Unikátní datování pomocí urychlovačové hmotnostní spektrometrie (AMS)

Za nevlídného počasí nepůsobí cesta do Ústavu jaderné fyziky AV ČR v Řeži zrovna radostně. Pracoviště sídlí v malebném údolí Vltavy, v zimě se tu však převaluje mlha a vládne chlad. I tak zažívají zdejší odborníci radostné pocity, neboť v nedávno vybudované laboratoři urychlovačové hmotnostní spektrometrie (AMS) mají nově k dispozici zařízení MILEA (Multi-Isotope Low-Energy AMS). Metoda AMS se využívá k měření radioaktivního izotopu uhlíku 14C pro datování v archeologii, geologii, paleobotanice či ve výzkumu kulturního dědictví. S využitím i zcela malého množství vzorku s obsahem jen několika jednotek mikrogramů uhlíku lze zkoumané objekty datovat až přibližně 55 tisíc let do minulosti. Kromě uhlíku může MILEA měřit i jiné radionuklidy – například radioizotopy beryllia (10Be), hliníku (26Al), uranu (236U) či plutonia (239Pu, 240Pu). Zařízení tak nachází uplatnění i v dalších oborech, například v klimatologii, kde pomáhá s určováním stáří ledu, či při studiu erozních procesů. S použitím dalších radionuklidů dokáže datovat i meteority a jiné materiály kosmického původu.

Urychlovačová hmotnostní spektrometrie, zkráceně označovaná jako AMS (z anglického Accelerator Mass Spectrometry) expertům umožňuje přesně stanovit dlouhodobé radionuklidy některých specifických prvků. Jejich radionuklidy mohou vznikat přirozeně, například v důsledku kosmického záření. Mohou však být také produktem lidské činnosti, například výroby atomové energie nebo zbraní.

AV ČR/Jana Plavec: Unikátní datování pomocí urychlovačové hmotnostní spektrometrie (AMS)

Jiné technologie analýzy radionuklidů detekují částice, které vznikají jejich rozpadem. Některé radionuklidy však podléhají tak pomalému rozpadu, že by vědci na potřebnou částici museli čekat i stovky let. V případě metody AMS se izotop vloží do urychlovače a experti jej pak dokáží rychle separovat bez nutnosti čekání na spontánní rozpad. Technologie si tak od odborníků vysloužila přízvisko „metoda netrpělivých vědců“.

Technologie, kterou využije řada oborů

Hladina radionuklidů prozradí mnoho informací o stáří předmětů. „Ve světě se metoda AMS zdaleka nejčastěji využívá pro takzvané radiouhlíkové datování. Třeba v archeologii,“ vysvětlil Petr Lukáš, ředitel Ústavu jaderné fyziky AV ČR. Nová laboratoř v Řeži u Prahy se bude takovému druhu práce věnovat přibližně 60 % svého času.

AV ČR/Tiskové oddělení: Předsedkyně AV ČR Eva Zažímalová, ministryně pro vědu Helena Langšádlová a ředitel Ústavu jaderné fyziky AV ČR Petr Lukáš při slavnostním otevření laboratoře

Současné vybavení laboratoře umožňuje vědcům studovat vzorky dřeva, popela nebo kostí. Do budoucna se ale počítá s tím, že bude možné zkoumat také sedimenty, historickou ocel, pryskyřice, tuky, vosky nebo pyly. Výhodou metody je, že pro analýzu není třeba odebírat velké vzorky. Hodí se tak k dataci citlivých děl, například skalních kreseb. K přesné analýze postačí, aby zkoumaný exemplář obsahoval 200 mikrogramů uhlíku. Pak lze určit jeho stáří až 60 tisíc let do minulosti. Z toho plynoucí výhody nejsou důležité jen pro archeologii, ale třeba i kriminalistiku.

Další oblastí, kde najde citlivá analýza své uplatnění, je rozbor biosložek v palivech. „Díky analýze izotopu uhlíku-14 dokážeme rozlišit tu složku nafty, která loni vyrostla na poli od té, která ležela miliony let v zemi,“ vyzdvihl Petr Lukáš všestrannost přístroje.

Technologie se ve světě běžně využívá pro stanovení přítomnosti uranu a produktů jeho štěpení. Význam tak má v geologii, při studiu krajiny i ochraně životního prostředí. Ze vzorků odebraných v terénu se dají sledovat některé radioizotopy v okolí atomových elektráren. Odborníci na jadernou bezpečnost pomocí ní sledují, zdali některé země nevyvíjí jaderné zbraně.

Laboratoř, na kterou se dlouho čekalo

Moderní, a v rámci naší země unikátní laboratoř, má potenciál propojit řadu vědeckých oborů a výzkumných pracovišť. Česká republika byla jednou z posledních zemí Evropy, kde tato důležitá technologie chyběla a vědci tak byli nuceni všechny vzorky k analýzám posílat do zahraničí. „Česká vědecká komunita na tuto laboratoř čekala skutečně dlouhou dobu. Takže je jisté, že její další využití bude intenzivní,“ uzavřel Petr Lukáš.