Flera mineraler drabbas av radioaktiv självbestrålning och upplever långsiktiga förändringar av deras egenskaper. Mineralen monazit beter sig som Camembert -ost där hål borras:befintlig strålskada läker sig själv. Ett internationellt forskargrupp under ledning av Lutz Nasdala, Institutet för mineralologi och kristallografi, Universitetet i Wien, genomförde en jonbestrålningsstudie som har avslöjat orsakerna till självläkning av monazit. Resultaten publicerades i Vetenskapliga rapporter .

I naturen finns det en hel del mineraler som innehåller uran och torium i sin kristallstruktur. Detta orsakar radioaktiv självbestrålning som, under geologiska tidsperioder, kan förstöra kristallen och förvandla den till en glasartad form. Redan 1893, den norska mineralogen och geologen introducerade termen "metamict" för att beskriva detta glasartade tillstånd.

Självbestrålande mineraler är för närvarande i fokus för internationell forskning. Detta beror på att strukturell strålningsskada kan påverka de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos mineraler. Att förstå orsakerna till dessa egendomsförändringar är avgörande för jordvetenskap, som en av de viktigaste teknikerna för att bestämma åldrar av mineraler och stenar är baserat på radioaktivt sönderfall av uran. Inom materialvetenskaper, radioaktiva mineraler är analoger av värdkeramik för immobilisering av radioaktivt avfall.

Monazit läker sig själv

Det förstods inte varför vissa mineraler (som zirkon, ZrSiO ₄ ) finns ofta i naturen i ett bestrålningsförglasat tillstånd, medan andra arter (såsom monazit, CePO ₄ )-trots ännu högre självbestrålning-blir aldrig metamikt men, snarare, observeras alltid i ett måttligt strålskadat tillstånd. Detta förklaras av otillräcklig stabilitet hos monazitstrukturen, vilket resulterar i en oförmåga att ackumulera skador under geologiska tidsperioder. Lutz Nasdala belyser detta, mycket förenklat, genom en jämförelse med ost:"Det är lätt möjligt, med en penna, att sticka ett hål i en hård ("stabil") emmentalerost, medan analogt producerade hål i en mjuk Camembert -ost skulle "läka" på nolltid. "

Heliumjoner skapar och läker strålskador

Man tror att delvis självläkning av monazit inte bara orsakas av den låga termiska stabiliteten hos detta mineral, men också relaterat till verkan av naturliga alfapartiklar (det vill säga energirika heliumkärnor som avges av en instabil kärna i en "alfa-sönderfallshändelse"). Den senare, dock, stod i uppenbar kontrast till observationen att kristallin monazit är benägen att skada alfa-bestrålning.

I den nya studien kunde forskargruppen avslöja orsakerna till självläkningen genom att genomföra bestrålningsexperiment. Heliumjoner med energier på miljontals elektronvolt (analoger av naturliga alfapartiklar) skapar strukturella skador i kristallin monazit. I kontrast, samma heliumjoner orsakar strukturell återhämtning av strålningsskadad monazit. Därför skulle kristallin monazit motsvara Emmentalerost, medan strålningsskadad monazit blir Camembertost.

Så starkt beroende av mineralegenskaper av små förändringar i konstruktionstillståndet har aldrig beskrivits tidigare. En konsekvens för forskningen inom jordvetenskap är att experiment med syntetiska (det vill säga icke-strålningsskadad) monazit kan ge resultat som inte nödvändigtvis är relevanta för beteendet hos detta (alltid måttligt strålningsskadade) mineral i jordens inre.