Древний Рим и элементарные частицы

    Ученые НИТУ «МИСиС» при помощи новой технологии измерили количество микропримесей в слитках античного свинца с затонувшего корабля древних римлян. Выяснилось, что свинец, 1500 лет пролежавший под толщей воды, содержит так мало радиоактивных элементов — урана и тория, что его можно без всякой дополнительной очистки использовать в одной из самых «требовательных» областей — ядерной физике — изучении элементарных частиц. Эксперимент по выделению и определению микропримесей был проведен в сотрудничестве с коллегами из Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна) и Национальным центром научных исследований (Франция).

    image

    Чем более высокоточными и производительными становятся современные приборы, тем более чистые химические вещества требуются для их изготовления. Это, так называемые, «особо чистые вещества» (ОЧВ) — которые содержат примеси в таком незначительном количестве, что они не влияют на основные специфические свойства исследуемых объектов. Одна из самых «требовательных» сфер применения ОЧВ — экспериментальная физика элементарных частиц. Например, для ускорителей заряженных частиц, которые и так строят под землей для защиты от космических лучей, все равно требуется дополнительная защита от радиации из особых щитов, сделанных из сверхчистого свинца. Один из примеров таких ускорителей — Большой адронный коллайдер CERN.

    Получение особо чистого свинца проходит в несколько этапов, таких как растворение руды, плавка, разделение сплава на составные части, очистка щелочью, поочередное отделение каждого примесного вещества. После множества стадий очистки, пробу особо чистого свинца нужно анализировать. Допустимый максимум примесей радиоактивных элементов должен составлять не более 0,0000000001% (одной десятимиллиардной %) от общей массы. При таком количестве радиоактивных примесей и ниже свинец можно использовать для защиты высокоточных приборов. Однако даже самые современные методы прямого элементного анализа не позволяют определить столь малые количества примесей на фоне основного компонента — свинца.

    image
    Фрагмент свинцового слитка, найденного в остове древнеримского корабля у берегов Франции

    Ученые лаборатории разделения и концентрирования в химической диагностике функциональных материалов и объектов окружающей среды НИТУ «МИСиС» под руководством д.х.н. Петра Федотова предложили новый способ отделения примесей для их последующего анализа. Эксперимент был проведен на пробах античного свинца — слитках возрастом более 1500 лет. Когда-то этот свинец был добыт древними римлянами на рудниках, располагавшихся на территории современной Англии. При перевозке свинцовой руды корабль затонул, и был обнаружен только в конце XX века у побережья Франции.

    На момент проведения эксперимента этот свинец уже несколько лет использовался Национальным центром научных исследований (Франция) как особо чистое вещество — за полторы тысячи лет существенная часть урана и тория естественным образом распалась, а толща воды защитила свинцовые слитки от «налипания» новых радиоактивных примесей. Уран и торий в этом свинце обнаружены не были, однако предполагалось, что количество примесей могло быть просто ниже уровня «видимости» прямого инструментального анализа, то есть ниже 0,00000001% (одной стомиллионной %).

    Тогда ученые НИТУ «МИСиС» предложили свой способ отделения примесей для последующего анализа. При помощи так называемой планетарной центрифуги и системы из двух несмешивающихся жидкостей (воды и хлороформа), содержащих особые реагенты, они вначале растворили пробу свинца в особо чистой азотной кислоте, а затем выделили и сконцентрировали примеси.

    image
    Планетарная центрифуга

    Такой комбинированный подход, основанный на отделении примесей и их последующем определении, позволил ученым НИТУ «МИСиС» определять примеси урана и тория с требуемой точностью — 0,0000000001% (одна десятимиллиардная %). Однако содержание урана и тория оказалось ниже этого уровня. Таким образом, получается, что античный свинец, добытый еще древними римлянами и поднятый со дня моря лишь спустя 1500 лет, чист настолько, что даже с самыми высокоточными методами отделения и анализа примесей, их нельзя увидеть и измерить.
    Свою новую систему отделения примесей на планетарной центрифуге ученые НИТУ «МИСиС» планируют использовать и дальше — главным образом, для анализа ОЧВ.
    «Среди преимуществ предложенной нами технологии — её „гибкость“: в зависимости от того, примеси каких элементов нужно отделить, можно использовать самые разные реагенты и несмешивающиеся жидкие фазы. Таким образом, можно отделять, концентрировать, и анализировать мельчайшие ультраследовые примеси для определения „особой чистоты“ веществ», — рассказывает руководитель исследования Петр Федотов.
    Кроме того, потенциально при бОльших объемах разделительной колонки планетарной центрифуги так можно и очищать вещества — растворяя их и прогоняя через цикл отделения примесей.

    Статья опубликована в журнале Talanta.

    image
    Фото РИА «Новости»
    НИТУ «МИСиС»
    211,32
    Образование и наука
    Поделиться публикацией

    Комментарии 42

      +7

      "за полторы тысячи лет существенная часть урана и тория естественным образом распалась" — ох уж эти журналисты...

        0

        Я, кстати, слышал как-то историю про этот корабль, но был уверен, что речь идёт о чистоте в смысле отсутствия загрязнения радионуклидами антропогенного происхождения, в большом количестве произведёнными в двадцатом веке. Про распавшийся уран, с учётом периода полураспада, естественно бред. Но в оригинальной статье речь тоже про чистый — в смысле отсутствия урана и тория — свинец. А в чём причина такой чистоты?

          0
          Статью не читал, но осуждаю могу предположить, что тут какая-то электрохимия, т.е. руду банально промыло морской водичкой, произошли какие-то ионно-обменные реакции и уран тупо растворился и уплыл.
          0

          Нужно, конечно, дать себе время и внимательно прочитать оригинал.

            0
            Речь идет не о распаде урана и тория с нуля as is.
            Свинец — конечный продукт распада урана. До него уран распадается до тория, дальше торий распадается до свинца.
            Получается, на момент добычи свинца римлянами уран успел до него распасться уже много-лет-как, остались крохотные примеси. За 1,5 тысячи лет существенная часть этих примесей и завершила этот распад.
              0
              Получается, на момент добычи свинца римлянами уран успел до него распасться уже много-лет-как, остались крохотные примеси. За 1,5 тысячи лет существенная часть этих примесей и завершила этот распад.

              Существенная это больше половины? Потому что половина урана 238 распадается за 4.5 миллиарда лет. Сколько бы его не оставалось. За 1500 лет распадутся миллионные доли урана 238.
            0

            Описание исследований древнеримского свинца итальянцами (статья 1991 года) — https://www.researchgate.net/publication/245067190_Measurements_on_radioactivity_of_ancient_roman_lead_to_be_used_as_shield_in_searches_for_rare_events

              +1
              Корабль на КДПВ мало похож на римский. Скорее на греческий.
                0
                Если верить Википедии, то триремы использовали и греки, и римляне.
                  0
                  Отличительной особенностью римских трирем было средство доставки штурмовиков на борт противника: ru.wikipedia.org/wiki/Абордажный_ворон
                    0
                    Согласна, конкретно тут изображена афинская трирема. Пусть будет уж как есть. В следующий раз изучу вопрос предметнее :)
                      0
                      Так там написано:
                      Вероятно, такие потери стали основной причиной отказа от использования «ворона» при проектировании кораблей к концу Первой Пунической войны.
                  +1
                  1500 лет назад и древний Рим? Хмм.
                    0
                    Римская империя (последний из периодов цивилизации Древнего Рима) пала в 476 г.н.э. Если считать от этого года до 2019, получается 1543 года, 1500 — округленная цифра.
                      +3
                      Вообще, Восточная Римская империя была ничуть не менее римской, чем Западная Римская империя (по крайне мере, в начале), а была захвачена еще через тысячу лет в 1453 году. Поэтому, падение Западной Римской империи это лишь очень условное окончания цивилизации Древнего Рима, лишь принятое историками, чтобы польстить своим правителям (чисто технически она закончилась с падением Византии).

                      Это, кстати, интересный случай переписования истории еще 500 лет назад, немецкие историки в 15 веке сознательно обозвали Восточную Римскую империю Византией, а столицу Констатинополем (хотя сами жители иначе как Римской империй и Новым Римом их не называли), чтобы единственным наследником римлян была немецкая Священная Римская империя, но до конца 19 века никто не сомневался, что древняя Римская империя окончательно пала в 15 веке. А потом выстроилась очередь желающих наименоваться наследниками Рима и учебники переделали…
                        0
                        До того как пасть она должна была продолбать многое, например флот и заморскую торговлю в частности с ооочень далекой Британией как в нашем случае, это уже средневековый корабль и скорее всего даже не римский.
                      0

                      Оффтоп, а где можно почитать или тут ответьте, зачем римлянам свинец? Они его как сердечник в мечах использовали? Польше ничего пиидумать не могу.

                        0

                        Прошу прощения за ошибки, с телефона нельзя отредактировать и исправить.

                          +2
                          В данном, случае свинцом обшивали дщина кораблей, чтобы не обрастали полипами.
                          Из свинца они так же делали водопроводы и тарелки. А ещё варили свинцовый сахар, которым бодяжили сладости, в том числе и добавляя в вино.

                          PS Сердечники у мечей — железные и стальные. Из свинца их делать — будет больше минусов, чем плюсов.
                            0
                            И была даже гипотеза, что массовое использование свинца было причиной деградации римской элиты.
                              0

                              Одна из причин, на биологическом уровне.
                              И не только элиты, воду все пили, из свинцовых труб, лекарства, косметика на свинцовых белилах, даже пищевые добавки. Почитал про свинцовый сахар, волосы зашевелились. А они это ели.

                                0
                                У бедных просто меньше возможностей было по косметике и сладостям.
                                  0
                                  Зато, у бедных посуда и ложки были из свинца, а не из золота с серебром.
                                    0
                                    Кстати, вспоминается, что ещё в вино его добавляли, а, уже упоминалось.
                            +4
                            Я как пращник — любитель скажу что они еще свинцовые пули отливали для пращей, до нас их куча дошла, зачастую они имели оскорбительные надписи типа «задница Помпея»:), имея одинаковую форму и массу они летели гораздо точнее разнокалиберных камней, а имея еще и высокую плотность — летели раза в полтора дальше.
                              0

                              Может это были чисто спортивные или тренировочные пули?
                              Как то дорого получается, металл расходовать. Тем более, что добывали далеко от Рима.
                              Кстати, а какова поражающая способность таких боеприпасов? Наверняка веди проверяли ваши единомышленники?

                                0
                                Для луков и дротиков — тоже металл расходуется, но большие битвы на тысячи человек — нечасто случаются.
                                Вспомнил, что помимо пращных пуль, римляне делали ещё и плюмбаты — дословно «свинчатки», дротики с грузилом из свинца, носившиеся прикреплёнными изнутри к щиту.
                                image

                                PS а насчёт «дорого», инки — использовали пращные пули из… золота (!!!), чем только раззадорили жадных до золота конкистадоров.
                                  0
                                  Т.е. железо на наконечники стрел это не дорого, а свинец на пули — дорого?:)
                                  Находят их именно на местах боев сражений осад и просто военных складах.
                                  Варвары в массе своей были голодранцами, посему поражаемость по голодранцам была норм. По одоспешенным конечно не очень. Мои единомышленники, особенно неофиты:) в массе своей преувеличивают, весьма, а по факту тех же конкистадоров несколько месяцев осаждали в Куско (Перу), там за несколько месяцев погибло 4 конкистадора, из них от камней достоверно двое, один из братьев Пизарро (не помню имени) получил камнем в щеку, она разбухла и мешала надеть шлем, он пошел в бой без шлема и получил в череп по кумпалу, умер не сразу, успел даже завещание надиктовать. Или при осаде Иерусалима, в одной из попвток штурма сообщается что легионеры потеряли 19 убитыми и 600 ранеными, доспехи работали хорошо.
                                    0

                                    Спасибо за разъяснения. В общем, оружие против голодранцев ))))


                                    Все таки наконечник -50г железа, а пуля для пращи — грамм 200-300. Мой внутренний куркуль ужасается такому расточительству.


                                    Хотя, сейчас тоже пуляют по миллиону долларов за боеприпас. Наверное оправданно, с т.з. войны.

                                      +1
                                      Для вас — были керамические пули для пращи!
                                      Тоже, все — стандартной массы и размеров, но очень дешёвые.
                                        0

                                        Воооот, это по нашему, по куркульски. Кирпич он и есть кирпич.

                                        0
                                        Все таки наконечник -50г железа, а пуля для пращи — грамм 200-300. Мой внутренний куркуль ужасается такому расточительству.

                                        Так наконечник практически одноразовый, его не так-то просто достать из тела, он быстро тупиться, да и просто стрела легко может потеряться. А пуля этот тот же камень, он в теле не застревает, не портиться, да и достаточно приметный. Прошли пращники по полю битвы — собрали использованые снаряды и снова можно воевать. Да и с металлом ничего не будет, если нужно всегда пули можно переплавить, на что-то другое.

                                        Как раз наконечники это большое расточительство, не говоря уже, что труд кузнеца был дорог, а тудоемкость изготовления пулы вероятно даже меньше, чем наконечника, для пули просто свинец залить в форму, а наконечники должны быть с острыми кромками и наконечником, что, вероятно, сложнее.
                                          +1
                                          Свинцовые пули для пращи в среднем около 30-35г у греков и 50-60г у римлян, свыше 100г это единицы процентов от всех находок (Таблица 6) и скорее всего это для небольших баллист (ниже объясню почему), это гораздо дешевле чем наконечник стрелы с древком и оперением, проще транспортируется и хранится или вообще отливается на месте. Если метать 200-300г снаряды «дальнобойной» техникой, специально рассчитанной на высокую начскорость (а свинец именно для дальнобойности использовали, потому как сопротивление воздуха оно от скорости не линейно, именно здесь преимущество более плотного свинца перед камнем сказывается) — руку конечно не оторвет, но будет очень больно… я пробовал… я знаю:)
                                            0

                                            Я думал они тяжелее. Держу в руках гирьку 50г, как то совсем несолидно выглядит по массе. Хотя, как пишут, скорость до 100 км/ч, получается уже солидно.


                                            Ладно, уговорили, я разрешаю римлянам швыряться свинцом )))

                                              0
                                              Если я кину камушек под 45гр, он будет лететь 6 секунд (иногда 7 если не точным, но дальнобойным способом метнуть) внимание вопрос, какая начальная скорость у камушка? (подсказка, не до 100км/ч а свыше 100км/ч… значительно:)) При том что по таблице пращных рекордов это нифига не предел.
                                            +1
                                            >Все таки наконечник -50г железа, а пуля для пращи — грамм 200-300. Мой внутренний куркуль ужасается такому расточительству.

                                            Во1х железо тогда было несколько ценнее свинца. Его было сложнее выплавлять.
                                            Во2х с поля боя победитель таки старался собрать всё по максимуму, так что не такое уж расточительство.
                                            В2х свинцовые пули для пращи весили куда меньше, 200-300 это для каменных-глиняных.
                                      0
                                      Ну, для начала классический водопровод. Кровля, для крыши и прочее подобное. Еще в античном мире свинец кроме всего прочего широко использовался для соединения частей колонн, например.

                                      зы Просто интересно: что такое «сердечник меча» и как вы вообще это представляете?
                                        0
                                        там скорее всего в навершие рукоятки (эдакий шарик) заливали, для баланса.
                                          0
                                          Вряд ли, потому что гладиусом не только колят, но и рубануть им можно.
                                          (и даже у шпаг, баланс смещали засчёт тяжёлой гарды и тонкого клинка, а не за счёт заливки свинцом; не знаю примеров мечей, которые балансировали заливкой свинца в рукоять)
                                          +1
                                          Просто интересно: что такое «сердечник меча» и как вы вообще это представляете?

                                          Классика: делаем серёдку меча из мягкого железа, и наклёпываем на него лезвия из стали, получая в результате упругий клинок с твёрдыми лезвиями.
                                          Но возможны и другие варианты. На картинке для примера японская катана:
                                          image
                                          И у римского гладиуса — тоже был десяток вариантов расположения и структуры сердечника (видел картинку по результатам арехоллогии, но гугл при поиске выдаёт мусор).

                                          Свинец — естественно не пригоден в качестве сердечника, так как очень непрочен и меч с ним развалится за пару сильных ударов.
                                        0
                                        Почему-то вспомнилось: «Это был тёплый летний вечер в древней Греции...» ©
                                          0
                                          0,0000000001%

                                          В оригинальной статье так же написано или всё-таки что-то вроде 10-12 г/г, как принято в научной среде (и намного понятнее, не надо нолики считать)?

                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                          Самое читаемое