Kiedyś to była stal

Jeśli są wśród nas koneserzy fantastyki, na pewno kojarzą historię Valyrii – starożytnego imperium opisanego w sadze Pieśni Lodu i Ognia George’a R.R. Martina. Było to państwo, które za sprawą smoków, magii, ale i rozwiniętej techniki zyskało status niekwestionowanego hegemona. Wielowiekowe pasmo sukcesów przerwał dopiero kataklizm naznaczony przebudzeniem Czternastu Płomieni – skupiska wulkanów, które zniszczyły miasta, zasłoniły niebo i zatruły wodę. W krótkim czasie potężna cywilizacja przepadła, pozostawiając jednak po sobie liczne ślady dawnej świetności.

Jednym z takich artefaktów była valyriańska stal. Lżejsza, a zarazem wytrzymalsza od jakiegokolwiek innego metalu dostępnego w całym opisywanym świecie. Tajemnica jej produkcji wymarła wraz ze starożytnymi kowalami, toteż nieliczne ostałe valyriańskie miecze uchodziły za niemal bezcenne.

Radiacja wokół nas

Wróćmy teraz do naszej rzeczywistości. Co prawda nie ma w niej magii i zionących ogniem bestii, ale naprawdę istnieje pewien rodzaj dawnej stali, który przez trudność w odtworzeniu jej właściwości, zyskał niebywałą wartość. A wszystko to również miało związek z niszczycielskim wydarzeniem historycznym.

Rankiem 16 lipca 1945 roku na pustynnym poligonie White Sands w Nowym Meksyku, przeprowadzono pierwszą w dziejach detonację broni nuklearnej. Test Trinity pod nadzorem Roberta Oppenheimera wprowadził ludzkość w epokę atomu i przerażającego wyścigu zbrojeń.

Nuklearny test Trinity — Prawdziwy rarytas – jedyne oryginalnie kolorowe zdjęcie testu Trinity.

W ciągu następnych dwóch dekad Amerykanie, Sowieci, Brytyjczycy, Francuzi, Chińczycy, a później też Hindusi i Pakistańczycy wykonali ponad 2 tysiące prób jądrowych, z czego jedną trzecią stanowiły próby atmosferyczne. W szczytowym okresie, na początku lat 60., detonowano na Ziemi średnio jedną bombę tygodniowo.

Oczywiście tam, gdzie eksplozje nuklearne^[1]Pisząc o eksplozjach jądrowych mam oczywiście na myśli zarówno wybuchy ładunków jądrowych, jak i termojądrowych bomb wodorowych., tam też promieniowanie. Najdotkliwiej przekonali się o tym mieszkańcy kazachskich wiosek oraz pacyficznych archipelagów, którzy często zupełnie nieświadomie byli narażani na kontakt z opadem radioaktywnym. Ponurym symbolem tego okresu stał się atol Bikini, gdzie poziom skażenia zmusił wszystkich autochtonów do emigracji. Po 1972 roku setka wyspiarzy postanowiła wrócić do domu, ale badania wykazały, że w ich ciałach skumulował się alarmująco wysoki poziom promieniotwórczego cezu-137. Po sześciu latach znów zarządzono ewakuację, a archipelag do dziś odwiedzają wyłącznie naukowcy.

Crossroads Able, pierwszy amerykański test jądrowy na atolu Bikini.

Jednak to nie wszystko. Okazuje się, że zdetonowanie w powietrzu ponad sześciuset ładunków jądrowych, niesie za sobą również skutki uboczne na poziomie globalnym. Wyrzucony na dużą wysokość radioaktywny pył, krążył w stratosferze przez całe lata, powoli docierając do wszystkich kontynentów. Rozsiane po świecie izotopy cezu, jodu, strontu czy kobaltu, finalnie podniosły ogólny poziom promieniowania tła.

Dmuchanie metalu

Brzmi strasznie, ale bez paniki. W szczytowym momencie przeciętny poziom radiacji był podniesiony o 0,11-0,15 mSv (milisiwerta) rocznie. Dla porównania, jak możemy przeczytać na stronie Ministerstwa Klimatu i Środowiska, średni poziom dawki od promieniowania tła w Polsce to 2,5 mSv rocznie. Oznacza to, że wszystkie eksplozje jądrowe zawyżyły promieniowanie tła o zaledwie 5-6% względem jego standardowej wartości. To oczywiście zbyt drobny wzrost, aby mógł stanowić jakiekolwiek zagrożenie dla żywych organizmów.

No dobrze, ale co to wszystko ma wspólnego z produkcją stali?

Jak wszyscy wiedzą, stal powstaje w hucie jako stop żelaza i węgla (przy czym zawartość tego drugiego nie przekracza 2,11%). Mniej osób natomiast zdaje sobie sprawę z tego, jak istotny w procesie obróbki metalu jest tlen. W połowie XIX stulecia brytyjski wynalazca Henry Bessemer zauważył, że wdmuchiwanie do roztopionego żelaza ogromnych ilości powietrza, daje podwójną korzyść. Po pierwsze kontakt tlenu z węglem ułatwia osiągnięcie wysokiej temperatury; po drugie natomiast tlen oczyszcza surowiec. Obecnie ten proces – usuwania niechcianych składników z metalu przez ich utlenianie – nazywamy konwertorowaniem.

A tak to wygląda współcześnie: “W konwertorze złom i surówka przedmuchiwane są tlenem. Zawartość węgla, krzemu i manganu pozwala na uzyskanie odpowiedniego składu chemicznego i określonych właściwości stali”.

Oto problem: praktycznym, darmowym i niewyczerpalnym źródłem tlenu wykorzystywanego w hutach jest powietrze. To samo powietrze, które po zakończeniu II wojny światowej zostało skażone radionuklidami. Przedmuchując roztopiony metal atmosferycznym tlenem, mimowolnie pozostawiano w nim również śladowe ilości kobaltu-60 oraz innych promieniotwórczych produktów reakcji jądrowych.

Czy to sprawiało, że taka stal była mniej wytrzymała? Nie. Czy była ona w jakiś sposób szkodliwa dla ludzi i zwierząt? Również nie. Mówimy o minimalnym zanieczyszczeniu, które w praktyce pozostaje bez żadnego znaczenia.

No, chyba że zamierzasz łowić cząstki elementarne.

Stal przedwojenna

Prawdopodobnie pierwszym urządzeniem, które zderzyło się z problemem “atomowej” stali był opatentowany w 1950 roku Spektrometr Całego Ciała (ang. Whole-Body Counting). Maszyna służyła do badania osób narażonych na kontakt z promieniowaniem jonizującym. Pozwalała ocenić skażenie pacjenta radioizotopami poprzez dokładne zliczanie wydobywających się z jego organizmu fotonów gamma. Oczywiście, żeby spektrometr nie wyłapywał również fotonów z zewnątrz, sprzęt musiał być umieszczony w wielotonowym metalowym sarkofagu.

Tylko co nam po doskonałej izolacji od promieniowania tła, kiedy sama osłona mogła stanowić źródło niepotrzebnej radiacji? Najlepszym wyjściem okazało się wykorzystanie starej stali, która opuściła huty przed rozpoczęciem epoki atomu.

Ciekawostka: w Polsce wciąż działają dwa urządzenia typu SCC.

W ten sposób narodziła się moda na stal przedwojenną, nazywaną też bardziej fachowo stalą o niskim promieniowaniu tła (ang. low-background steel). Przez pewien czas poszukiwali jej konstruktorzy wszystkich superczułych mierników, liczników, czujników i detektorów (zwłaszcza detektorów neutrin) – każdy, kto nie chciał, żeby jakieś zabłąkane cząstki paskudziły mu dane. A ponieważ popyt rodzi podaż, wkrótce rozwinął się cały rynek dawnej stali. Zarówno oficjalny, jak i mniej oficjalny.

Rzymski ołów

Z tych samych przyczyn producenci wrażliwej aparatury i ośrodki badawcze poszukiwały przedwojennego ołowiu. “Przedwojenny” jest jednak w tym przypadku sporym niedomówieniem. Naukowcy z CERN-u oraz włoskiego laboratorium Gran Sasso do ekranowania części detektorów wykorzystali ołów… ze starożytnego Rzymu. Konkretniej ołowiowe sztabki, znajdywane w dużej obfitości na pokładach dawnych statków handlowych, leżących na dnie Morza Śródziemnego. (Włoscy historycy wciąż czują się obrażeni takim bezdusznym podejściem do archeologicznych artefaktów).

Podwodni złomiarze

Teoretycznie wartościowy był każdy stary gwóźdź, jednak w praktyce największym wzięciem cieszyły się fragmenty przedwojennych statków. Grube ściany kadłuba wystarczyło odpowiednio pociąć, aby wykorzystać je choćby w charakterze osłony. Tym samym, najbogatszym złożem pożądanego metalu stało się dno morza.

To tzw. gwoździe datowe, używane przez koleje w celu identyfikacji daty instalacji podkładów i słupów drewnianych. Gwóźdź z wybitą czterdziestką został wbity w 1940 roku, co gwarantuje, że został wykonany ze stali o niskim tle.

Szczególnie obfitym rezerwuarem dawnej stali okazał się przesmyk Scapa Flow pomiędzy Orkadami a północnym wybrzeżem Szkocji. Miał tu miejsce interesujący epilog I wojny światowej. Po kapitulacji Cesarstwa Niemieckiego doszło do internowania okrętów Kaiserliche Marine wraz z załogami do brytyjskiej bazy, gdzie czekały na werdykt paryskiej konferencji pokojowej z 1919 roku. Kiedy państwa Ententy zażądały wydania statków, admirał Ludwig von Reuter wydał swoim marynarzom rozkaz samozatopienia wszystkich maszyn, aby nie wpadły w ręce wroga. Na dno poszły 52 niemieckie okręty, w tym 10 pancerników.

Niemiecki krążownik SMS Derfflinger na cztery minuty przed zatonięciem.

Przed II wojną światową, była to po prostu pokaźna sterta łatwo dostępnego złomu (do której Brytyjczycy zresztą chętnie sięgali^[2]Prywatne firmy kupowały prawa do niemieckich wraków, które zaczęły wyławiać już w 1923 roku.). Po 1945 roku stal ze Scapa Flow nabrała dodatkowej wartości, a pociachane fragmenty wraków zaczęły krążyć po całym świecie. Niestety trudno znaleźć jakiś oficjalny wykaz placówek, które nabyły niemiecki metal, ale wiadomo, że służył on i zapewne nadal służy wielu europejskim szpitalom. Istnieje nawet anegdota, wedle której część odratowanej stali trafiła do NASA, gdzie użyto jej m.in. do produkcji podzespołów sond Voyager. Informacji tej jednak nigdy nie potwierdzono, a jej pierwotne źródło pozostaje nieznane.

Czas leczy rany (i radiację)

Na rynek trafiły również fragmenty wraków pochodzących z innych akwenów. Wymienić tu można, chociażby australijski krążownik HMAS Perth zatopiony podczas bitwy w Cieśninie Sundajskiej oraz brytyjskie krążowniki HMS Repulse i HMS Prince of Wales, trafione przez japońskie bomby pod Kuantanem. Problem w tym, że w odróżnieniu od samozatopionych okrętów ze Scapa Flow, wraki te pozostają miejscem spoczynku setek zmarłych marynarzy^[3]Pod Scapa Flow zdezorientowani Brytyjczycy zastrzelili kilku Niemców, jednak formalnie nie doszło do żadnej bitwy.. Mówimy więc de facto o plądrowaniu grobów wojennych. Mimo moralnych wątpliwości, obiekty przez lata przyciągały szabrowników, a HMAS Perth stracił ponad połowę kadłuba.

Szczęśliwie polowania na stal o niskim promieniowaniu tła przechodzą do historii. Właściwie już przeszły.

Radiacja należy do wąskiej kategorii problemów, które rozwiązują się same – wystarczy czas. Po upadku Związku Radzieckiego i zakończeniu zimnowojennego wyścigu zbrojeń, próby jądrowe nie są już codziennością. Resztę załatwia naturalny okres połowicznego rozpadu radioizotopów, który dla kobaltu-60 wynosi około 5 lat, dla strontu-90 niecałe 29 lat, a dla cezu-137 nieco ponad 30 lat.

Po przyjęciu w 1963 roku *Traktatu o zakazie prób broni nuklearnej w atmosferze, w przestrzeni kosmicznej i pod wodą*, większość prób jądrowych odbywało się pod ziemią. Obecnie jakiekolwiek eksplozje jądrowe są rzadkością.

Według raportu Komitetu Naukowego ONZ ds. Skutków Promieniowania Atomowego, promieniowanie tła wynikające z testów jądrowych zmalało do dziś o jakieś 95% względem nuklearnego piku z lat 60. poprzedniego wieku. Współczesna stal jest zatem już wystarczająco “czysta”, aby mogła zostać wykorzystana niemal w każdym przedsięwzięciu medycznym i naukowym. Tym samym stal przedwojenna przestaje być potrzebna i już wkrótce stanie się jedynie interesującym przypisem na marginesie podręczników historii.