Как там у вас, на Бета-Лире? - Юрий Фиалков

Заголовок следует понимать буквально. Ни о каких параллелях с фокусниками, с помощью ручных пассов сотворяющими из воздуха прекрасных дев в расшитых золотом шароварах, здесь речи быть не может.

Элементы из воздуха

Давно известно, что самое трудное — начать. Калий и стал тем самым началом, которое было особенно трудным. Еще бы, появился естественный радиоактивный элемент, стоящий не в конце периодической системы, а в ее середине, точнее — в начале середины, а если быть совсем точным, то в конце начала периодической системы. Игра в слова? Как мы убедимся далее, совсем не игра.

Раз один из нетяжелых элементов может быть радиоактивным, то почему бы не обладать естественной радиоактивностью и другим элементам начала и середины периодической системы? Тем более, что общие законы строения атомного ядра не только не запрещают этого, а искренне и, можно сказать, дружелюбно предлагают.

…Не так давно в одном из журналов были приведены результаты достаточно широкого анкетного опроса поступающих в высшие учебные заведения. Много вопросов, интересных для новой и, судя по всему, важной и увлекательной науки социологии, содержала эта анкета, но нас в данном случае интересует один: мотивы выбора профессии. Так вот, свыше 90 % тех, кто подавал документы на геологические и географические факультеты, в качестве мотива назвали любовь к путешествиям. При этом многие из будущих Ферсманов и Пржевальских не скрывали своего жалостливого отношения к представителям «сидячих», комнатных профессий. К таковым абитуриенты в первую очередь относили архивистов и химиков.

Так вот, я знаком с несколькими химиками, которым доводилось совершать такие служебные командировки, каким позавидовал бы и Лаперуз. Так, например, группа химиков в марте 1961 года на судне «Михайло Ломоносов» вышла из Одессы и, пройдя через Средиземное море, вышла в Атлантический океан, достигла 30° южной широты, а затем вернулась в Калининград.

На протяжении всего рейса химики старательно вели анализ воздуха. Однако их интересовали отнюдь не традиционные компоненты атмосферы — азот, кислород, углекислый газ, инертные газы. Речь шла о совсем других элементах.

Мировое пространство пронизано мчащимися с громадной скоростью, лишь немногим уступающей скорости света, протонами, ядрами некоторых легких химических элементов, электронами. Именно таков состав лучей, которые уже давно получили название космических. Нет ничего удивительного, что, встретив на своем пути Землю, эти лучи вызывают громадные разрушения в естественном щите планеты — земной атмосфере. Да, конечно, обладая исключительно высокой энергией, космические лучи не только ионизируют молекулы газов воздуха, но и разбивают, можно сказать, на осколки атомы газов, входящих в состав атмосферы. Познакомимся с одним из таких процессов. «Главный» газ воздуха, как известно, азот, которого в атмосфере больше всего; именно поэтому основные события по части взаимодействия с космическими лучами происходят именно с этим элементом.

Итак, летящий в когорте других частиц, которые составляют ноток космических лучей, протон с колоссальной скоростью подходит к Земле. Первые километры еще совсем разреженной атмосферы он проходит беспрепятственно: редкие молекулы, встречающиеся на его пути, протону не помеха. И вот где-то приблизительно на высоте 30 километров над уровнем моря протон наконец попадает в цель — атом азота. Последствия этого столкновения можно кратко и, по-моему, достаточно выразительно определить одним словом: «вдребезги». А как еще назвать процесс, в результате которого при столкновении азота и водорода (ведь протон — это ядро атома водорода) образуются два атома гелия и атом бериллия:

N + H = 2He + Be.

Проверим, как сходятся «дебет» и «кредит» этой реакции. Вначале сведем «сальдо» с порядковыми номерами. Сумма порядковых номеров в новой части уравнения составляет 8 (азот-7 и водород-1); справа — та же величина, так как порядковый номер бериллия 4, а дважды два (порядковый номер гелия) также равно 4 (арифметика достаточно убедительная).

Сведение же баланса по массовым числам приводит к довольно интересным выводам. Сумма массовых чисел элементов, вступающих в реакцию, равна 15 (азот-14 + водород-1). Справа, разумеется, должны быть те же 15. Из них 8 единиц приходится на долю гелия (2x4), стало быть, бериллий должен иметь массовое число 7.

Итак, мы выяснили, что при космической катастрофе образуются гелий и изотоп бериллия с массовым числом 7. И тут должен вмешаться дотошный читатель.

«Не очень хорошо получается, — скажет читатель. — Вот справочник, а в нем написано, что бериллий состоит только из одного-единствен-ного изотопа с массовым числом 9. Что-то не припомню такого изотопа бериллий-7».

«Вы и правы и неправы, — отвечу я. — Действительно, известен лишь один стабильный изотоп бериллия. Но разве я говорил, что при нашем ядерном процессе образуется стабильный бериллий? Бериллий-7, который образовался в атмосфере из азота, не стабильный, а радиоактивный изотоп этого элемента».

Радиоактивный изотоп бериллия, конечно же, должен быть отнесен к естественным. Он ведь образовался на нашей планете помимо деятельности человека. Поток космических лучей непрерывен и, как полагают астрономы, постоянен. Поэтому бериллий-7 образовывался на Земле задолго до того, как на ней появился человек, и будет образовываться до тех пор, пока у нашей планеты есть еще атмосфера, содержащая по крайней мере азот.

Как видим, появился еще один естественный радиоактивный элемент, гораздо более легкий, чем калий. Что ж, пока все идет в полном соответствии с прогнозами о принципиальной возможности проявления радиоактивных свойств любым химическим элементом.

Чтобы сразу покончить с этой проблемой — независимости появления радиоактивных свойств от положения элемента в периодической системе, — обращусь к элементу, легче которого быть уже не может: к водороду.

«Шутите! — скажет иной из читателей-скептиков. — Вот уж кто не может быть радиоактивным, так это водород. Ведь в состав его ядра входит один протон. Что же ему, сироте, выбрасывать? Этот один-одинешенек протон? А что тогда останется, что будет выступать в качестве продукта распада? И вообще, не напоминает ли предположение о возможной радиоактивности водорода известную песню, завершающуюся словами: «Если это плов, то где же кошка, если это кошка, то где же плов?»

Песня действительно хороша, особенно в исполнении Рашида Бейбутова. Но кто сказал, что утверждение о радиоактивности элемента № 1, водорода, — это «предположение», да еще «возможное»? Впрочем, к чему вопросы, к чему восклицания? Обратимся к физике.

Околосветовой (то есть летящий со скоростью, близкой к скорости света) протон, сталкиваясь с атомами атмосферных газов, может вышибить из них и нейтроны, которые, в свою очередь, будут обладать энергией, достаточной для того, чтобы прошла реакция взаимодействия нейтронов с азотом: N + n = C + H.

Баланс по зарядам ядер проводить нет нужды: и так ясно, что и справа и слева — по 7 (7+0 = 6+1). Но вот расчет массовых чисел участников этой реакции, как и в прошлый раз, приведет к любопытным результатам. Составим уравнение с «иксом», по сложности, впрочем, не превышающее те уравнения, что нынче без труда решают первоклассники: 14+1 = 12+ х, где х — массовое число водорода. Находим: х=3. Но позвольте, это же какой-то водородный мастодонт, так сказать, сверхтяжелый водород! Насчет «мастодонта» настаивать не буду — термин этот, надо сказать, не очень химический, — а вот что касается сверхтяжелого, то мы тут попали в самую точку, потому что изотоп водорода с массовым числом 3 именно так и называется сверхтяжелым водородом. А еще его называют тритием.

Перегруженность нейтронами не проходит сверхтяжелому водороду даром. Один из нейтронов рано или поздно выбрасывает электрон, превращаясь в протон и переводя тем самым элемент № 1 в элемент № 2. Выбрасывание же электрона есть не что иное, как бета-распад. Поэтому тритий, самый настоящий радиоактивный и, что самое важное, естественный радиоактивный изотоп водорода, откроет список естественных радиоактивных элементов.

Дальнейший рассказ о том, как космические лучи превращают атмосферные газы в естественные радиоактивные изотопы легких элементов (помимо водорода и бериллия, здесь пришлось бы перечислить еще и углерод, и натрий, и кремний и т. п.), будет уже содержать лишенные особой новизны подробности.

Впрочем, и так ясно, что обладающие исключительно высокой энергией частицы космического излучения могут выполнить достаточно серьезную работу.

Впрочем, хотя бы немного, но об одном из этих легких радиоактивных элементов, об углероде-14, надо поговорить.