Článek
Dotaz
Jaký je přírodní výskyt Si-32? Vím, že vzniká vlivem kosmického záření, ale nikde nedokážu zjistit jeho podíl…
Minutová odpověď
- Podíl radioaktivního izotopu křemíku 32Si se stanovuje obtížně kvůli jeho nízké koncentraci a poměrně dlouhému poločasu radioaktivní přeměny.
- Jeho podíl vůči stabilním izotopům křemíku 32Si/Si se může pohybovat v rozmezí 1×10−13 – 1×10−18.
- Samotná detekce 32Si je náročná a vyžaduje pokročilé techniky a větší množství vzorku.
Odpověď
Radioaktivní izotop křemíku 32Si vzniká v atmosféře jadernými reakcemi složek kosmického záření (proud energetických částic přicházejících z kosmu [1]) s atomy argonu (Ar). Na zemský povrch se dostává spadem ve srážkách (déšť a sníh), kde se velice rychle „naředí“ stabilními izotopy křemíku (28Si, 29Si a 30Si), čímž se významně sníží jeho měrná aktivita [2].
Izotop 32Si se přeměňuje na radioizotop fosforu 32P rozpadem neutronu v jádře na proton a elektron (tzv. β− přeměna) s poločasem přeměny (τ1/2) kolem 150 let [3]. Díky tomu lze 32Si použít k datování záznamů v časovém rozmezí zhruba 0–1000 let, kde jiné kosmogenní radioizotopy s kratším (např. 7Be, τ1/2 = 53 dní) nebo naopak delším poločasem rozpadu (např. 26Al, τ1/2 = 7,16×105 let) spolehlivě využít nelze. Jelikož se dostává na zemský povrch ve srážkách, využívá se především na datování procesů v podzemních vodách, jezerech a oceánech [4].
Měření koncentrace 32Si však není jednoduché: jeho poločas rozpadu je poměrně velký a ročně spadne na povrch naší planety pouze 3000 atomů na cm2 (to se sice může zdát jako vysoké číslo, ale opravdu to moc není). V prvních pár letech po dopadu se z tohoto množství na cm2 rozpadne každých 25 dní pouze jeden atom [4].
Například ve vzorcích ledu z Antarktidy může být poměr tohoto radioizotopu vůči stabilním izotopům křemíku 32Si/Si v rozmezí 1×10−13 – 2×10−12 díky nižší koncentraci stabilních izotopů křemíku. Pro vzorky v exponovaných částech světa tento poměr ale může být mnohem nižší, až 1×10−18 [4]. Jeho stanovení je proto náročné a vyžaduje větší množství vzorku. Současně je obtížná radiometrická detekce tohoto radioizotopu, neboť při své přeměně vyzařuje pouze záření β−o nízké energii, které se obtížně měří.
K dispozici jsou tedy dvě metody, jak koncentraci 32Si měřit. První metodou je měření radioaktivity dceřiného produktu 32P, který má mnohem nižší poločas přeměny (τ1/2 = 14 dní) a snadněji se detekuje díky mnohem větší energii emitovaného záření. Dále lze využít urychlovačovou hmotnostní spektrometrii (AMS – accelerator mass spectrometry), její použití je ovšem komplikováno přítomností nejvíce zastoupeného stabilního izotopu síry 32S o velice blízké atomové hmotnosti ve vzorku.
V obou případech ovšem měření koncentrace 32Si často naráží na hranice detekčních limitů těchto technik kvůli jeho nízkému výskytu. I podíl radioaktivního izotopu 32Si se tudíž dá stanovit jen s relativně velkou nejistotou.
Pro Zeptej se vědce odpovídala Kristýna
Ing. Kristýna Kantnerová, Dr. sc. ETH Zurich, University of Colorado Boulder, Geological Sciences & Institute of Arctic and Alpine Research
Odbornou recenzi poskytl doc. Ing. Mojmír Němec, Ph.D., České vysoké učení technické v Praze – FJFI, katedra jaderné chemie
Zdroje a další čtení
[2] https://www.jstor.org/stable/1705176
[3] https://doi.org/10.1088/1674-1137/41/3/030001
[4] https://doi.org/10.1016/j.quageo.2008.12.006
Zeptej se vědce
Projekt Zeptej se vědce se snaží zprostředkovat kontakt mezi vědeckou a nevědeckou veřejností. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na Facebooku, Twitteru nebo Instagramu. Podpořit nás můžete na donio.cz/podpor-zeptej-se-vedce.
