Mineral gennemgår selvhelbredelse af bestrålingsskader

Adskillige mineraler udsættes for radioaktiv selvbestråling og oplever langsigtede ændringer i deres egenskaber. Mineralet monazit opfører sig som camembert-ost, hvori der bores huller:eksisterende strålingsskader helbreder sig selv. Et internationalt forskerhold ledet af Lutz Nasdala, Institut for Mineralogi og Krystallografi, Universitetet i Wien, udført en ionbestrålingsundersøgelse, der har afdækket årsagerne til selvhelbredelsen af ​​monazit. Resultaterne blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

I naturen er der en del mineraler, der inkorporerer uran og thorium i deres krystalstruktur. Dette forårsager radioaktiv selvbestråling, over geologiske tidsperioder, kan ødelægge krystallen og omdanne den til en glasagtig form. Så tidligt som i 1893 den norske mineralog og geolog introducerede udtrykket "metamict" for at beskrive denne glasagtige tilstand.

Selvbestrålende mineraler er i øjeblikket i fokus for international forskning. Dette skyldes, at strukturelle strålingsskader kan påvirke mineralers fysiske og kemiske egenskaber. At forstå årsagerne til disse egenskabsændringer er afgørende for jordvidenskaben, som en af ​​de vigtigste teknikker til at bestemme aldre af mineraler og sten er baseret på det radioaktive henfald af uran. I materialevidenskab, radioaktive mineraler er analoger af værtskeramik til immobilisering af radioaktivt affald.

Monazit helbreder sig selv

Det blev ikke forstået, hvorfor nogle mineraler (såsom zirkon, ZrSiO ₄ ) findes ofte i naturen i en bestrålingsvitrificeret tilstand, mens andre arter (såsom monazit, CePO ₄ ) – på trods af endnu højere selvbestråling – bliver aldrig metamisk, men, hellere, observeres altid i en moderat strålingsskadet tilstand. Dette forklares med utilstrækkelig stabilitet af monazitstrukturen, resulterer i en manglende evne til at akkumulere skader over geologiske perioder. Lutz Nasdala belyser dette, meget forenklet, ved en sammenligning med ost:"Det er let muligt, ved hjælp af en blyant, at prikke et hul i en hård ('stabil') emmentaler ost, hvorimod analogt fremstillede huller i en blød camembert-ost ville 'hele' på ingen tid."

Heliumioner skaber og helbreder strålingsskader

Det menes, at delvis selvhelbredelse af monazit ikke kun er forårsaget af dette minerals lave termiske stabilitet, men også relateret til virkningen af ​​naturlige alfapartikler (dvs. energirige heliumkerner, der udsendes af en ustabil kerne i en "alfa-henfaldsbegivenhed"). Det sidste, imidlertid, var i tilsyneladende kontrast til observationen af, at krystallinsk monazit er tilbøjelig til alfa-bestrålingsskader.

I den nye undersøgelse kunne forskerholdet afsløre årsagerne til selvhelbredelsen ved at udføre bestrålingsforsøg. Heliumioner med energier på millioner af elektronvolt (analoger af naturlige alfapartikler) skaber strukturelle skader i krystallinsk monazit. I modsætning, de samme heliumioner forårsager strukturel genvinding af strålingsskadet monazit. Derfor ville krystallinsk monazit svare til emmentalerost, hvorimod strålingsskadet monazit bliver til camembert-ost.

Så stærk afhængighed af mineralegenskaber af små ændringer i den strukturelle tilstand er aldrig blevet beskrevet før. En konsekvens for geovidenskabelig forskning er, at eksperimenter med syntetisk (dvs. ikke-strålingsskadet) monazit kan give resultater, der ikke nødvendigvis er relevante for opførselen af ​​dette (altid moderat strålingsskadede) mineral i Jordens indre.