Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 329

Proč není plutonium magnetické?

Plutonium je kov, ale nepřitahuje ho magnet. Proč? Zdá se, že vědci rozluštili „chybějící magnetismus“. Skupina vedená Markem Janoschekem z Los Alamos National Laboratory odhaluje zjištění o elektronech v atomech plutonia, které by mohlo vést k přesnějšímu předvídání a vyladění vlastností nových materiálů.

Fotogalerie (1)
Disk z plutonia vyrobený v Los Alamos. (Zdroj Wikimedia Commons PD, © Copyright 2011 Los Alamos National Security, LLC All rights reserved)

Něco o atomech

Elektrony obíhají kolem atomových jader, jejich dráhy nazýváme orbity. Každá orbita může být obsazena jen určitým počtem elektronů. V běžných kovech je počet elektronů v poslední orbitě přesně dán, např. měď má v této vnější orbitě jeden, železo dva elektrony. Pokud nepřidáme zvnějšku energii (např. ve formě tepla nebo elektřiny), jsou elektrony v nejnižším energetickém stavu zvaném základní stav. Aby zjistili, jak se to má s elektrony v plutoniových atomech, Janoschek a jeho tým ostřelovali vzorek plutonia neutrony. Neutrony i elektrony mají magnetické momenty (dané jejich spinem). Když s plutoniem interagují, dá se tím pozorovat počet elektronů ve vnější orbitě. Tak výzkumníci odhalili, že plutonium může mít v základním stavu čtyři, pět nebo šest elektronů ve vnější orbitě. Přestože dřív se předpokládalo, že počet elektronů musí být fixován, není to na výzkumu to nejdůležitější. „Plutonium fluktuuje mezi třemi různými konfiguracemi. Ve skutečnosti může být ve všech třech najednou“, řekl Janoschek. Tento divný stav vysvětluje teorie z roku 2007, kdy fyzikové z Rutgersovy univerzity vyvinuli matematické modely, kterými ukázali, že elektrony v plutoniových atomech se mohou takto chovat. Experiment z Los Alamos je první, který ověřil pravdivost této teorie.

Divné vlastnosti plutonia

Tato fluktuace může vysvětlit, proč plutonium není magnetické: magnety získávají svou přitažlivou sílu z nespárovaných elektronů. Každý elektron si můžeme představit jako malinký magnet se severním a jižním pólem. Když elektrony obsazují elektronové dráhy, párují se jižními a severními póly, takže výsledná magnetická pole se vyruší. Někdy elektron nenajde partnera, a jeho pole pak pozorujeme. Protože se ale počet elektronů ve vnější slupce plutonia mění, nespárované elektrony tento efekt nevyvolají, a tak plutonium nemůže být magnetické.

Janoschek vysvětluje, že tato vlastnost řadí plutonium mezi dvě skupiny v Mendělejevově tabulce prvků: „Podívejme se na uran, thorium a neptunium - chovají se jako přechodové kovy. Když se podíváte k těžším prvkům, na pravou stranu tabulky, je to jiné. Prvky jako americium a další jako by se víc podobaly prvkům vzácných zemí. Takové, jako např. neodym, vytvářejí velmi dobré magnety, což přechodové kovy často neumějí.“

Matematické předpovídání

Experiment ukázal víc, než jen zvláštní vlastnost plutonia. Matematická teorie spolu s objevem fluktuujících elektronů může pomoci předpovědět chování nových materiálů. Dosud bylo možné zkoumání jen pomocí ovlivňování materiálu teplem, elektrickým a magnetickým polem, nebo ostřelováním částicemi. Matematickým modelem můžeme leccos předpovědět. „Prediktivní teorie materiálů je úžasná věc, protože můžeme jejich vlastnosti simulovat na počítači,“ říká Gabriel Kotliar, profesor fyziky na Rutgersově univerzitě a jeden z vědců, který pracoval na matematických modelech. „U radioaktivních materiálů, jako je plutonium, je to mnohem levnější než dělat skutečné experimenty.“ Pomůže to také vysvětlit jiná zvláštní chování plutonia - prvek se roztahuje a smršťuje při zahřátí nebo při působení elektrického proudu jinak, než jiné kovy.

O plutoniu jsme psali již dříve např. zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/2049-kdo-se-boji-plutonia a zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/astronomie/4-role-plutonia-pri-vyzkumu-vesmiru

Zdroj: https://www.livescience.com/51517-plutonium-missing-magnetism-found.html?li_source=LI&li_medium=more-from-livescience&li_campaign=related-test

(red)
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Autonomní ponorky pro vypouštění dronů

Populární drony je možné vypouštět ze země, ale například také z vody. Robotické ponorky mohou vypouštět do vzduchu tucty malých dronů. Jednotlivé drony nenadělají mnoho škody, ale jestliže jsou jich celé roje, je obtížné proti nim něco dělat.

Přijďte si vyzkoušet, jaké to je být radiologickým fyzikem

Fyziků potřebují nemocnice čím dál více. Počet přístrojů pracujících s ionizujícím zářením, jako jsou různé typy klinických urychlovačů, mamografy či výpočetní tomografy (CT), v českém zdravotnictví významně roste. Za posledních 15 let se počet lineárních urychlovačů i CT téměř ztrojnásobil.

Protitlakové prstence pro ITER

Určitě jste někdy zkoušeli přiblížit magnety stejným pólem k sobě. Nešlo to a nešlo. Takový nástěnkový magnet má pár gramů. A odpudivá síla je překvapivě velká. Nyní si představte magnet se supravodivým vinutím o hmotnosti 360 tun, kterým se prohánějí desítky kiloampérů elektrického proudu.

Dny otevřených dveří na slunečních elektrárnách

Solární asociace pořádá od 30. května do 5. června Dny otevřených dveří slunečních elektráren po celé České republice. Cílem každoroční akce je představit možnosti využití energie ze slunce a fungování elektráren.

Jak se dělá bezkofeinová káva

Pokud pijete kávu, určitě jste se někdy zamysleli nad tím, jak je možné, že jako bezkofeinová jsou někdy deklarována i celá kávová zrna. Dobře, umím si představit, že z té rozpustné se alkaloid kofein nějak chemicky vyextrahuje, ale z celých zrn? Historka ...

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail