radioactiviteit

Radiotrophy: Radiotrophic fungi 'eat' radiation

A fungus found in the Chernobyl reactor is radiotropic. It turns out that it feeds on dangerous radioactive radiation.

Researchers ventured with a remote-controlled robot into the exploded reactor of Chernobyl. They found something strange. A black mold covered the cooling basins. The researchers took samples of the fungi and continued the cultivation. [1] They found something amazing. In their experimental set-ups, where the fungi were exposed to radioactivity, this was found not to hinder their growth, but rather to promote it considerably. Apparently the fungi felt very comfortable under the dangerous radiation. And possibly used it as an energy source. Like plants use sunlight. Radiotrophy became the name for this new, still unknown phenomenon.

Cryptococcus neoformans may be an example of radiotrophy. Source: Wikimedia Commons

What is Radiotrophy?

Radioactivity kills, we learn at school. With the 'radium girls' painting the new luminous wonder material on dials, it ended badly. But this does not apply to all beings. There are fungi that thrive on radiation. Such as fast electrons, but also other radiation. Plants only live on sunlight. They use blue and red light, the so-called photosynthetically active radiation or PAR. This is about half of all solar radiation. Green is an unusable wavelength for plants. That explains why plants are usually green.

But radiotrophic organisms, we think, use a simple, robust system. Their secret: the black dye melanin, which is also found in colored skin. Ionizing radioactive radiation tears melanin apart or changes the configuration of their electrons. During the process where these molecules recover, NADH is released, which the fungus uses as an energy source for the metabolism. Simple, not very efficient, but very robust. For example, they can handle much more different, and also much more dangerous, types of radiation than plants. That is why melanin is also black. It really absorbs all light.

It makes these fungi tough survivors, surviving even in exposed areas of spaceships. They don't ask for much. Water, a carbon source, temperatures at which liquid water occurs. And a lot of radiation, so. Some of these species make you sick. Here their toughness is a problem.

New domains for radiotrophic life

It also shows that life is much tougher than many people realize. And that environments that are too dangerous for us can also be a paradise for other life forms. Such as radiotrophic fungi. There are places in the universe that are very rich in radioactive radiation. Like in a planetary system that forms after a supernova. Or planets, such as early Earth, where the remains of an exploded star dumped a shower of radioactive material into the biosphere.

Or think of Jupiter's moons. The highly active magnetic field of Jupiter is constantly bombarding the surface of the great icy moons Ganymede, Callisto and Europa with ions. For us this is deadly. But a fungus like Crytococcus neoformans or Wangiella dermatitidis, which of course must be adapted to the harsh conditions and low temperatures of these icy moons, probably 'thinks' otherwise. There may be radioactive planets [2], roaming the universe, whose inhabitants have never seen a sun. And animals feed on radiotrophic fungi instead of plants.

Sources

  1. E. Dadachova and A. Casadevall, Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin, Curr Opin Microbiol, 2008, DOI 10.1016 / j.mib.2008.09.013
  2. Katherine Kornei, No star, no problem: Radioactivity could make otherwise frozen planets habitable, Science Magazine, 2020, DOI: 10.1126 / science.abc0189

Nuclear diamond battery makes batteries superfluous

Imagine: no more charging your smartphone, just change the battery every few years. This also with your laptop, your car and other rechargeable devices. Science fiction? Not for long, if it is up to the California startup NDB.

What is Carbon-14?
Not all atoms are created equal. They differ not only in the number of protons (which determines how they behave chemically), but also in the number of neutrons in the nucleus. For example, every atom with 6 protons in the nucleus is a carbon atom, but the number of neutrons differs per variant. We call these variants isotopes. In addition to the two stable isotopes, carbon has carbon-12 and carbon-13, with 6 protons and 6 respectively. 7 neutrons, also more than ten radioactive isotopes that decompose over time. One of them is carbon-14. This radioactive isotope has two extra neutrons, making this atomic nucleus unstable and disintegrating into an electron (beta radiation) and stable nitrogen-14 in an average of 5,730 years. Carbon-14 is best known as a very useful tool for determining the age of certain organic archaeological remains. When only half of the carbon-14 is left, we know the remains are 5,730 years old.

Beta voltaic battery
The way in which carbon-14 decomposes also makes this isotope very interesting for energy storage. Electrons under a voltage difference are the source of electricity. If we are able to capture these electrons and drain their voltage, we have a battery. A beta voltaic battery that will last literally thousands of years. One kilogram of pure carbon-14, when it breaks down completely into nitrogen-14, yields 337 gigajoules. in other words, as much as an impact from a large meteorite like the one in Chelyabinsk, or comparable to the burning of 10 cubic meters of gasoline. In short: quite a lot for a one kilo battery. The good (or bad) news is that this energy is released slowly. This block delivers just under 2 watts of power, of which only a small part can be tapped. But this continuously, for thousands of years. The low power that this isotope delivers makes it especially interesting for very long-term applications.
A special feature of this new technique is the layer around the isotope itself, which captures the electrons and converts them into electricity. This consists of artificial diamond. Diamond is the hardest material we know and also a semiconductor. This makes diamonds very suitable as a protective material. Because this is a beta emitter, the diamond cannot become radioactive.

And shorter-lived isotopes? Like tritium?
In principle, any manageable beta radiation isotope can be used as a "filler" for the diamond capsule.Tritium, the only radioactive hydrogen isotope, with 2 extra neutrons, has a much shorter half-life: around 12 years. Tritium is also a beta emitter and disintegrates into helium-3 when an electron is emitted. This only releases much less energy: a kilogram of tritium produces about 165 gigajoules of kinetic energy of electrons when it disintegrates (the rest disappears in the universe as antineutrino). Another plus is that this energy is released in a much shorter time, so that the power is many times higher than that of carbon-14: 450 watts per kilogram, decreasing to half in 12 years. This would make tritium batteries very interesting for electric cars and smartphones. Suppose we develop a cheap method of obtaining tritium. At the moment the stuff is very expensive.

Other isotopes of carbon and other elements can also be used. They only have to meet a few requirements: purely and only disintegrate into electrons and possibly neutrinos (pure beta emitters), give off enough energy for the intended application, last long enough and can be safely stored in a diamond case. In the first prototypes of Russian research groups, for example, nickel-63 was used, an isotope with a half-life of almost a century [2].

Tritium key rings give off dim light for decades.
Source: Bilious - Own work, CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10843869

Which isotopes does NDB use?
The startup NDB makes bold claims on its front page about batteries that would be able to provide smartphones, cars and other energy-guzzling devices with permanent energy. Claims that you can only prove, at least in power, with tritium or another short-lived beta-isotope, but not with carbon-14 that spreads the radioactivity over thousands of years.
On the “technology” page [1], the company is very secretive about the radioactive isotopes used. However, a few quotes lift a corner of the veil. This is how neutrons are released: “Boron-doped SCD” has to capture neutrons and convert them into alpha particles (helium nuclei). So clearly these aren't just beta emitters. Elsewhere they speak of “fissionable isotopes”, such as Pu-238 and U-232. This is no longer a relatively harmless carbon-14 from graphite blocks and suggests that people are seeking salvation in the processing of highly radioactive nuclear waste in batteries. If this can be done safely, why not? This is possible with alpha and beta emitters, but unfortunately not with neutron radiation. Neutrons are extremely nasty particles in terms of health - they turn stable atomic nuclei into radioactive nuclei when they are trapped in the atomic nucleus. Neutrons can only be stopped with a meter of protective water or similar material, which is of course only practical for an atomic submarine. Or in a reactor to produce tritium from deuterium. Which you then put in your battery. Which is of course a lot smarter.

Sources
1. NDB: Technology
2. VS Bormashov et al, High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes, Diamond and Related Materials (2018). DOI: 10.1016 / j.diamond.2018.03.006

Unexplained lightning neutrons observed

In 1985, nog in de tijd van de Sovjetunie, werd in Rusland ontdekt dat neutronendetectoren veel actiever worden als het onweert. Klaarblijkelijk komen er neutronen vrij bij onweer. Neutronen zijn instabiele deeltjes die vrijkomen bij kernreacties. Welke kernreacties vinden plaats in onweersbuien? Nieuwe waarnemingen zetten de gevestigde verklaring op losse schroeven.

Kernreacties tijdens onweersbui?
Al dertig jaar bestaat er wetenschappelijke onzekerheid over de raadselachtige neutronanomalie. In 1985 stelden Sovjetfysici vast dat elke keer dat een onweersbui over hun neutronendetector heentrok, ze een grotere neutronenflux waarnamen. Helaas waren hun instrumenten niet geschikt om de richting waar de neutronen vandaan kwamen te ontdekken, waadoor ze niet veel verder kwamen dan het verband vaststellen.

Ook nu nog zijn bliksemontladingen door raadsels omgeven. Waar komen de gammastraling en neutronen vandaan? Bron: Wikipedia

Muonen of kernreactie
Sinds dat jaar hebben wetenschappers diverse verklaringen geopperd voor de waargenomen neutronenstroom. Zo zou het volgens sommigen kunnen zijn dat de extreem sterk elektromagnetische velden die ontstaan tijdens een blinksemontlading – we praten dan over een stroomsterkte van tientallen miljoenen ampères – de zogeheten muonen van kosmische straling afbuigen. Muonen zijn instabiele, zwaardere ‘neefjes’ van elektronen, die uiteenvallen in -soms- neutronen.

Een tweede, veel interessantere verklaring is dat er kernreacties plaatsvinden tijdens bliksemontladingen. Eén van de allereerste ontwerpen voor een kernfusiereactor, de Farnsworth fusor, maakt inderdaad gebruik van een extreem hoge spanning om met behulp hiervan deuteriumkernen (deuterium is zwaar waterstof, waterstof met niet alleen een proton maar ook een neutron in de kern) op elkaar te schieten. Hierbij komen neutronen vrij.

Ook in een bliksemschicht is sprake van extreem hoge spanningen, waardoor elektronen tot een zeer hoge energie worden versneld. Hierbij komt gammastraling vrij. Deze gammastraling zou dan atoomkernen treffen en hieruit neutronen vrijmaken, aldus de tweede theorie.

Nauwkeuriger meting door meer detectoren
Nieuwe metingen laten echter zien dat de data niet kloppen met beide theorieën [1].  De Russen die de oorspronkelijek waarnemingen deden hebben nu een totaal nieuw experiment ontworpenn dat vergeleken met hun vorige resultaten veel nauwkeuriger is. Ze installeerden drie neutronendetectoren die gevoelig zijn voor lage-energie neutronen: één boven de grond, één gedeeltelijk afgeschermd in een gebouw en één ondergronds, met zwaardere afscherming.  Naast de ondergrondse detector bevond zich een traditionele neutronendetector die gevoelig is voor neutronen met hoge energie. De laatste verbetering was het rechtstreeks meten van de elektrische activiteit van overtrekkende onweersbuien met een aantal verschillende instrumenten, waardoor er een nauwkeuriger verband kan worden vastgesteld tussen de neutronenmetingen en de elektrische activiteit van de overtrekkende stormen.

De onderzoekers installeerden de vier verschillende detectoren om uit te sluiten dat kosmische straling verantwoordelijk was. Kosmische straling genereert muonen, die botsen met deeltjes vlak bij de detector, waarbij hoge-energie neutronen ontstaan. Neutronen ontstaan door bliksem, kunnen alleen de energie hebben die door de kernreactie mee wordt gegeven, waarna het neutron door vele botsingen met luchtmoleculen veel energie verliest tot het in de detector wordt geregistreerd (dus langzamer beweegt).

Kosmische straling uitgesloten
Uit de metingen blijkt dat er in alle drie lage-energie detectoren duidelijke pieken optreden op het moment dat de elektrische ontladingen in de storm plaatsvinden. Helaas meten de neutronendetectoren met een interval van één minuut, waardoor het neutronen-vormingsproces zelf niet in detail te bestuderen is. De afscherming bleek het verwachte effect te hebben, wat aantoont dat de neutronen niet in de detectoren zelf gevormd worden. In de hoge-energie neutronendetector werden minder neutronen waargenomen, maar dit was verwacht, omdat dit type detector een (zwakke) gevoeligheid voor lage-energie neutronen heeft. Kortom: de muonverklaring blijkt onjuist te zijn: kosmische straling is niet verantwoordelijk voor de neutronenpiek. De neutronen moeten dus op de een of andere manier gevormd worden tijdens de bliksemontlading. Maar hoe?

Neutronflux veel te hoog
De nieuwe detectors stelden de onderzoekers ook in staat, vast te stellen hoeveel neutronen precies vrijkwamen bij de bliksemontlading. In vorige experimenten werd aangenomen dat er gemiddeld maar één neutron per detectiegebeurtenis vrijkwam.  Dat bleek een enorme onderschatting. Uit nieuwe metingen blijkt dat per seconde maar liefst 5000 neutronen per kubieke meter worden geproduceerd. Enkele ordes van grootte meer dan door gammastraling met de bekende sterkte kan worden geproduceerd. Wat voor geheimzinnig proces zou er tijdens onweersbuien plaatsvinden?

Sources
1. A. V. Gurevich et al., Strong Flux of Low-Energy Neutrons Produced by Thunderstorms, Physical Review Letters, 2012

Geneesmiddel tegen dodelijke straling ontdekt

Goed nieuws – voorlopig alleen voor muizen. Er is een therapie van twee veilige medicijnen ontdekt die beschermt tegen een anders dodelijke dosis straling – zelfs als het medicijn 24 uur na blootstelling wordt gegeven. Kunnen we zo een toekomstige kernramp zoals Fukushima overleven?

Stralingsdood door lekken in ingewanden
Hoge doses ioniserende straling schaden het lichaam, gedeeltelijk door snel delende cellen te beschadigen, zoals die in de ingewanden. Stralingsschade laat ‘lekken’ achter in de ingewanden, waardoor schadelijke bacteriën in de bloedbaan terecht komen. Dit heet sepsis en is levensbedreigend. Om die reden krijgen stralingsslachtoffers antibiotica.

Twee medicijnen blijken samen de overlevingskans van een dodelijke dosis straling tot tachtig procent te verhogen.

Stralingsschade door verdwijnen van eiwit BPI?
Harvard-onderzoekers Eva Guinan en Ofer Levy hebben een andere behandelingsstrategie gevonden. Ze gebruiken hiervoor het eiwit BPI (B.actericidal/P.ermeability I.ncreasing protein). Dit eiwit speelt een rol in de lichaamsafweer tegen schadelijke bacteriën uit de ingewanden.
Guinan en Levy bestudeerden 48 mensen die bestraald werden in voorbereiding van een beenmergtransplantatie. Na de blootstelling aan straling daalde het BPI niveau tot vrijwel nul – waarschijnlijk omdat het beenmerg beschadigd was. Zou het verdwijnen van BPI de oorzaak zijn van de stralingsproblemen?

BPI verdubbelt overlevingspercentage  tot 80%
Om dit uit te zoeken verrichtte het team proeven met muizen. Deze ontvingen een doorgaans dodelijke dosis straling. Een dag na de bestraling ontvingen sommige muizen het antibioticum fluoroquinolon en andere muizen een combinatie van fluoroquinolon en injecties met BPI. De controlegroep kreeg geen behandeling. Slechts vijf procent van de onbehandelde muizen overleefde de eerste maand. De muizen die het antibioticum kregen, de standaardbehandeling, brachten het er iets beter van af – ongeveer veertig procent leefde nog. Ronduit spectaculair was wat er gebeurde met de groep die ook BPI kreeg ingespoten. Maar liefst tachtig procent bleek na een maand nog in leven.

Medicijnen veilig
BPI is een lichaamseigen eiwit. Ook het antibioticum fluoroquinolon wordt al vele jaren gebruikt bij zieke en gezonde mensen en is veilig (voor zover een medicijn veilig kan zijn). Beide medicijnen  kunnen lang bewaard worden. Het muizenexperiment toont aan dat zelfs een dag na een ramp als Fukushima het medicijn nog werkt. Kortom: een goed idee deze twee medicijnen op voorraad te hebben voor het geval dat. Al blijft er het probleem van de langlevende isotopen jodium-131 en radioactief cesium.
Een wat meer alledaagse, maar daarmee niet minder levensreddende toepassing is de behandeling van kankerpatiënten die een bestraling hebben ondergaan.

Source
Eva Guinan, Ofer Levy et al., Bactericidal/Permeability-Increasing Protein (rBPI21) and Fluoroquinolone Mitigate Radiation-Induced Bone Marrow Aplasia and Death, Science Translational Medicine, 2011

Algae remove radioactive isotopes from water

Roughly three types of radioactive isotopes are released: short-lived, long-lived and medium-lived isotopes, the most dangerous group. Algae can now selectively absorb one of the most dangerous isotopes, strontium-90, and thus make water much less radioactive.

Strontium-90: Most Dangerous Radioactive Isotope
Generating nuclear energy through nuclear fission has the annoying property that the necessary radioactive waste is released. Three percent of this waste consists of radioactive atomic nuclei. Most of these disintegrate very quickly (so that they no longer pose a danger after a few weeks) or after a very long time (so that the radioactivity is released only slowly). There is the radioactive isotope strontium-90 (Sr-90), half of which has decayed to the (also radioactive) yttrium-90 in about thirty years.

There are more radioactive isotopes that decay at about that rate, such as cesium-137 (with Sr-90 0.3% of the total mass of radioactive waste) and iodine-129 and technetium-99 (together 0.1%). Chemically, strontium is very similar to calcium, which is why our body treats Sr as calcium. The result: our body builds it into our bones, where it remains for the rest of our lives and can cause cancer after many years. Our thyroid gland absorbs the radioactive iodine, which is why people exposed to a nuclear disaster need to take iodine tablets to prevent just that. Technetium and cesium (which chemically resembles potassium) are chemically much more mobile and regain within a few weeks, respectively. months excreted. The damage caused by these isotopes is therefore more limited.

Algae concentrates strontium
No wonder, then, that researchers are looking for a way to remove strontium from the environment. The alga Closterium moniliferum, which resembles a crescent moon, soon came into the picture, because this algae is able to actively take up strontium from solutions containing both strontium and calcium. Researchers from Northwestern University and Argonne National Laboratory, both in the US, have now managed to unravel the secret.

Closterium moniliferum is able to actively take up strontium. Source: Napier, UK

Using a special technique, X-ray fluorescence microprobe (XFM), they cracked the mechanism. The algae forces the strontium in a crystal to crystallize by manipulating the sulphate content in a vacuole (in which the strontium is dissolved). In other words, the algae uses a sulphate trap. So the algae does not use enzymes, but a fairly simple chemical process (lower solubility) to capture the strontium.

Now that the mechanism is clear, the algae can be used to help clean up radioactively contaminated environments. They only need light and water to do their job. So, in principle, sowing the algae is sufficient, but according to the researchers, it remains to be determined how resistant the algae are to radiation before this can be converted into a practically functioning system. Also, the algae must be naturally harvested and the strontium concentrated from it.

Sources:
Minna R. Krejci, Brian Wasserman, Lydia Finney, Ian McNulty, Daniel Legnini, Stefan Vogt, Derk Joester, “Selectivity in biomineralization of barium and strontium,” J. Struct. Biol. 176, 192 (2011)
How Algae Use a “Sulfate Trap” to Selectively Biomineralize Strontium, Argonne lab press.comm. (2011)

Enigmatic heat production in the earth

Uit metingen blijkt dat er maar liefst zo’n 44 terawatt aan warmte in de aarde wordt geproduceerd, 2,5 maal zoveel als alle mensen samen gebruiken. En dat is maar goed ook, want dankzij die warmte is er vulkanisme en is de aarde geen dode planeet zoals Mars. Maar waar komt deze warmte vandaan? Ongeveer de helft is namelijk niet te verklaren uit de gangbare bronnen.

De aarde als natuurlijke kerncentrale

De meeste hitte wordt geproduceerd in de aardkorst en de aardmantel, niet in de aardkern.

Volgens de gangbare theorieën wordt de aarde warm gehouden door het radioactieve verval van elementen als uranium, thorium (beide zijn in alle vormen radioactief) en de radioactieve kaliumsoort kalium-40. Er is alleen een probleem. Dieper dan een kilometer of tien zijn we niet gekomen. Uit gesteenten van vulkanische oorsprong weten we ongeveer hoe de aardmantel er uit ziet, maar de kern is bijna geheel terra incognita.
Gelukkig is er iets dat zonder problemen door duizenden kilometers rots heen kan bewegen. Neutrino’s. Dus besloot een groepje Japanse onderzoekers om op neutrinojacht te gaan met de neutrinodetector Kamioka Liquid-scintillator Antineutrino Detector (KamLAND). Hiermee kunnen antineutrino’s uit de aarde, door de onderzoekers geoneutrino’s genoemd, worden waargenomen.

Onbekende warmtebron
De eerste waarnemingen, uit 2005, bevestigden nauwkeurig wat al gedacht werd over de samenstelling van de radioactieve elementen en hun verdeling in de aarde. Meer dan vijf jaar later is duidelijk dat hun radioactiviteit niet voldoende is om alle warmte te verklaren. Radioactiviteit verklaart ongeveer de helft van alle warmte. Uranium 8 terawatt, thorium ook 8 terawatt en kalium-40 4 terawatt. Overige radioactieve stoffen leveren drie terawatt, samen ongeveer de helft dus. Er moet nog een andere bron van energie zijn die verklaart wat de aarde warm houdt. Voor een deel kan dit door afkoeling komen, wat de onderzoeker denken[1], of door andere, nog onbekende processen.

Sources
1. KamLAND Collaboration, Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements, Nature Geoscience (2011)
2. What keeps the Earth cooking? – physorg.com (2011)

‘Radioactief verval beïnvloed door zonnerotatie’

Al eerder deden Fischbach, Jenkins en Sturrock veel stof opwaaien met hun artikel over het verband tussen radioactief verval en zonneactiviteit. Deze keer hebben ze een verband gevonden tussen zonnerotatie en radioactiviteit. Hypothetische nieuwe deeltjes, die ze neutrello’s hebben gedoopt, zouden de missing link zijn. De implicaties zijn enorm.

‘Radioactief verval helemaal niet constant’

Zonnevlammen zijn zeer energierijke uitbarstingen op de zon, die invloed lijken te hebben op radioactief verval. Waar komt die energie vandaan?

Al eerder beschreven we een publicatie door de natuurkundigen Fischbach, Jenkins en Sturrock, waarin de drie onderzoekers een verband beschreven tussen veranderingen in de snelheid van radioactief verval en zonnevlammen, grote explosies op de zon. Hiermee trapten ze heel wat collega’s tegen het zere been. Al sinds radioactiviteitspionier Becquerel  postuleerde dat niets de radioactieve vervalsnelheid kan beïnvloeden, is dit een nauwelijks aangevochten dogma geworden. Geen wonder. De ouderdom van gesteenten en andere materialen wordt bepaald door middel van radioactief verval. Veel wetenschapsdisciplines, denk aan geologie en paleontologie, komen stevig in de problemen als we de radioactieve datering niet meer kunnen vertrouwen.

Er ontstond stevig rumoer, want geen enkele theoreticus had dit zien aankomen. En daar worden theoretici niet blij van. De afgelopen tachtig jaar heeft het zogeheten Standaardmodel zich redelijk ongestoord kunnen ontwikkelen zonder dat het door experimentele waarnemingen werd verstoord. Theoretici begonnen deze voorspelbaarheid vanzelfsprekend te vinden. Dit gaf theoretici de gelegenheid de metafysische snaartheorie, volgens de aanhangers een theorie van alles, uit te vinden en uit te werken. Aan dat feestje lijkt zo langzamerhand echter steeds meer een einde te komen. De natuur heeft een aantal verrassingen in petto.

Invloed van zonnerotatie
Verdere analyse van de datasets waar de onderzoekers mee werkten heeft bewijs opgeleverd van een 32-daagse periodiciteit (die overeenkomt met de rotatiesnelheid van de zon en een asymmetrie, mogelijk door een langzaam draaiende kern). Ook wees analyse van de datasets  op een 173-daagse periodiciteit die overeenkomt met de Rieger-periodiciteit, een golfverschijnsel in de zon.

Helioradiometrie
Het drietal denkt dat aan de hand van het meten van de radioactieve vervalsnelheid, zonnevlammen meer dan een dag van tevoren zijn te voorspellen. Ongeveer een dag voor de zonnevlammen die ze hebben bestudeerd zich voordeden, verloopt het elektronen-vangproces van mangaan-54 een promille langzamer dan anders. Als hun resultaten worden geverifieerd, zou dit zeer goed nieuws betekenen voor de operators van satellieten en andere installaties die gevoelig zijn voor heftige zonnestormen. Er kunnen dan op tijd maatregelen worden genomen om ze te beschermen.

Neutrello’s: neutrino’s of een onbekend deeltje?
Er moet uiteraard iets deze invloed overdragen van de zon naar de radioactieve atoonkernen op de aarde. Fischbach, Jenkins en Sturrock denken dat dat neutrinoachtige deeltjes zijn die ze neutrello’s hebben gedoopt. Neutrello’s -als ze bestaan-  hebben een aantal opvallende eigenschappen. Zo zijn ze in staat om dwars door de dichte kern van de zon te vliegen.

Althans, dat is de eenvoudigste manier om waarnemingen van het drietal, waarbij gedurende het optreden van de zonnevlam de daling van radioactiviteit in stand bleef, ook als de zonnevlam achter de kern van de zon schuil gaat, te verklaren. Ze zijn wel in staat zware atoomkernen op aarde te beïnvloeden. Klaarblijkelijk moeten deze zware atoomkernen iets hebben dat niet aanwezig is in de  kern van de zon (die uit een dichte zee van waterstofkernen, heliumkernen en elektronen bestaat). Alleen deze laatste eigenschap wordt niet gedeeld met neutrino’s. De kans is dus groot dat het ‘neutrello’ in feite een neutrino is, aldus de onderzoekers.

Zonneraadsel
De interessantste vraag is uiteraard: waar komen deze deeltjes vandaan? Zonnevlammen zijn nog steeds een niet goed begrepen verschijnsel. De hypothese dat zonnevlammen een puur magnetisch verschijnsel zijn klopt duidelijk niet. Neutrino’s en andere vergelijkbare subatomaire deeltjes komen alleen vrij bij kernreacties of -misschien- interacties met donkere materie. Mogelijk dat door de zeer hoge versnellingen door de sterke elektromagnetische velden in de buurt van een zonnevlam de kernfusie daar oplaait. In principe zijn de elektromagnetische velden daar sterk genoeg voor. Ook is niet uit te sluiten dat er iets heel anders aan de hand is. Nieuwe natuurkunde?

Source
Ephraim Fischbach, Jere H. Jenkins en Peter A. Sturrock, Evidence for Time-Varying Nuclear Decay Rates: Experimental Results and Their Implications for New Physics, Arxiv.org (2011)

Do you want to detonate radioactive nuclei with gamma rays?

Radioactieve vervuiling is één van de geniepigste vormen van vervuiling. Chemisch is er bijvoorbeeld haast geen verschil tussen radioactief jodium-131 en niet-radioactief jodium. Het enige verschil is het aantal neutronen in de atoomkern. Het is dan ook technisch vrijwel onmogelijk om radioactieve kernen er uit te filteren. Misschien is er echter een andere oplossing, met dank aan een aantal slimme Japanners.

Eerder schreven we al over de theoretische doorbraak waarmee Japanners er in slaagden, met behulp van gammastraling nieuwe radioactieve isotopen te produceren. Wie het nieuws rond Fukushima volgt, weet dat de Japanners nu juist te kampen hebben met het tegenovergestelde probleem: zwaar vervuild radioactief water. Zou het niet mogelijk zijn met behulp van gammastraling de instabiele radioactieve stoffen uiteen te laten vallen in stabiele kernen? Het omgekeerde effect dus?

Hoe verder het aantal protonen of neutronen afwijkt van de ideale verhouding, hoe radioactiever de atoomkern. Klik voor een vergroting.

Wat maakt een kern radioactief?
Elke atoomkern heeft een aantal positief geladen protonen met nul of meer neutrale neutronen. Het proton is stabiel. Neutronen vallen in ongeveer tien minuten uit elkaar in een proton en een elektron, maar in een atoomkern zijn ze wel stabiel (of veranderen protonen en neutronen voortdurend in elkaar). Protonen trekken de negatief geladen elektronen aan, zodat het hele atoom elektrisch neutraal wordt. Daardoor ontstaat een elektronenwolk rond de kern. Het aantal elektronen (en dus het aantal protonen) bepaalt de chemische eigenschappen van het atoom. Zo gedragen protium (een waterstofatoom met alleen een proton, zoals bijna alle waterstofatomen) en deuterium (een waterstofatoom met een proton en neutron in de kern) zich chemisch gezien bijna exact hetzelfde. Zwaar water (deuteriumoxide) lijkt precies op normaal water (met een iets hoger kookpunt).

Er komen iets meer dan negentig elementen (atoomsoorten) van nature voor. Het zwaarste natuurlijke element, uranium, heeft in de kern 92 protonen en 143 of 146 neutronen. Is in een kern in verhouding het aantal protonen of het aantal neutronen te hoog, dan wordt de kern instabiel en valt na verloop van tijd uiteen in een lichtere kern. Hierbij komt radioactieve straling vrij. Het zwaarste stabiele element is bismut. Alle elementen zwaarder dan bismuth, zoals uranium, zelfs bismut zelf, vallen uiteindelijk uit elkaar. Dat geldt ook voor de onstabiele isotopen (alles met een andere kleur dan zwart-wit in de grafiek).

Of en wanneer een radioactieve kern uit elkaar valt is, voor zover we dat weten, een kwestie van toeval. We weten alleen hoe groot de kans is dat een bepaald type atoomkern uit elkaar valt. Zo is de vervaltijd van uranium-238, de meest voorkomende vorm van uranium, ongeveer 4,4 miljard jaar. Van alle uranium dat bestond sinds het ontstaan van de aarde is dus nog maar de helft over. Wat je wil is dat je met de een of andere techniek radioactieve isotopen snel uit elkaar kan laten vallen, als het ware het laatste zetje geeft om hun overtollige protonen, neutronen of elektronen (door uiteenvallen van een neutron) te dumpen.

Misschien dat een radioactieve kern met een uitgekiende golflengte gammastraling, of een hoogfrequent elektromagnetisch veld, in een vibratie is te brengen waarmee specifiek die isotoop wordt aangeslagen en uit elkaar gaat vallen. Daarmee zou je een voor een alle radioactieve isotopen kunnen uitschakelen, van zwaar naar licht. Misschien dat je met een hoge dosis neutrino’s hetzelfde effect zou kunnen bereiken. Aanwijzingen dat er een geheimzinnige invloed van de jaargetijden op radioactief verval is, zijn er. Misschien komt dit door een donkere-materiewolk waar de aarde sneller doorheen vliegt op een gegeven moment…

Dark matter and solar flares

It was one of the discoveries that gave physicists a headache in 2010. Efraim Fischbach, a researcher at Purdue University, accidentally discovered something that had until now been considered heresy by physicists: the radioactive decay rate is not always constant.

Research has shown that certain radioactive isotopes (silicon-32 and radium-226, the number after the line indicates the total number of nuclear particles) fall apart tenths of a percent faster in winter than in summer, in other words their half-life in winter. is shorter than in summer. Fischbach explains that due to the closer distance from the sun in the northern winter (147 million kilometers compared to 152 in the northern summer, an estimated 3% more solar neutrinos hit Earth in January than in July).

According to the existing physical theories, neutrinos do not influence these reactions. Only the chance that an atomic nucleus will fall apart is known. This is called the half-life: the time in which half of the atomic nuclei have fallen apart. After twice the half-life, three quarters has disintegrated and so on. The half-life of highly radioactive substances is a fraction of a second, of the relatively stable isotopes uranium-238 and thorium-232 it is billions of years.

Solar flares fall after radioactivity
December 13, 2006 became a second clue found when the decay rate of the short-lived isotope manganese-54 dropped by tenths of a percent a day and a half before the start of a solar flare to during the solar flare. The effect turned out to be independent of the position of the sun.

The solar flare of December 5, 2006 was extraordinarily bright and spectacular.

One kilometer below the Italian granite mountain Gran Sasso, the dark matter detection experiment DAMA takes place. The number of radioactive reactions is measured in one hundred kilos of sodium titanium iodide, a salt. Here it turned out in January number of radioactive reactions lower than in June. What causes the amount of radioactive reactions to be higher in the summer than in the winter?

Dark matter
According to most astronomers, there is an invisible halo of dark matter around the galaxy. This halo contains much more mass than visible matter and explains why stars close to the galactic center hardly rotate faster than stars further away from the center.

The sun rotates in approx 225-250 million years around the core of the galaxy. Right now, the sun is moving at 220 km / s towards the star Vega in the constellation of Hercules. The orbit of the Earth is at an angle of about 60 degrees to the orbit of the Sun around the Milky Way. In June, the Earth moves most towards Vega, sweeping up most of the dark matter. In January, the earth moves most against the movement of the sun, so that less dark matter is created.

Does dark matter reduce certain types of radioactivity?
It does not make sense that a shorter distance from the sun will lead to increased radioactivity. This has also been debunked by measurements made on the plutonium reactor on board the Cassini space probe that is now photographing Saturn: the radioactivity appeared not reduced also at a great distance from the sun. However, the correlation with DAMA speaks a completely different language. Coincidentally, the points at which the Earth moves maximally against the galactic direction of rotation and is closest to the sun, correspond reasonably closely.

According to some models, dark matter is distributed unevenly. It is possible that a very fast moving cloud of dark matter of a few astronomical units, caused both magnetic explosions on the sun (by disrupting thermonuclear reactions in the photosphere) and a reduction in radioactivity on Earth.

English