Читать книгу "Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - Аркадий Курамшин"

98. Калифорний

Хотя вполне логично предположить, что элемент, полученный в Университете Калифорнии в Беркли назван калифорнием в честь штата, в котором он был впервые получен, надо сказать, что для Глена Сиборга и его коллег придумать имя этому элементу оказалось непростым делом — Сиборг пытался играть в «химический кроссворд» и подбирал названия синтезированным актиноидам так, чтобы название актиноида смысловой нагрузке, вложенный в название его аналога-лантаноида: европий-америций, гадолиний-кюрий, тербий-берклий.

Однако, в 1950 году, когда дело дошло до того, чтобы дать название элементу № 98, система дала сбой. Эквивалентом будущего калифорния среди лантаноидов был диспрозий, получивший название благодаря сложности в получении и выделении: «диспрозитос» — трудно найти. Сиборг с коллегами решили исходить от слова «получить», и попытались рассмотреть все варианты, связанные с получением. Предлагались варианты «циклотроний», циклоний» — по названию устройства, в котором был получен элемент № 98, радлабиум — уже по названию подразделения Университета Калифорнии в Беркли, в котором был осуществлен синтез (радиационная лаборатория). В конечном итоге произошёл интересны разворот мысли — Сиборг напомнил, что за столетие до получения элемента № 98 людьми, занимавшимися поисками другого химического элемента было трудно найти безопасный путь до Калифорнии (имелась в виду калифорнийская золотая лихорадка 1848–50 годов), и элемент назвали калифорнием.

Первый нуклид калифорния, который был синтезирован — 245Cf, его период полураспада составлял всего 44 минуты, для получения этого нуклида мишень из кюрия облучали α-частицами в циклотроне — одном из первых типов ускорителей частиц. Циклотроны используются и в наше время, но уже не для решения научных задач, а для получения радиоизотопов, применяющихся в ядерной медицине — радиодиагностике и радиотерапии. В циклотроне частица, которая движется в постоянном магнитном поле, ускоряется переменным высокочастотным электрическим полем, которое заставляет частицу двигаться в круговой камере циклотрона по спирали до столкновения с мишенью. В эксперименте Сиборга столкновение α-частицы с кюриевой мишенью давало атом калифорния и нейтрон.

Калифорний образует около двадцати изотопов (большая часть распадается за минуты и менее), самый устойчивый из которых 250Cf, его период полураспада 898 лет. Эту разновидность калифорния получают, бомбардируя берклий 249Bk нейтронами — образующийся при этом 250Bk испускает β-частицу и превращается в калифорний. Хотя на Земле калифорний можно получить только с помощью «трансмутации XX века» — ядерных реакций, следы этого элемента наблюдаются в космосе как один из множества продуктов, образующихся в результате взрывов сверхновых.

Калифорний является отличным эмиттером нейтронов, что позволяет использовать его для запуска ядерных реакторов, в которых поток нейтронов начинает распад ядерного горючего. Какое-то время предполагалось, что калифорний может стать материалом для ядерного оружия — для 251Cf критическая масса (минимальная масса, при которой начинается цепная ядерная реакция, приводящая к взрыву) составляет пять килограмм, что вдвое меньше критической массы плутония. К счастью, сложности и высокая стоимость получения калифорния избавили нас от перспективы появления ещё и такого оружия массового поражения — цена 1 грамма 252Cf составляет около 250 миллионов долларов, ежегодно получают 20–40 микрограммов, а общий мировой запас этого металла не превышает 8 граммов.

Помимо «зажигательной свечи» для ядерного реактора небольшие количества калифорния применяются в устройствах, в которых нужен поток нейтронов, из которых наиболее известны датчики для разведывания нефтяных месторождений. Эти детекторы направляют поток нейтронов в исследуемый материал, в котором ядра водорода, безусловно присутствующие в составе углеводородов нефти, замедляют поток нейтронов, то есть позволяют искать молекулы, содержащие водород, в подземных резервуарах. Нейтроны, испускаемые калифорнием, также позволяют искать серебро и золото. Метод, применяющийся для поиска этих металлов, называется нейтронно-активационный анализ — область, в которой идет геологическая разведка, облучают нейтронами и расшифровывают картину γ-излучения, выделяющегося в результате взаимодействия образца с нейтронами — характер ответного излучения индивидуален для каждого металла.

99. Эйнштейний

С первого взгляда, нет ничего странного в том, что элемент № 99 называется эйнштейнием, в конце концов — Эйнштейн самый известный физик XX века, причем настолько, что его формулу — Е=mс2 на зачёте по концепциям современного естествознания могут написать даже те студенты гуманитарных специальностей, которые не ходили на лекции и семинары (ну или почти все — в этом году так я действительно повстречал чудо-студента, который на смог ответить на вопрос: «Скажите, кто составил таблицу Менделеева?»). Тем не менее, слава — не единственная причина попасть в клуб «людей и элементов». Есть химические элементы, названные в честь Бора, Флёрова, Резерфорда, Кюри, Сиборга и Оганесяна (в честь двух последних элементы назвали прижизненно), но в Периодической системе нет Ньютона, Дарвина, Бутлерова, Фейнмана или Дирака.

Ключ к тому, почему в Периодической системе появилось имя Эйнштейна, лежит в том, что практически все учёные, именами которых названы химические элементы (кроме разве что одного, но об этом позже) сыграли важную роль в изучении строения атомов. Мы часто вспоминаем Эйнштейна как автора специальной и общей теорий относительности (которые у многих почему-то сливаются воедино), забывая о том, что работы Эйнштейна заложили основы квантовой теории, без которой сложно представить, как современные представления о строении атома, так и теорию химической связи.

По правде говоря, про химический элемент, названный в честь Эйнштейна, нельзя сказать, что он также знаменит, как и его «крёстный» — это один из актиноидов, как и все актиноиды не имеющий стабильных изотопов, самый стабильный из которых — 252Es, характеризуется периодом полураспада в 472 дня, а наиболее просто получающийся — 253Es, периодом полураспада в 20 дней. Тех небольших количеств эйнштейния, которые удалось получить, хватило, чтобы понять, что эйнштейний, как и другие актиноиды, представляет собой серебристо-белый металл.

Можно сказать, что обстоятельства открытия эйнштейния необычны даже по сравнению с другими трансурановыми элементами — рождение эйнштейния подстегнула гонка вооружений. После того, как 29 августа 1949 года на полигоне в Семипалатинске была испытана первая советская атомная бомба, в США поняли, что они лишились своего козыря в противостоянии с СССР и решили разработать еще более мощное оружие. Новая, как тогда это называлось в официальных документах «супербомба» имела следующую принципиальную схему — запал в виде атомной бомбы должен был создать температуру и давление, достаточные, чтобы инициировать протекающее с выделением колоссальной энергии слияние атомов дейтерия (тяжелого водорода), такое же слияние дейтерия с образованием гелия происходит в звездах, в том числе и звезде по имени Солнце. «Супербомба» или как потом её стали называть, водородная бомба уже относится не к ядерному, а к термоядерному оружию. Испытание первого образца этого оружия США провели на атолле Эниветок в южной части Тихого океана. Сомнительная эстетика награждать бомбы именами собственными — Троица, Малыш, Толстяк, была выдержана и здесь. Благодаря вытянутой цилиндрической форме устройство получило название «Сосиска».