Превращение элементов - Борис Казаков

Изотопы берклия используются пока лишь в исследовательских работах. Самый долгоживущий из них, берклий-249, имеет период полураспада 290 дней, и следует оценить его как перспективный для практического использования. Его собрат калифорний также накапливается в весовых количествах в процессе работы ядерного реактора. Некоторые изотопы его выгодно отличаются от других заурановых элементов большим числом испускаемых нейтронов при каждом акте деления (в среднем 3,5).

Как источник нейтронов калифорний значительно выгоднее «древнего» полоний-бериллиевого, к тому же он исключительно компактен. Радиотерапия изучает возможности использования его в борьбе с раковыми опухолями. Специальные иглы, содержащие всего несколько микрограммов (тысячных долей миллиграмма) калифорния, представляют собой нейтронный источник значительной интенсивности и могут быть введены непосредственно в раковую опухоль. Многотонные установки используются для целей активационного анализа, решения задач, связанных с исследованием нефтяных скважин, целого ряда геофизических проблем. Их может заменить миниатюрное устройство, в котором содержится всего пять микрограммов калифорния.

В урановом «котле» постоянно варится такая «каша», из которой можно извлекать изотопы самых разнообразных элементов, в том числе и заурановых, в весьма ощутимых весовых количествах. Это прежде всего даёт возможность изучить свойства элементов, что обязательно влечёт за собой их техническое применение. Пока что их использование связано с энергией выделяемых частиц, очень важное и многообразное. Изучению их предшествовала широкая практика применения радиоактивных изотопов обычных элементов — так называемых меченых атомов. Здесь просто не место уделять этому большое внимание, оно описано в десятках научных и научно-популярных книг. Следует лишь напомнить, что меченые атомы — не что иное, как искусственно созданные элементы, определённый этап в работах учёных по трансмутации, так долго считавшейся полнейшим абсурдом.

Сомнения в целесообразности получения новых заурановых элементов стали возникать ввиду непродолжительности их существования. Однако выяснилось, что если одни изотопы какого-нибудь элемента распадаются за доли секунды, то другие (у него же) довольно устойчивы. Взять хотя бы америций-243, его период полураспада — 8800 лет; или кюрий-248, у которого время жизни 470.000 лет; у берклия-247 — 7000 лет; у калифорния-249 — 400 лет. Правда, в общей массе элемента таких изотопов совсем немного, и не они определяют в целом время его жизни. Именно это обстоятельство заставило учёных искать заурановые элементы «не по порядку».

Ещё в 30-х гг. нашего столетия физиками была подмечена любопытная закономерность: атомные ядра, в которых число протонов или нейтронов равнялось 2, 8, 20, 50, 82, 126, отличались высокой стабильностью. Почему это так — тогда никто не знал, и такие числа в шутку назвали магическими. Позже кое-что здесь прояснилось, но название так и осталось. Сейчас выяснено, что ядро отличается особо высокой устойчивостью, если в нём количество протонов и нейтронов измеряется магическим числом. Примером может служить свинец-208, ядро которого содержит 126 нейтронов и 82 протона.

Рядом теоретических работ показано, что число протонов 114 также является магическим, а потому следует ожидать стабильности от элемента с таким номером. Две лаборатории мира — ядерных реакций в Дубне и радиационная в Беркли — занялись изучением возможности получить элемент 114. Обычный путь — обстрел нейтронами, альфа-частицами или дейтеронами мишеней из близлежащих к 114-му элементов в таком случае бесперспективен. Эти близлежащие просто ещё не получены. Для использования же в качестве «артиллерийских снарядов» ускоренных ионов не хватает мощности ускорителей. Современные ускорители позволяют разгонять ионы элементов, ещё не достигших по своему атомному весу середины периодической системы, а при таких условиях, как показали эксперименты американских физиков, получить 114-й элемент не удаётся.

Параллельно работам по созданию 114-го элемента ведутся поиски его в природных объектах. На первый взгляд это кажется странным, так как известно, что поиски куда более простых элементов, таких, например, как технеций, не увенчались успехом именно потому, что все его запасы за время существования Земли распались. Но это ничего не значит. Мы уже говорили о том, что заурановые элементы как результат естественных радиоактивных превращений могут снова и снова появляться в недрах и что благодаря сверхточным и сверхчувствительным методам их можно в конце концов обнаружить. Так, например, в 1942 г. американские учёные Сиборг и Перльман показали присутствие плутония-239 в природе, в урановых рудах, с содержанием 10–14 грамма на один грамм руды.

В 1952 г. в урановых смоляных рудах из Конго учёные обнаружили ничтожное количество нептуния-237. Такие элементы получили название вторичных. Что касается 114-го элемента, то он должен быть, по-видимому, аналогом свинца, подобно тому, как 104-й оказался аналогом гафния. По всей вероятности, 114-й элемент следует искать в свинцовых соединениях. Как ни медленно, но он всё же самопроизвольно распадается. Следы этого распада можно уловить в толще свинцового стекла после обработки его плавиковой кислотой.

Рассуждая так, учёные из группы Г.Н.Флерова стали собирать старинные рюмки, подвески, зеркала, куски стеклянного литья. Совершенно не играет роли состояние годности этих предметов, они могут быть разбитыми, представлять собой просто обломки, лишь бы были они древними, а стекло — свинцовым. После травления кислотой и шлифовки какие-то следы действительно были обнаружены, но принадлежат ли они 114-му элементу — сказать пока трудно.

Вполне вероятно, что 114-й элемент мог оказаться на земле как космический пришелец. Академик А.П.Виноградов, геохимик и космохимик, обратил внимание физиков на железо-марганцевые конкреции, покрывающие значительную площадь на дне Тихого океана. Это бурые шарики, образовавшиеся вокруг каких-то центров кристаллизации. Не исключено, что в них спрятались и пришельцы из космоса. Научно-экспедиционное судно «Витязь» доставило физикам «подарки дна морского», и следы распада какого-то элемента были в них обнаружены. Ведутся поиски экасвинца и в свинцовых рудах — с помощью счётчика и самописца, регистрирующего редкие акты самопроизвольного деления.

Торжество идеи, или похвала алхимикам

(Вместо послесловия)

В 1924 г. мир был взволнован сообщением о том, что профессор Мите при работе с ртутно-кварцевой лампой обнаружил в ней следы золота. Из солидных учёных мало кто поверил этому сообщению: слишком уж оно попахивало шарлатанством средних веков. Проверкой сообщения занялся известный японский учёный Нагаока и после тщательно проведенной работы подтвердил его. Можно представить себе, какую сенсацию это вызвало.

Просто поразительна интуиция алхимиков средневековья: ведь в качестве материала для изготовления золота они всегда предлагали не какие-нибудь металлы, а близлежащие к нему ртуть и свинец. Хотя и с трудом верилось, но чем чёрт не шутит: ведь с 1924 г. не только была установлена эмиссия электронов (т. е. потеря атомом какой-то своей части), но даже осуществлено настоящее превращение. Резерфорд получил из азота кислород путём обстрела его альфа-частицами. Правда, и азот, и кислород — газы. А с другой стороны, что мешает допустить, что в металлах процесс превращения облегчён, и электрические поля большой мощности способны осуществить трансмутацию? Конечно, это было заблуждением, в которое поверили немногие учёные, но на непросвещённых сообщение Мите и затем Нагаоки производило сильное впечатление. Им заинтересовалась даже такая солидная фирма, как «Сименс». Она и предоставила в распоряжение профессора средства для проведения дальнейших исследований. Ошибка была обнаружена самим же автором «открытия». Золото в ртути действительно было, но отнюдь не ртутного происхождения. Подвела слишком большая чувствительность новейших методов анализа. Достаточно было работать, имея на носу очки в золотой оправе, как следом за этим драгоценный металл обнаруживался в ртути.

Мите не суждено было свернуть науку на алхимический путь, но его работа, хоть и ошибочная, сыграла очень даже немалую положительную роль в химии. Как так? Да очень просто: усилились исследования по изучению веществ сверхвысокой чистоты, которые, как наглядно показано в наше время, обладают уникальными свойствами, что необычайно важно для современного научного и технического прогресса.

Идея трансмутации насчитывает не одну сотню лет. Её много раз хоронили и много же раз возрождали.

Последний раз она возродилась благодаря успехам химии и физики, но возродилась на принципиально иной основе, не имеющей ничего общего с той, на которую опирались алхимики в своих попытках превратить металлы в золото. Уцелела лишь сама идея превращения элементов. Более того, без признания этой идеи наука должна была бы остановиться в познании окружающего мира. Блестящие работы замечательных учёных показали это со всей несомненностью. Их удачи и их неудачи в одинаковой, можно сказать, степени заставляли науку продвигаться вперёд, руководствуясь идеей превращения элементов. Достижения в этой области грандиозны, а перспективы дальнейших исследований и технического их применения просто величественны.