Verdens fineste guldprøve undersøgt med Los Alamos neutroner

Ved at bruge neutronkarakteriseringsteknikker har et hold videnskabsmænd kigget ind i et af de mest unikke eksempler på trådguld, for første gang at forstå prøvens struktur og mulige dannelsesproces. De 263 gram, 12 centimeter højt eksemplar, kendt som Ram's Horn, tilhører samlingen af ​​Mineralogical and Geological Museum Harvard University (MGMH).

"Næsten intet andet end eksistensen af ​​​​eksemplaret er kendt om trådguld, sagde Sven Vogel, en fysiker ved Los Alamos National Laboratorys neutronvidenskabscenter, LANSCE, en halv kilometer lang partikelaccelerator, der giver høj- og lavenergiprotoner og neutroner til en lang række videnskabelig forskning.

Fundet i 1887 ved Ground Hog Mine i Red Cliff, Colorado, mystisk formet som en snoet flok ledninger i stedet for den mere genkendelige guldklump, Ram's Horn har forvirret mineraloger siden dens opdagelse. Det ukendte:hvad er dets grundlæggende struktur, og hvordan blev det dannet?

"Nogle indfødte metaller, et metal eller en metallegering, der findes i naturen, kan forekomme i det, der kaldes trådmorfologi, " sagde John Rakovan, Professor i mineralogi ved Miami University i Ohio. "Meget mere almindeligt i sølv, trådmorfologien ses sjældent i guldprøver, og dette eksemplar er uden tvivl det fineste kendte eksempel."

På grund af dets sjældenhed og tilhørende pengeværdi er det ikke muligt at skære i eller bryde op i prøven, og på grund af dens tæthed kan lavenergi røntgenstråler og anden diagnostik kun afhøre ydre overflader, så ingen videnskabelige undersøgelser er nogensinde blevet publiceret om denne prøves interne natur, indtil nu.

Forskningsresultaterne tyder på, at trådguldet er meget forskelligt fra trådsølv. "Trådsølv er et mosaiklignende polykrystallinsk tilslag med mange hundrede til tusinder af krystaller i en enkelt tråd, " sagde Rakovan. "Guldet ser ud til kun at være sammensat af nogle få enkelte krystaller. Desuden, vi opdagede, at disse prøver ikke er rent guld, men snarere guld-sølv-legeringer med så meget som 30 procent sølv, der erstatter guld i atomstrukturen."

"Vi vidste, at denne guldprøve på overfladen var omkring 70 procent guld, men ingen vidste, om det kun var tilfældet på overfladen, " sagde Vogel. "Ved at bruge vores neutronkilde, som vi normalt bruger til at studere materialer som uranlegeringer eller nukleart brændsel, vi kunne verificere, at denne prøve er homogen, hvilket betyder, at hele prøven er denne 70-30 blanding af guld til sølv."

I en separat undersøgelse, Rakovan og kolleger opdagede for nylig, at væksten af ​​trådsølv fører til en uventet isotopberigelse. Los Alamos-teamet bruger neutronspektroskopidataene til at vurdere, om isotopberigelse også forekommer i disse guld-sølv-legeringer. En anden overraskelse var ensartetheden af ​​guld/sølv-blandingen. "Fordi legeringen er meget homogen, det ser ud til, at sølvet binder til guldet i den krystallinske struktur på det atomistiske niveau, " sagde Rakovan.

Resultaterne af denne undersøgelse vil få konsekvenser for geovidenskabsfolk, der forsøger at forstå de geokemiske processer, der er på spil i dannelsen af ​​guldforekomster, og for materialeforskere og ingeniører, der kan bruge disse materialers unikke egenskaber i teknologiske anvendelser.

LANSCE-anlæggets unikke egenskaber kan bruges til at studere det indre af værdifulde prøver som denne guldtråd uden at skulle åbne dem for analyse. Ved at bruge neutronteknikker hos LANSCE kan forskere "se" inde i disse store guldprøver, ikke-destruktivt, og lære om deres tekstur, atomstruktur, og grundstof- og isotopkemi.

Prøven vil være midtpunktet i en ny udstilling på Harvard Museum of Natural History i foråret 2020. "The Rare and Beautiful, " fremhæve de aspekter, der gør et objekt værdifuldt, og hvordan menneskehedens påskønnelse af skønhed, sjældenhed, unikhed og kultur har formet disse værdier. Guldtråden er ikke bare verdens fineste guldeksemplar, men det repræsenterer også unikke dannelsesbetingelser, der afslører dens dannelsesproces og i sidste ende Jordens historie. Udstillingen er en sjælden mulighed for offentligheden at se dette guldeksemplar, normalt opbevaret i en bankboks ude af syne.

"Det Mineralogiske og Geologiske Museum ved Harvard er et af de ældste og kontinuerligt fungerende mineralmuseer i USA, " sagde Raquel Alonso-Perez, kurator ved MGMH. "På grund af Harvards stærke kemiafdeling, Universitetet begyndte at indsamle mineraler fra 1850'erne for bedre at forstå deres krystallinske struktur fra et kemisk synspunkt." Guldtrådsprøven blev testamenteret til Harvard i 1947 som en del af A. C. Burrage Collection.

"Disse akademiske samarbejder presser virkelig rammen for os, " sagde Vogel. "Vi bruger normalt LANSCE-acceleratoren til at karakterisere materialer, der er relevante for Los Alamos-missionen, men vi kommer nogle gange til at anvende det på geologiske prøver som dette meget berømte guldeksemplar. Det er en win-win for laboratoriet og universiteterne."