Radioaktivní sklo – trinitit

Příběh radioaktivního skla, vzniklého po explozi jaderné bomby. Jak vypadá, jak vzniklo a proč je radioaktivní dodnes? (délka blogu cca 3 minuty čtení)

Trinity

Jsme zvyklí na to, že přírodní minerály, které obdivujeme v muzeích a které plní soukromé sbírky, jsou materiály formované během dlouhých procesů v nitru Země.

Existuje však jeden druh srovnatelného materiálu, který se na naší planetě objevil během výbuchu trvajícího jen zlomky sekundy. Jde o umělé sklo zvané trinitit, vzniklé v důsledku prvního jaderného výbuchu.

Při testu bomby, která dostala název Trinity, byla plutoniová nálož umístěna na zhruba třicetimetrové ocelové věži. Po detonaci dosáhla teplota v okolí epicentra výbuchu hodnot přesahujících 1 400 °C – tedy dostatečně vysokých na to, aby roztavila písek, prach i povrchovou vrstvu půdy.

Tento roztavený materiál se promíchal s produkty štěpení nálože, se zbytky kovové konstrukce i s dalšími látkami vzniklými během exploze. Když materiál následně rychle vychladl a ztuhl do podoby sklovité hmoty.

Trinitit tedy není jen roztavený písek. Je to materiál, do kterého se dostaly nejen atomy přírodních látek přítomných na místě exploze, ale i atomy, které vznikaly až během samotné jaderné reakce.

Vědci v něm rozlišili několik skupin radionuklidů. Nacházejí se zde tzv. produkty štěpení – například cesium‑137 a stroncium‑90, vznikající přímo při rozpadu jader plutonia.

Další skupinou jsou tzv. aktivační produkty, například kobalt‑60 a europium‑152. Původně šlo o běžné prvky z půdy nebo z konstrukce věže, které se po ozáření neutrony samy staly radioaktivními.

Ve vzorcích se samozřejmě nacházejí také zbytky jaderného paliva, tedy izotopy plutonia Pu‑239 a Pu‑240.

Paletu izotopů doplňují i přirozené radionuklidy, například draslík‑40, thorium nebo uran, které jsou běžně přítomné v zemské kůře.

Právě tato směs vytváří v trinititu chemickou a fyzikální stopu samotného výbuchu i místo činu, kde k explozi došlo.

Radioaktivní i po desetiletích

Vzorky trinititu zůstávají radioaktivní dodnes. Různé výše zmíněné radionuklidy mají poločasy rozpadu v řádu desítek až tisíců let, takže jsou v trinititu detekovatelné i dnes – po více než osmdesáti letech. Vědci dokážou z materiálu dokonce rekonstruovat různé detaily někdejší exploze. Z malého úlomku skla lze zpětně číst historii výbuchu téměř jako z dobře vedeného laboratorního protokolu.

Vyšší podíl aktivačních produktů (například europia nebo kobaltu) naznačuje silnější tok neutronů, tedy menší vzdálenost materiálu od centra výbuchu.

Těkavé prvky, jako je cesium, se naopak ve velmi horkých oblastech snadno odpařovaly, a v trinititu jich proto zůstalo méně.

Poměry izotopů Pu‑239 a Pu‑240 potvrzují, že materiál použitý při testu byl mimořádně čistý, v souladu s historickými údaji o výrobě plutonia v Hanfordu.

Trinitit je materiál pojmenovaný podle testu bomby Trinity. Je typicky zelenavě šedý. Jeho barva je způsobena přítomností atomů železa v pouštním písku. Materiál je plný vzduchových bublin. Má hladký horní povrch, který byl vystaven přímému žáru výbuchu, a drsný spodní povrch, posetý neroztavenými zrnky písku a drobnými kameny.

Většina skla nevznikla přímo na zemi, ale roztavila se do podoby malých kapek, které výbuch vymrštil do výšky a které se následně vrátily zpět na povrch. Při dopadu se znovu ohřívaly teplem od půdy v místě výbuchu. To vysvětluje jak hladkost horní strany, tak i její vyšší radioaktivitu. Horní povrch bývá často několikanásobně aktivnější než spodní. Lze to dobře měřit zejména u beta záření, protože gama záření proniká materiálem snadněji a prostorové rozložení radionuklidů ve vzorku ho tolik neovlivňuje.

Tloušťka vrstvy trinititu se pohybuje mezi 0,5 a 1 centimetrem. Celková hmotnost dosáhla odhadovaných 17 tun. Americká Atomic Energy Commission nechala většinu materiálu odstranit už v roce 1952, aby se omezila rizika. Přesto se na místě dají dodnes nalézt malé úlomky. Oblast je od roku 1965 národní památkou a veřejnosti je přístupná jen dvakrát ročně.

Srovnání s radioaktivním materiálem z jiných testů

Trinitit mimochodem není jediným takovým materiálem. Sovětský test RDS‑1 (29. srpna 1949, Semipalatinsk, 20 kt) vytvořil sklo zvané atomsit. Jde rovněž o určitý druh skla, který je však výrazně aktivnější (aktivita izotopu Cs-137 je přibližně 16× vyšší, u Eu-152 asi 23× vyšší).

Francouzský pokus provedený 13. února 1960 v Alžírsku (40–80 kt) vytvořil černý atomsit, který je zhruba 1,5–5× aktivnější. Má vyšší podíl aktivačních izotopů, což souvisí s větším výkonem exploze. Kromě toho je materiál nalezený v Semipalatinsku také o 1–2 řády aktivnější než trinitit.

^{Zdroje (citace): IAEA; P. P. Parekh, T. M. Semkow, M. A. Torres, D. K. Haines, J. M. Cooper, P. M. Rosenberg, M. E. Kitto: Radioactivity in Trinitite six decades later, Journal of Environmental Radioactivity 85.}