Как были открыты химические элементы - Дмитрий Николаевич Трифонов

синтеза (1940) и дате обнаружения в природе (1943).

Но к тому времени, когда Э. Сегре и его коллеги готовились приступить к облучению мишени из висмута α-частицами, прошло уже больше года, как научный мир узнал об открытии экацезия. В «Докладах Парижской Академии наук» помеченная датой 9 января 1939 г. появилась статья под названием: «Элемент 87: АсK, производящийся от актиния». Ее автором была Маргарита Перей, сотрудница маститого радиохимика А. Дебьерна, который четырьмя десятилетиями раньше заявил об открытии актиния.

Она не изобретала никаких принципиально новых методов и не строила туманных и глубокомысленных умозаключений относительно возможных источников экацезия в природе. В 1938 г. ей попала в руки статья 1914 г. Под статьей стояли фамилии венских химиков С. Мейера, Г. Гесса и Ф. Панета. И М. Перей задалась целью доказать их правоту. В ее руках тщательно очищенный образец изотопа актиний-227. Он интенсивно испускает электроны, но в этом электронном потоке нет-нет да и промелькнут α-частицы. Каждая такая частица пробегает в воздухе 3,5 см. И протактиний здесь ни при чем: исследовательница позаботилась о чистоте препарата актиния. Коль скоро испускаются α-частицы, то в препарате этом должен постоянно накапливаться изотоп экацезия с массовым числом 223. Эксперименты следуют один за другим. Да, вне всякого сомнения, в актиниевом образце действительно накапливается нечто, и это нечто имеет период полураспада, равный 21 мин. Теперь химические реактивы должны подтвердить, что нечто — новый элемент. Выясняется, что свойства подобны свойствам цезия.

М. Перей назвала новорожденный элемент в честь своей родины. Он стал называться францием. Лишь в течение короткого времени его именовали актинием K (АсK), и то была дань старой терминологии, применяющейся для обозначения радиоэлементов.

Первая характеристика, которую составила М. Перей на новорожденный элемент, была предельно краткой: образуется при α-распаде актиния-227:

испускает α-частицы с периодом полураспада около 21 мин. Затем в течение нескольких месяцев М. Перей изучала химическую природу франция, и ей удалось убедительно показать, что он во всем похож на цезий.

Ни один из естественных радиоактивных элементов не имеет столь малой продолжительности жизни; даже долговечность восемьдесят пятого, искусственно полученного, все же измеряется часами. Можно было надеяться на лучшее: вдруг удастся обнаружить природные изотопы франция с бóльшими периодами полураспада. Но франций-223 фактически оказался единственным изотопом элемента, существующим на Земле.

В таком случае приходилось рассчитывать лишь на синтез. Но этот путь был очень трудным. Лишь спустя более десятка лет после успеха М. Перей ученые освоили методы искусственного получения изотопов франция. Вот сокращенная запись ядерной реакции образования изотопа франция с массовым числом 212:

Этот метод называется расщеплением ядер урана быстрыми протонами, разогнанными на ускорителе до очень больших скоростей. Ударяя в урановое ядро, такой высокоэнергичный протон производит в нем своеобразный взрыв, в результате которого выбрасывается целый сонм частиц — шесть протонов и двадцать один нейтрон. Конечно, такая реакция осуществляется не вслепую, а основана на тщательных теоретических расчетах. Вместо урана может быть использован и торий. Продукт этой реакции — франций-212 — одно время считался самым долгоживущим изотопом (с T½=23 мин), но впоследствии это значение уточнили, и оно оказалось равным 19 мин.

Получить франций искусственно — путь гораздо более сложный и менее надежный, чем извлечение элемента в качестве продукта распада природного актиния. Но ведь актиний тоже редко встречается в природе. Как же быть? В наши дни ученые облучают основной изотоп радия с массовым числом 226 (с Т½=1622 года) быстрыми нейтронами. Поглотив нейтрон, 226Ra превращается в 227Ra, живущий около 40 мин. В ходе его распада накапливается чистый актиний-227, в результате α-распада которого образуется франций-223.

Символы At и Fr навсегда утвердились соответственно, в 85-й и 87-й клетках периодической системы Д. И. Менделеева, и свойства их оказались в точности такими, какие можно было предположить на основе таблицы элементов. Но по сравнению со своими нестабильными собратьями, рожденными волей ядерной физики, технецием и прометием, они явно находятся в проигрышном положении.

Приблизительный подсчет показывает, что в двадцатикилометровой толще земной коры содержится примерно 520 г франция и 30 г астата (это ориентировочная и кое в чем завышенная оценка). И все же количества эти одного порядка с земными «запасами» (кавычки здесь более чем уместны) технеция и прометия. Может, мы напрасно «обижаем» астат и франций? Нисколько! Ведь сорок третий и шестьдесят первый элементы производят в промышленных масштабах, и килограммы тут отнюдь не самая большая единица измерения. Дело заключается в том, что Tc и Pm имеют несравненно большие периоды полураспада. Эти синтезированные элементы можно поэтому накапливать в больших количествах. В то же время ни о каком накоплении астата и франция не может быть и речи. Фактически, когда возникает необходимость изучения их свойств, то каждый раз эти элементы приходится получать заново.

В радиоактивных семействах изотопы астата и франция располагаются не на главных, магистральных направлениях превращений, а на боковых ответвлениях. Эти разветвления распадов называются радиоактивными вилками. Вот вилка, благодаря которой образуется природный франций:

Изотоп

в 99 случаях из 100 предпочитает испускать β-частицы и лишь в одном случае испытывает α-распад.

Еще менее утешительную картину можно наблюдать для вилок, ответственных за образование астата:

О чем рассказывают эти вилки? Генераторы природного астата (изотопы полония) сами по себе чрезвычайно редкие. Распад с испусканием α-частицы для них является не то чтобы преобладающим, но практически единственным. Что же касается β-распадов, то они выглядят прямо-таки недоразумением, как об этом красноречиво говорят соответствующие значения.

На 5000 α-распадов полония-218 приходится лишь один случай β-распада. Еще печальнее обстоит дело для полония-216 (1 на 7000) и полония-215 (1 на 200 000). Тут уж, как принято говорить, комментарии излишни. Франция все же больше в земной коре. Природным поставщиком его является наиболее долгоживущий изотоп актиния 227Ас (T½=21 год); его, конечно, гораздо больше, чем уникально редких изотопов полония, способных производить астат.

ГЛАВА XIII.

ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Этот термин обозначает совокупность элементов с порядковыми номерами, большими 92 (элементов, которые непосредственно следуют за ураном). Ныне их известно 15. А сколько еще трансуранов предстоит узнать ученым? На этот вопрос пока нельзя дать ответа. Здесь скрывается одна из удивительных загадок науки.

Хотя день рождения первого трансуранового элемента нептуния (Z=93) относится к 1940 г. и не так уж отдален от