Иридий из космоса и серебро из головы: что только не изучают нейтронным активационным анализом

В ОИЯИ на установке «Регата» реактора ИБР‑2, регистрируя гамма-кванты, определяют содержание химических элементов в образцах — ​и образцах довольно неожиданных. Об этих интересных проектах мы расспросили Ингу Зиньковскую, начальника сектора нейтронного активационного анализа и прикладных исследований Лаборатории нейтронной физики им. Франка.

Мох и тяжелые металлы

Каждые пять лет под эгидой Комиссии ООН по трансграничному переносу атмосферных выпадений в Европе издается Атлас атмосферных выпадений тяжелых металлов. Изучение содержимого мхов в разных регионах позволяет сравнить уровень загрязнения, динамику загрязнения и общее экологическое состояние.

Поначалу в проекте участвовали только европейские страны, но после того как в 2014 году Центр сбора данных по тяжелым металлам переместился в ОИЯИ, мхами занялись и страны — ​члены международного института (Вьетнам, Армения, Азербайджан, Казахстан и др.). Сотрудники ОИЯИ изучают эти образцы с помощью нейтронного активационного анализа. Так можно идентифицировать 40–45 химических элементов.

«В России раньше мох собирали очень несистемно — ​каждый раз разное количество, из разных точек. Поэтому никакого серьезного сравнительного анализа пока провести нельзя. Но в последние годы мы закрепили за собой несколько областей, где сами планомерно будем отбирать мох, и к 2025 году наконец сможем провести первое сравнение, — ​говорит Инга Зиньковская. — ​Но, судя по общим трендам, лучше ситуация (с тяжелыми металлами. — ​«СР») не становится. К примеру, на востоке Москвы и Московской области, где сконцентрирована основная часть промышленных предприятий и довольно плотная транспортная сеть, загрязнение по-прежнему очень сильное».

Мозг-накопитель

Нейтронный активационный анализ применяется в нанотоксикологии. Так, в ОИЯИ исследуют влияние на организм наночастиц и их накопление в органах. Наночастицы попадают в организм человека с пищей (их добавляют для улучшения свой­ств продукта, например диоксид титана в наноформе — ​белый краситель), при нанесении солнцезащитных кремов и других косметических средств, антисептиков (наночастицы серебра — ​противомикробное средство), а также из-за несоблюдения техники безопасности при работе с наночастицами на производстве.

В институте на мышах изучили, как накапливаются и выводятся из организма наночастицы серебра. Оказалось, что из печени и почек выводятся хорошо, а в мозге накапливаются. Инга Зиньковская поясняет: «На клеточном уровне токсичность наночастиц доказана. Они вызывают разрыв белковых связей, ДНК. При высоких концентрациях мы видим четкие нарушения работы мозга у животных. Конечно, делать выводы о том, как серебро накапливается в организме человека, проводя исследования только на мышах, нельзя, но я подозреваю, что эффект у человека точно такой же — ​из мозга наночастицы выводиться не будут. Однако в реальности, чтобы достичь опасной для здоровья концентрации наночастиц серебра в организме, нужно в течение 10 лет употреблять по 12 л раствора этих наночастиц».

Не бывает одинаковых вин

Совместно с Центром оценки качества алкогольной продукции Молдовы специалисты ОИЯИ проводили исследования элементного состава почвы, листьев виноградной лозы, винограда, виноградного сока и вина. Нужно было проследить переход элементов из почвы в конечный продукт.

Элементный состав вина позволяет определить не просто страну происхождения (например, высокая концентрация магния указывает на Молдову, лития — ​на Францию), а место производства с точностью до 30 км.

Очень важно измерять в винах содержание токсичных элементов, таких как мышьяк и сурьма. Они попадают в виноград из почвы и могут превысить допустимое значение. На характеристики вин влияет не только тип почвы и содержание в ней минералов, но и технология производства и хранения. Сейчас вино часто выдерживают не в деревянных бочках, а в металлических. А они подвержены коррозии, и продукты коррозии могут попасть в вино.

А по соотношению натрия и калия можно определить, разводили ли вино водой, — ​при добавлении воды сильно увеличивается содержание натрия. В норме его всегда значительно меньше, чем калия. Так что обнаружить махинации не составит труда.

Полотенце с МКС

«В 2021 году нам на анализ принесли фрагмент полотенца, которое провисело за бортом МКС с 2009 по 2019 год. Задача была определить элементы, которые осели на ткани. Дело в том, что поверхность космических аппаратов загрязняется осадком неизвестного происхождения. Для проектирования космических полетов важно знать, что это за осадок, из чего он и как влияет на конструкционные материалы», — ​рассказывает Инга Зиньковская.

Ученые обнаружили на полотенце иридий (в земной коре он содержится в очень маленьких количествах и чаще всего указывает на внеземное происхождение объекта — ​это пыль с комет и астероидов), титан и алюминий с поверхности самой МКС, а также рений, который, скорее всего, прилетел с Земли вместе с вулканическим пеплом. На высоту орбиты МКС частицы из газопылевых выбросов попадают с восходящим мощным электрическим разрядом — ​гигантской молнией, которая за счет сложного процесса электротермодиффузии может поднимать частицы на колоссальную высоту.