Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

изотопы многих элементов, расположенных в середине периодической системы. В «осколках» деления можно обнаружить изотопы элементов с порядковыми номерами от 30 (цинк) до 63 (европий). Изотопы других элементов получаются при так называемых реакциях расщепления урана. «Снарядами» в этом случае служат протоны высоких энергий, разогнанные до больших скоростей на ускорителях.

Реактор с мощностью в 1000 киловатт ежесуточно дает около полутора граммов различных осколков деления.

Помимо радиоактивных изотопов, при работе ядерного реактора выделяется громадное количество тепла. В самом деле, известно, что кинетическая энергия разлетающихся осколков деления близка к 3,2·10–4 эрг. При делении грамма урана, 2,5·1021 ядер 23592U, выделяется энергия, равная 8·1017 эрг, или 22 тысячам киловатт-часов. Поэтому работающий реактор необходимо охлаждать, а воду можно использовать в паровых электрических турбинах. Таким образом, одновременно с производством радиоактивных изотопов ядерный реактор автоматически может служить атомной электростанцией. Конечно, это его главное назначение.

Чудесная «фабрика» не только дает нам радиоактивные изотопы, необходимые в различных областях науки и техники, не только предоставляет возможность получать электроэнергию, но и вдобавок ко всему… обеспечивает себя топливом!

При взаимодействии изотопа урана-238 с нейтронами образуется нестабильный изотоп урана с массовым числом 239. Этот изотоп путем последовательного испускания двух бета-частиц превращается в элемент № 94, плутоний, который обладает довольно большим периодом полураспада, равным 24 тысячам лет.

Плутоний по способности к процессам деления очень сходен с ураном и может быть использован в виде «горючего» вместо мало распространенного изотопа урана-235. Реактор мощностью в 1000 киловатт при делении одного грамма урана может дать ежесуточно около 2 граммов плутония, то есть с лихвой возместить потери урана-235. Такие реакторы, работающие по принципу воспроизводства ядерного горючего, получили название бриддеров, или размножителей.

Несомненно, у ядерных реакторов, выделяющих громадные количества тепла, позволяющих получать радиоактивные изотопы и воспроизводящих ядерное горючее, большая будущность в мирном использовании атомной энергии.

Век искусственных элементов

В 1937 году в циклотроне Калифорнийского университета родились первые атомы элемента, никогда и никем ранее не обнаруженного в природе. Это событие открыло век искусственных элементов. Но в те дни оно привлекло к себе внимание лишь узкого круга ученых.

Авторы открытия — итальянцы Перье, Сегре и Каккьянуоти — работали в небольшом университетском городке Беркли, в Соединенных Штатах. В циклотроне в течение нескольких месяцев облучалась ядрами тяжелого водорода небольшая молибденовая пластинка. С ней было выполнено несколько тщательных опытов. Ученые надеялись обнаружить какой-нибудь новый радиоактивный изотоп. Их надежды оправдались. Счетчик зафиксировал распад неизвестных изотопов. Со всей возможной быстротой они были переведены в раствор и подвергнуты пристальному изучению. Скоро выяснилось, что изотопы принадлежат новому, не встречающемуся в природе элементу.

Рожденный в солнечной Калифорнии, первый искусственный элемент оказался настоящим южанином. Его атомы излучали горячее радиоактивное дыхание. Это было своеобразным предупреждением о грозных силах, скрытых внутри атомного ядра.

Новый элемент быстро распадался, и потребовалась действительно виртуозная техника, чтобы провести точные радиохимические опыты. По свойствам первый искусственный элемент напоминал рений и марганец. И так как он образовался при облучении атомов молибдена с зарядом ядра, равным 42 ядрам тяжелого водорода с одним положительным зарядом, не оставалось сомнений, что, наконец, получен элемент № 43 — неуловимый экамарганец Менделеева.

В ближайшие три года удалось получить три других не встречающихся в природе элемента: № 61 — в 1937, № 87 — в 1939 и № 85 — в 1940 году. В результате в периодической системе между водородом и ураном исчезли все свободные места.

Но этому краткому периоду успешных синтезов предшествовали почти 70 лет кропотливых исследований и разочарований, часто неожиданных.

«Эльдорадо» исчезнувших элементов

1869 год. Молодой Менделеев, только что открывший периодический закон, предсказывал, что химики скоро обнаружат в природных материалах новые элементы. Через несколько лет француз Буабодран, швед Нильсон и немец Винклер открыли экаалюминий, экабор и экакремний Менделеева. Еще каких-нибудь 12 лет — и в периодической таблице удачно разместились инертные газы, а к 1921 году нашло свое постоянное место редкоземельное семейство.

Периодическая система, раньше пестревшая белыми клетками неизвестных элементов, превратилась в строгий прямоугольник химических символов, логическая непрерывность которого отражала основной закон неорганической природы. Между тем в ней в 1925 году все еще можно было отыскать четыре свободных места.

Незанятые клетки таблицы привлекали к себе внимание химиков всех стран и континентов. Заявки на новые элементы следовали одна за другой. Каждый спешил обеспечить себе желанный приоритет. Но проходило несколько лет, и сообщения оказывались опровергнутыми. Постоянная смена кратковременных удач и неожиданных разочарований была как горячая пора золотой лихорадки в новеллах Джека Лондона.

В 1925 году немецкие химики Ида Таккэ, Вальтер Ноддак и Отто Берг сообщили, что обнаружены элементы № 43 и 75. Открытие было результатом долгих кропотливых поисков. После нескольких лет непрерывной работы удалось выделить из минерала колумбита элемент № 75 — рений и, казалось, обнаружить в платиновых рудах примеси элемента № 43 (мазурий). 5 сентября 1925 года Ида Таккэ прочла в Немецком химическом обществе в Нюрнберге первую лекцию о новых элементах.

В том же 1925 году чех Гейровский подозревает, что элементы № 43 и 75 содержатся в солях марганца.

В следующем году американец Смит Хопкинз опубликовывает результаты шестилетних поисков элемента № 61. Хопкинз считал, что ему удалось, наконец, обнаружить неуловимый редкоземельный элемент в виде примеси к чистейшим солям неодима и самария.

Одновременно об открытии шестьдесят первого элемента сообщил профессор Нью-Хемпширского университета Чарлз Джеймз.

Но права на этот элемент предъявил также Луиджи Ролла из Королевского университета во Флоренции. Выяснилось, что элемент № 61 обнаружен им еще в июне 1924 года и назван флоренцием, а сообщение об открытии уже два года хранилось во Флорентийской академии наук.

Тогда же чех Друце и англичанин Лоринг впервые упоминают об элементе № 87.

Между 1929 и 1932 годами американец Фрэд Элисон с помощью только что разработанного им магнитооптического анализа (метод впоследствии оказался неправильным в основе) «открывает» элемент № 87 (вирджиний) и 85 (алабамий) в литиевых и цезиевых минералах.

В 1931 году профессора Корнельского университета Джекоб Пэпиш и Юджин Вейнер как будто бы обнаруживают элемент № 87 в минерале самарките, а Густав Аортоваара из Хельсинкского университета — в финском полевом шпате.

Наконец, румын Хориа Холубей сообщает об открытии элемента № 87 — Молдавия — в минерале поллюците.

Но ни одно из этих сообщений никогда не было подтверждено. А затем оказалось, что даже самые тщательные поиски были заранее обречены на неудачу.

Объяснение пришло после работ немецкого физика Маттауха. Изучая устойчивость различных изотопов, он