Читать книгу "Таблица Менделеева. Элементы уже близко - Аркадий Искандерович Курамшин"

об америции и кюрии радиослушателям. Конечно, заседание Американского химического общества и последующая пресс-конференция тоже состоялись, но на них речь шла уже о технических деталях – способе получения, свойствах новых элементов, но первое сообщение все же было сделано таким экстравагантным по тем временам способом (как я считаю, это был совершенно правильный подход к научным коммуникациям).

Первым синтезированным нуклидом америция был 241Am (период полураспада – 433,2 года), до сих пор наиболее высокотоксичный вид атома этого элемента. Чикагская металлургическая лаборатория (еще одно название Манхэттенского проекта) занималась наработкой больших количеств плутония для атомной бомбы, и некоторые атомы плутония 239Pu захватывали дополнительные нейтроны, превращаясь в 241Pu, который подвергался β-распаду, и превращались в 241Am. Ни один из изотопов америция нельзя назвать стабильным. У самого долгоживущего 243Am период полураспада 7370 лет, бо́льшая часть из 18 изотопов этого элемента практически полностью разрушаются за минуты. Как и многие другие актиноиды, америций – серебристо-белый металл с плотностью как у свинца и достаточно высокой температурой плавления – около 1200 °С.

Характерной особенностью америция является то, что это единственный искусственный и радиоактивный элемент, который можно обнаружить в наших домах и рабочих помещениях. Тут следует немного разъяснить ситуацию. Выше было написано, что в воздухе непроветриваемых комнатах домов, в особенности стоящих над гранитом, накапливается радиоактичный радон. По закону больших чисел в воде и воздухе наших квартир могут находиться ничтожные количества атомов плутония, попавшие в окружающую среду во время ядерных испытаний. Нелишне напомнить, что гипотетическая фраза «в водопроводной воде обнаружены соли урана» абсолютно не эквивалентна фразе «в водопроводной воде соли урана обнаружены в опасной для человека концентрации». Вторая действительно говорит об опасности, а первая – просто о совершенстве современной аналитической химии, которая вполне могла бы помочь лирическому герою песни В.С. Высоцкого в его замысле: «Да я в Москве с киркой уран найду при такой повышенной зарплате».

Речь идет о том, что америций – единственный радиоизотоп, изделие с которым можно купить в строительном магазине, причем покупка и установка этого прибора понизит опасность помещения (а в офисах, гостиницах, магазинах и кинотеатрах такие устройства должны стоять в обязательном порядке). Америций применяется в некоторых типах датчиков задымления. Около 0,3 микрограмма оксида америция располагается в индикаторной камере датчика, где испускаемый америцием поток α-частиц ионизирует воздух, позволяя протекать электрическому току между электродами детектора. Если в воздухе появляются аэрозольные частицы дыма, они поглощают α-частицы, ионизация воздуха в камере прекращается, электрическая цепь в детекторе размыкается, и подается сигнал тревоги

Америций также применяется там, где нужен источник α-частиц и/или γ-излучения – промышленность, медицина, но его применение ограничено только теми областями, где нужно небольшое количество излучающего материала, – производство америция стоит дорого. Для справки: один грамм оксида америция, который применяют в датчиках задымления, стоит около 1500 долларов США, а грамм золота – около 30 долларов.

96. Кюрий

Кюрий – очередной химический элемент, который относится к трансурановым элементам – элементам, не встречающимся в земной коре (незначительные количества плутония и нептуния, спонтанно образующиеся в процессах с участием урановых руд, не в счет). Кюрий – твердый, хрупкий металл серебристо-белого цвета, который быстро тускнеет на воздухе, этот элемент можно получить только в ядерном реакторе. Нуклид 242Cm был получен в 1944 году во время работы над Манхэттенским проектом Гленом Сиборгом, Ральфом Джеймсом и Альбертом Гиорсо. Для того чтобы получить этот элемент, исследователи бомбардировали мишень из 239Pu α-частицами. Как и о всех остальных элементах, которые Сиборг с коллегами обнаружил во время работ, основная цель которых была – создание атомной бомбы, информация о кюрии была обнародована уже после окончания Второй мировой войны – об открытии кюрия, как и америция, американцы впервые услышали в детском радиошоу; на кюрий и способ его получения, как и на америций, Сиборг оформил патент (впрочем, и для элемента №95, и для элемента №96 срок действия патента истёк еще в 1960-е годы).

Кюрий получил название в честь супругов Кюри – радиоактивный элемент логично было назвать в честь тех, кто заложил основы теории радиации. Кстати, над кюрием в группе лантаноидов находится гадолиний, названный в честь финского химика Юхана Гадолина, посвятившего свою жизнь изучению редкоземельных элементов, так что в названии нового элемента Сиборг продолжал следовать параллели Европий – Америций, выстроенной для элемента с номером 95. Хотя, все могло бы быть совсем не так – близость химических свойств америция и кюрия приводила к колоссальным сложностям в их разделении, и достаточно устав от этой процедуры, Сиборг или кто-то из его коллег предложил назвать парочку №95 и №96 «пандемониум» и «делириум» – («ад» и «бред» на латыни). К счастью, самообладание вернулось к ученым, и элементы с такими названиями в Периодической системе не появились.

Известно 19 изотопов кюрия, все они радиоактивны. Первый из них, 242Cm, в 1947 году был выделен в форме гидроксида и в 1951 году – в виде металла. Наиболее устойчив 247Cm, его период полураспада – около 16 миллионов лет, период полураспада 248Cm – 340 тысяч лет, а ядер 250Cm и 245Cm – девять и восемь с половиной тысячи лет соответственно. Все остальные изотопы кюрия распадаются гораздо легче, их периоды полураспада исчисляются годами или месяцами.

Несмотря на неустойчивость, кюрий находит практическое применение – либо как топливо для радиоизотопных термоэлектрических генераторов, которые используют на спутниках, космических зондах или в автономных спускаемых роверах (пока, однако, к ним можно отнести только марсоходы), либо как излучатель α-частиц для α-частичных рентгеновских спектрометров, которыми опять же чаще всего оснащают автономные аппараты для изучения космоса.

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы – это электрические генераторы, преобразующие в электроэнергию термическую энергию распада радиоактивного материала. Работает такой генератор по принципу обычной термопары – кюрий, разлагаясь, выделяет тепло, которое нагревает спаянные друг с другом проводники из различного материала, в результате чего образуется электрический ток. Правда, иногда тепло радиоактивного распада кюрия использовалось непосредственно, например, для обогрева марсоходов. Для применения в изучении космического пространства радиоактивный материал должен выделять достаточное количество тепловой энергии на единицу массы, и кюрий в этом отношении привлекательнее плутония и америция, также применяющихся в аналогичных целях.

α-Частичные рентгеновские спектрометры позволяют определять состав образца в результате анализа картины обратного рассеивания α-частиц – с помощью уравнений, составленных Эрнестом Резерфордом, можно определить массу ядра, с которым