris ir užima tiek vietos, kiek nedidelis viešbutis. Bet lazerių
technologija progresuoja labai sparčiai ir
po kokių 5 metų Vulkano galingumo lazeris tikriausiai tilps ant vieno
laboratorinio stalo. Būtent tada transmutacija - vienų elementų keitimas
kitais - turėtų pribręsti praktiniam
taikymui.
Ledinghamas ir jo kolegos panaudojo Vulkaną, pridėdami prie
aukso branduolių protonus ir šitaip
sukurdami gyvsidabrį. Bet naujoji alchemija leidžia gerokai daugiau, nei
paprasčiausiai keisti vieną sunkų metalą
kitu. Savo straipsnyje, paskelbtame žurnale
"Journal of Physics D",
grupė svarsto viliojančią pavojingų
radioaktyvių atliekų neutralizavimo
galimybę. Jie panaudojo Vulkaną, versdami
jodą-129 - izotopą, kuris lieka
radioaktyvus milijonus metų - jodu-128, suskylančiu per kelias minutes.
Norėdami atlikti transmutacijos eksperimentą, mokslininkai
apšaudė aukso taikinį pikosekundiniais
lazerio impulsais. Intensyvus lazerio pluoštelis paversdavo aukso atomus iš
plikų branduolių ir elektronų sudaryta
plazma, kuri vėliau spinduliavo gama spindulius, praeinančius per likusią
taikinio dalį. Šie intensyvūs gama
spinduliai susidurdavo su jodo-129 atomais ir jų branduolius pakratydavo
taip stipriai, jog atsikabindavo vienas neutronas.
Branduolinių atliekų
transmutavimas ilgą laiką buvo laikomas
vienu iš patraukliausių bjauriųjų
atominių elektrinių atliekų sudorojimo
būdu. Prancūzijos, kurioje atominė
energetika pagamina iki 80 proc. šalies elektros energijos, mokslininkai yra
įstatymu įpareigoti tirti
transmutaciją. JAV taip pat egzistuoja
nacionalinė šios alchemijos rūšies tyrimų
programa, o britų vyriausybė svarsto, ar
nereikėtų panašios programos
pradėti vykdyti ir šioje šalyje. Iki šiol
vieninteliam žinomam transmutavimo
būdui naudojami modifikuoti branduoliniai reaktoriai, kuriuose branduolinio
skilimo metu atsiradę neutronai susidūrinėdavo su nepageidaujamaisiais
izotopais ir juos suskaldydavo. Tačiau daugelis prieš branduolinę
energetiką pasisakančių grupių laiko visa
tai tik sąmokslu, kurio tikslas branduolinės energetikos atgaivinimas.
Lazerinės transmutacijos šalininkai sako, kad ji nekeltų tiek
daug prieštaravimų bei sudarytų
galimybę su jau egzistuojančiomis
atliekomis. Jau dešimtojo dešimtmečio
pradžioje kilo pirmosios didelės galios
lazerių panaudojimo elementų transmutavimui idėjos. Pirmą kartą lazerio
sukeltas branduolinis skilimas buvo pademonstruotas 2000 m. Lawrence
Livermore laboratorijoje Kalifornijoje. Dabar, Ledinghamo nuomone,
lazerius jau reikia laikyti rimta alternatyva transmutacijai reaktoriuose.
Bet realybe visa tai taps dar negreitai. Kadangi lazerio
spinduliuotę reikia paversti gama spinduliais, o
tik labai maža jų dalis vėliau susiduria
su taikinio atomais, Ledinghamo pademonstruotas procesas yra be galo
neefektyvus. Jo bandymuose iš jodo-129 jodu-128 pavyko paversti vos tris
milijonus atomų - mažiau nei vieną
milijardinę medžiagos miligramo
dalį. Norint paversti visą poros
centimetrų skersmens bandinį būtų tekę iššauti
lazeriu daugiau kaip 1017 kartų,
sunaudojant begalę energijos. Tam gali prireikti net atskiros elektrinės. Be to,
kol kas lazeris sugeba iššauti vos
vieną kartą per valandą.
Lazeris buvo panaudotas Aukso (Au) pavertimui gyvsidabriu (Hg), deguonies (O) fluoru (F) ir jodo-129 (I) jodu-128. Periodinėje lentelėje matome kiekvieno elemento protonų skaičių.
Alchemikai ne tik naikina nepageidaujamus izotopus - jie taip pat
gali sukurti ir naujus elementus. Branduolinės fizikos atstovai gali
pagaminti viską, kas egzistuoja gamtoje, ir
dar daugiau. Pavyzdžiui, ką tik
darmštačiu buvo pavadintas elementas,
turintis 110 protonų. Tokio elemento gamtoje nėra, bet jis buvo sukurtas
greitintuve, stovinčiame Vokietijoje, Darmštato mieste.
Pirmoji praktikos sritis, kurioje bus pritaikyta naujoji alchemija
tikriausiai bus medicininė fizika, o tai tikrai nudžiugintų tikruosius
alchemikus, maniusius, kad transmutacijos gali padėti gydant ligas. Alchemija labai
pravers kuriant medicinoje naudojamus radioizotopus. Pavyzdžiui,
fluoras-18 skildamas išspinduliuoja pozitronu
vadinamą antidalelę, kuri, sutikusi
elektroną, anihiliuoja, virsdama energijos pliūpsniu. Jeigu tai vyksta
žmogaus kūno viduje, išorėje esantys
detektoriai gali užregistruoti
išspinduliuotuosius fotonus ir nustatyti fluoro
izotopo buvimo vietą. Ši pozitronine
tomografija vadinama metodika dažnai naudojama diagnozuojant navikus.
Fluoras-18 ir kiti medicinoje naudojami radioizotopai privalo
suskilti greitai, iškart pabaigus paciento skenavimą. Dabar jie yra gaminami
nedideliuose dalelių greitintuvuose, kuriuos turi vos kelios ligoninės.
Ledinghamas mano, kad po 5 metų fluoro-18 izotopus lazerio pagalba galės
pasigaminti daugelis ligoninių.
Siekdami tai įrodyti, mokslininkai jau panaudojo Vulkaną, iš
deguonies gamindami fluorą-18. Vieną
kartą iššovus lazeriu, buvo
pagaminta dešimtoji vienam pacientui reikalingo radioizotopo dalis.