Клаус Гофман - Можно ли сделать золото, Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов
Известной стала мини-электростанция SNAP 27, мощность которой (73 Вт) обеспечивается 4,3 кг плутония-238. Ее размеры составляют 45 X 40 см. 12 ноября 1969 года астронавты "Аполлона 12" установили SNAP 27 на Луне. Из соображений безопасности на время космического полета американские космонавты закрепили плутониевый стержень, имеющий температуру 700 °С, на наружной стенке лунного корабля. Только после посадки они поместили его внутрь генератора.
SNAP 27 сразу стали давать электрический ток, а позднее -- снабжать энергией оставленную на Луне измерительную аппаратуру.
Еще раньше, при первой посадке на Луну, американцы использовали источники энергии из плутония-238. Такие батареи помещали в измерительные приборы, и они гарантировали их безупречную работу, даже при тех резких перепадах температур, которые существуют на спутнике нашей Земли. В полетах космических кораблей "Аполлон" источник энергии из 570 г плутония-238 обеспечивал регенерацию питьевой воды. С его помощью американские астронавты могли ежедневно регенерировать 8 л воды. Исследовательский корабль "Луноход", спущенный на поверхность Луны Советским Союзом в ноябре 1970 года, был обеспечен радиоактивными изотопами для регулировки температуры.
Источники энергии, снабженные долгоживущими изотопами, особенно необходимы для космических зондов, находящихся в "дальних странствиях" к удаленным планетам. Поэтому американские зонды "Викинг", которые были высажены на Марс в июле и сентябре 1976 года с целью поисков там разумной жизни, имели на борту два радиоизотопных генератора для обеспечения энергией спускаемого аппарата. Космические станции вблизи Земли, такие, как "Салют" (СССР) и "Скайлэб" (США), получают энергию от солнечных батарей, питаемых энергией Солнца. Однако зонды для Юпитера нельзя оснащать солнечными батареями. Излучения Солнца, которое получает зонд вблизи далекого Юпитера, совершенно недостаточно для обеспечения прибора энергией. Кроме того, при космическом перелете Земля -- Юпитер требуется преодолеть огромные межпланетные расстояния при продолжительности полета от 600 до 700 дней. Для таких космических экспедиций основой удачи является надежность энергетических установок.
Поэтому американские зонды планеты Юпитер -- "Пионер 10", который стартовал в феврале 1972 года, а в декабре 1973 года достиг наибольшего приближения к Юпитеру, а также его преемник "Пионер II"--были оснащены четырьмя мощными батареями с плутонием-238, помещенными на концах кронштейнов длиной в 27 м. В 1987 году "Пионер 10" пролетит мимо самой удаленной от Земли планеты -- Плутона, а затем это первое земное космическое тело покинет нашу Солнечную систему, имея на борту химический элемент, искусственно полученный на Земле.
Перспективно применение искусственных элементов для снабжения энергией сердечных регуляторов. От таких батарей требуется, чтобы они периодически посылали сердечной мышце электрические импульсы. Применявшиеся до сих пор химические батареи неизмеримо больше атомных по размерам и работают только два-три года. Продолжительность работы атомных сердечных регуляторов с плутонием-238 оценивают не менее чем в десять лет. Следовательно, при неблагоприятных обстоятельствах пациент с больным сердцем должен подвергаться хирургическому вмешательству каждые десять лет. К атомным регуляторам предъявляются особенно жесткие требования по технике безопасности, чтобы ни при каких обстоятельствах чрезвычайно токсичный плутоний не смог вырваться наружу. В 1970 году французские врачи имплантировали двум людям сердечные регуляторы, которые весили всего по 40 г. Требуемую мощность в 200 мкВт обеспечивали 150 мг плутония-238. С тех пор эти регуляторы поддерживают сердечную деятельность обоих пациентов. Столь убедительный успех создал целую медицинскую школу. Медики имплантируют сердечные регуляторы из плутония-238 или прометия-247, в последние годы также в Советском Союзе и Польше.
Изотоп плутония [238]Pu оправдал себя и для других медицинских целей. Он служит источником энергии для "искусственного сердца" -- насоса для крови, спасителя жизни при остановке кровообращения. Элемент плутоний все больше делается похожим на двуликого Януса -- он в равной мере может внушать как надежды, так и страх.
Калифорний: в поисках наркотиков и золота
В 1950 году трансурановый элемент калифорний (Cf) появился на свет в количестве нескольких атомов. В настоящее время планируется и осуществляется "производственная программа" для получения его миллиграммовых количеств. Мировой запас калифорния составляет несколько граммов, вероятно, никак не более 5 г. Калифорний невероятно дорог. Один грамм его стоит около 10 миллионов долларов. Какие же свойства, несмотря на это, делают этот изотоп столь необходимым?
Калифорний-252 имеет период полураспада 2,6 года. При этом самопроизвольно делится 3 % всех атомов и при каждом делении выделяется четыре нейтрона. Вот именно такая нейтронная эмиссия и делает калифорний-252 столь интересным, ибо 1 г в секунду выделяет 2,4 биллиарда (10[12]) нейтронов. Это соответствует нейтронному потоку среднего ядерного реактора! Если бы такое нейтронное излучение захотели получить классическим путем из радиево-бериллиевого источника, то для этого потребовалось бы 200 кг радия. Столь огромного запаса радия вообще не существует на Земле. Даже такое невидимое глазом количество, как 1 мкг калифорния-252, дает более 2 миллионов нейтронов в секунду. Поэтому калифорний-252 в последнее время используют в медицине в качестве точечного источника нейтронов с большой плотностью потока для локальной обработки злокачественных опухолей.
Во многих случаях калифорний может теперь заменить атомный реактор, например для таких специальных аналитических исследований, как нейтронная радиография или активационный анализ. С помощью нейтронной радиографии просвечиваются детали самолетов, части реакторов, изделия самого различного профиля. Повреждения, которые обычно невозможно обнаружить, теперь легко находят. Для этой цели в СССР и США разработана транспортабельная нейтронная камера с калифорнием-252 в качестве источника излучения. Она позволяет вести работу вне зависимости от стационарного атомного реактора. В борьбе с преступностью в США такая нейтронная камера показала свой превосходный "нюх". Таблетки ЛСД и марихуана, спрятанные в патронных гильзах, были сразу обнаружены. С помощью рентгеновских лучей контрабандные наркотики найти не удавалось.
Более распространено использование калифорния в нейтронно-активационном анализе. Под этим имеется в виду высокочувствительный метод анализа, пригодный в особенности для определения следов элементов. Исследуемые вещества подвергают облучению потоком нейтронов, в результате чего образуются искусственные радиоактивные изотопы. Интенсивность их излучения является мерой содержания составных частей примесей. При (n, ()-реакциях можно с помощью гамма-спектроскопии высокой точности изящным методом измерить интенсивность гамма-излучения, специфическую для каждого нуклида, а по интенсивности найти содержание определяемого элемента.
В настоящее время общепринято активировать материал пробы в атомном реакторе. Однако все более предпочтительными становятся небольшие переносные источники нейтронов. Они позволяют проводить нейтронно-активационный анализ на месте. Убедительным примером является изучение состава поверхности Луны и удаленных от Земли планет. При поисках рудных месторождений, находящихся в недоступных местах на Земле и на дне моря, применяют точечные источники нейтронов. Для разведывания месторождений нефти используют зонды буровых скважин с калифорнием-252.
В активационном анализе чувствительность чрезвычайно высока. Могут быть обнаружены ничтожные количества -- 10[-10]-- 10[-13] г исследуемого вещества. Для некоторых элементов чувствительность еще выше. Например, с помощью активационного анализа удается обнаружить даже 10[-17] г, то есть около 250 00 атомов.
Умер ли Наполеон 1 в ссылке естественной смертью? На этот вопрос, неоднократно подвергавшийся обсуждению, был получен однозначный ответ лишь 140 лет спустя. В качестве "вещественного доказательства" послужила прядь волос французского императора, которая была срезана у него 5 мая 1821 года на острове св. Елены, через день после его смерти. Она хранилась из поколения в поколение несколькими почитателями в качестве драгоценного сувенира. Судебные медики обнаружили, что император стал жертвой отравления. С помощью активационного анализа было установлено, что в волосах Наполеона содержится мышьяка в 13 раз больше нормы. Из различного содержания мышьяка на отдельных участках роста волос можно было установить даже время, когда начали ему подмешивать в пищу яд.
В настоящее время уже не является загадкой происхождение античных мраморных статуй, поскольку стало известно, что для различных древних мраморных каменоломен характерно присутствие определенных примесных элементов. Исследования красящих пигментов картин с помощью активационного анализа оказались весьма ценными для их датирования. Следы посторонних примесей в свинцовых белилах -- весьма распространенной краске -- совершенно характерно изменяются с течением времени. Сходное поведение обнаружено также для других художественных красок. С тех пор, как появился нейтронно-активационный анализ, исчезли все возможности для подделки картин старых мастеров.
