Клаус Гофман - Можно ли сделать золото, Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов
Мы знаем, что фермий-257 является самым тяжелым изотопом, который существует в весомых количествах. Он имеет удобный для практики период полураспада, равный почти ста дням. Этот изотоп мог бы служить в качестве мишени. Поэтому при использовании сильно разогнанных ионов фермия-257, теоретически возможен процесс термоядерного синтеза, приводящий к элементу 200, относительная атомная масса которого равна 500:
[257]Fm + [257]Fm [500]X + 14n
Для 200-го элемента уже есть имя: бинилнилий. Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК.) давно пытается воодушевить ученых на единообразное наименование химических элементов. Тогда не будет тех спорных вопросов, которые появились в последнее время. Начиная с элемента 100 наименования складываются из готовых слогов: "нил" для нуля, "ун" для единицы, "би" для двух и суффикс. Тогда элемент 114 назывался бы просто унунквадий, а элемент 200 -- бинилнилий. И никто бы больше не спорил, должен ли элемент 105 называться ханием или нильсборием. Его название уннилпентий. Однако, к огорчению ИЮПАК, еще никто из ученых ни в Дубне, ни в Беркли не последовал этому предложению. Значит, шансы на введение в химию такого "дремучего" языка малы. По мнению Сиборга, ему приятнее сказать "элемент 114", чем "унунквадий", на котором язык сломаешь...
Однако, будет ли когда-нибудь в достаточном количестве фермий-257 -основа для получения бинилнилия, то есть, по-старому, элемента 200? Это вполне оправданный вопрос. Ведь из 1 т плутония в мощном реакторе образуется максимально 1 мкг фермия-257, и то после 10-летней бомбардировки нейтронами! Если не удастся получить большие количества фермия другими путями, то придется отказаться от столь заманчивого синтеза элемента с относительной атомной массой 500.
Больше надежд сулят опыты по синтезу элементов, лежащих близко к островку устойчивости. Так, взаимодействие плутония-244 с дважды магическим кальцием 48 должно было бы привести к элементу 114:
[244]Pu + [48]Са [290]X + 2n
Правда, здесь не получится сверхустойчивого изотопа-298 элемента 114. Однако специалисты ожидают, что изотоп с массовым числом 290 будет также иметь довольно большую продолжительность жизни. Сейчас соответствующие опыты планируются как в Дубне, так и в Беркли. Решающим препятствием до сих пор являлась скудость запасов исходных веществ: в природном кальции присутствует лишь 0,18 % кальция-48, и он должен длительно обогащаться. В настоящее время мировой запас кальция-48 составляет всего несколько граммов. Плутоний-244 тоже необходимо сначала "инкубировать" в реакторе в достаточном количестве.
Однако при всем оптимизме физикам ясно: даже с помощью самых мощный ускорителей тяжелых ионов никогда нельзя будет получить весомые количества сверхтяжелых элементов... Но это не останавливает ученых. Им необходимо знать, куда ведет дорога "за ближайшим уличным поворотом". Действительно, куда же ведет этот путь?
Если повнимательнее присмотреться к истории открытия элементов, богатой ошибками и разочарованиями, то, возможно, появятся сомнения в успехе такой тяжкой погони за "сверхтяжелыми" элементами: не будут ли вновь открыты ложные трансураны? Быть может, он вовсе и не существует, этот далекий "островок устойчивости"? Отто Хан неоднократно подчеркивал, что он постоянно искал не то, что находил. Пусть же ученые в своем путешествии по "морю неустойчивости" откроют в конце концов нечто сногсшибательное! По этому поводу Сиборг заявил: "Если обнаружится, что теория верна, тогда для исследователя откроется совершенно новый мир химии и физики, в сравнении с которым все предыдущие попытки покажутся бесцветными".
Искусственные элементы в исследовании Космоса
Для чего нужны трансураны, а также другие искусственные элементы? Стоят ли они действительно таких огромных затрат для их исследования и производства?
Технеций (Тс), первый искусственный элемент в периодической системе, завоевал широкие области применения. В настоящее время его получают в килограммовых количествах из радиоактивных отходов атомной промышленности. Когда в Соединенных Штатах было начато коммерческое производство и использование технеция, то цена за 1 г за несколько лет упала с 17 000 до 90 долларов. Теперь технеций применяют в медицине как ядерное фармацевтическое средство для радиографии различных органов с целью проверки их функциональной деятельности. Таким путем можно диагностировать также раковые заболевания. Вводимый для этого изотоп [99]Тс, вследствие малого периода полураспада, равного 6 ч, приходится изготовлять в изотопном молибденовом генераторе непосредственно перед использованием.
Поговаривают о технеции как о возможном катализаторе для химической промышленности. Однако самые большие его достоинства заключаются в защите от коррозии. Пертехнаты являются мощными ингибиторами коррозии. Такое открытие сделал американец Картледж в начале 1955 года. Он обнаружил, что добавка уже 0,00005 % технеция прекращает коррозию стали и железа в воде.
Прометий (Pm), второй искусственный элемент, также приобрел значение в технике. Бета-излучатель прометий-147 в качестве заменителя радия применяют для изготовления фосфоресцирующих веществ, которые используют, например, для контрольных приборов на борту самолетов. Прометий нужен также для измерения радиоактивным методом толщины фольги и листового стекла. Однако наиболее важным применением этого элемента является его способность быть источником ядерной энергии: он, как все радиоактивные бета-излучающие элементы, ионизирует пограничный слой полупроводников, в результате чего возникает ток. Такое явление называют бетавольтэффектом. Оксид прометия-147 массой в 24 г, запрессованный под давлением в платиновую капсулу, дает энергию в 8 Вт. В настоящее время изготовляют минибатареи из прометия-147 размером не более двухкопеечной монеты. Длительность их работы ограничена лишь периодом полураспада изотопа. Последний составляет два с половиной года.
Альфа-излучающие трансураны по своей природе способны выделять значительную тепловую энергию. Поэтому препараты кюрия сильно фосфоресцируют и такого термического свечения достаточно для того, чтобы их можно было сфотографировать в темноте в собственном излучении.
Водные растворы, содержащие несколько миллиграммов соли кюрия на литр, закипают сами собой. Они выглядят, как искрящееся шампанское,-завораживающее зрелище. При работе такие растворы необходимо непрерывно охлаждать. Таблетки из нескольких граммов оксида кюрия постоянно раскалены, температура их поверхности выше 1200 °С!
Когда в 1947 году впервые получили кюрий в "значительных" количествах, этот мировой запас состоял из крошечной пылинки гидроксида кюрия, едва видимой невооруженным глазом. В настоящее время кюрий получают в килограммовых количествах. По своей удельной теплотворной способности, равной 123 Вт/г, кюрий-242 с периодом полураспада 162 дня превосходит все другие трансураны. Кюрий-244 выделяет лишь 2,9 Вт/г, но зато обладает большей продолжительностью жизни (период полураспада 17,6 лет). Плутоний-238, выделяющий энергию в 0,46 Вт/г, имеет почтенный период полураспада в 88 лет.
Из этих альфа-излучателей с помощью термоэлементов получают ток. При установке таких термоионных изотопных батарей целиком руководствуются их назначением. Если желательны долгоживущие источники энергии, например для измерительных или запускаемых в космос приборов, для снабжения током светящихся буев и автоматических метеостанций либо для обогрева одежды водолазов или космонавтов, то предпочтителен кюрий-244 или плутоний-238. Если же, напротив, требуется на короткое время выработка больших количеств энергии, то выгоднее батарея из кюрия-242.
Обычно атомные батареи применяют повсеместно в тех случаях, где эти носители энергии могут проявить свои поразительные свойства: они занимают минимальный объем, не нуждаются в уходе и надежны даже в экстремальных условиях. Предпочтительнее всего использовать их в космических путешествиях. Когда 4 октября 1957 года в СССР был выведен на орбиту первый искусственный спутник Земли, то его химические батареи могли давать энергию в течение 23-х дней. После этого мощность их была исчерпана. Напротив, батареи из радиоактивных нуклидов имеют совершенно иные резервы мощности.
В 1961 году такая батарея типа SNAP (System for nuclear auxiliar Power[72]) впервые установлена США на борту навигационного спутника "Транзит". Поставщиком энергии служил плутоний-238, теплота которого термоэлектрически превращалась в ток. С тех пор в космических полетах не раз использовали атомные батареи, Советский Союз -- в спутниках типа "Космос". В США, например, метеоспутник "Нимбус", который вращается вокруг Земли с мая 1968 года, имеет батарею на плутоний-238 мощностью 60 Вт. Американский лунный зонд "Сарвейор", который в 1966 году передал по радио на Землю первый химический анализ лунного грунта, обладал энергетической установкой в 20 Вт, питаемой 7,5 г кюрия-242.
