Петр Образцов - Мир, созданный химиками. От философского камня до графена

Одна из двух дочерей Марии и Пьера Кюри, Ирен, пошла по стопам матери и вместе со своим мужем, Фредериком Жолио-Кюри, также получила Нобелевскую премию за исследования радиоактивности. Ирен и Фредерик, как и великая мадам Кюри, умерли от последствий лучевой болезни: Ирен — в возрасте 59 лет, Фредерик — в возрасте 58 лет. Оба супруга работали и с радием, и с полонием, причем однажды Ирен по неосторожности пролила раствор соли полония себе на руки. Можно сказать, что Ирен Жолио-Кюри — первая в мире жертва отравления полонием.

Сейчас полоний в микроколичествах получают из урановой руды, а в граммовых количествах — в ядерных реакциях с участием висмута. Все изотопы полония радиоактивны, изотоп Ро-210 используется для лабораторного получения нейтронов. Изотоп является источником излучения альфа-частиц, которое можно преобразовать в электрический ток, поэтому на основе Ро-210 изготавливают батарейки сравнительно длительного срока службы для космических аппаратов — период полураспада этого изотопа составляет 138 дней. (Напомним, что период полураспада — время, за которое распадается лишь половина радиоактивного вещества. Об этом почему-то часто забывают, а ведь полный распад элемента происходит за время 5–6 полупериодов. Так, наибольшую опасность для человека после Чернобыльской аварии представляют изотопы цезия-137 и стронция-90 с периодом полураспада около 30 лет, и это означает, что опасность исчезнет только лет через 150 (5 × 30).

Полоний и его соли являются чрезвычайно ядовитыми веществами. После введения полония в организм человека резко изменяется состав крови, катастрофически нарушается деятельность печени и почек. Известно, что радиоактивное облучение может привести и к онкологическим заболеваниям, а может и подавлять рост злокачественных опухолей. Все зависит от мощности излучения, точности в выборе мишени и так далее, но полоний, в отличие от кобальта-60, медицинского применения пока не нашел. Зато случаи предумышленного отравления полонием известны.

Мария Склодовская-Кюри умерла от рака крови в 1934 году, в возрасте 68 лет. Она не просто работала с радиоактивными препаратами, но даже носила на груди ампулу с раствором соли радия. Впрочем, это последнее скорее всего легенда, но вот что известно совершенно точно: страницы рабочего блокнота с записями Марии Склодовской-Кюри об открытии полония и радия до сих пор, через сто с лишним лет, проявляют заметную радиоактивность. В честь Кюри названа внесистемная единица кюри (Ки), соответствующая радиоактивности 1 грамма радия — это бешеная активность. Для биологических исследований с помощью «меченых атомов» используют препараты, активность которых составляет тысячные доли Ки. Метод «меченых атомов», использование химических соединений, в которых какой-либо элемент заменен на его радиоактивный изотоп, позволяет установить, например, в каком именно органе человеческого тела концентрируется данное соединение, то есть где сидит рак. А на измерении содержания изотопа углерода-14 в органических артефактах прошлого основан метод радиоуглеродного датирования.

Метод радиоуглеродного датирования основан на следующем физико-химическом принципе: элемент углерод имеет три изотопа — стабильный углерод-12 в количестве почти 99 % от общего содержания изотопов, примерно 1 % углерода-13 и 10–10 % радиоактивного изотопа углерод-14. Этот изотоп образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей на атмосферный азот и имеет период полураспада 5750 лет.

Соотношение углерода-12 и углерода-14 в атмосфере и в биосфере (в живых организмах) примерно одинаково из-за активного перемешивания и участия всех живых организмов в углеродном обмене. Круговорот углерода в природе связан с усвоением углеродсодержащей пищи животными, а также гниением и выделением при этом углекислого газа, а он в процессе фотосинтеза поглощается растениями, которые в конце концов и поедаются животными. Особенно вкусные части растений (да и животных) поедает человек.

Но после смерти живого организма углеродный обмен прекращается. Стабильный углерод-12 как был, так и остается в мертвой плоти, а вот радиоактивный углерод распадается, то есть с каждым годом его становится все меньше и меньше, а соотношение углерод-12 / углерод-14 непрерывно возрастает. Это соотношение можно измерить, причем очень простыми методами, хоть тем же дозиметром, а затем сравнить с современной величиной соотношения. Поскольку период полураспада углерода-14 известен, можно легко рассчитать, сколько прошло времени после того, как древний грек срубил эту оливу и изготовил из нее деревянную ложку, которая чудом не сгнила и была найдена в археологическом раскопе. Или выяснить, когда именно убили «альпийского человека» Этци, мумия которого была вморожена в альпийский лед и тоже отлично сохранилась.

За разработку радиоуглеродного метода Уиллард Либби получил в 1960 году Нобелевскую премию. Сейчас мы можем определять возраст образца до 60 тысяч лет, то есть до десяти времен полураспада углерода-14, содержание которого за это время уменьшилось в тысячу раз. Самым знаменитым и самым оспариваемым примером применения радиоуглеродной датировки является установление возраста Туринской плащаницы, в которую по легенде был завернут Иисус Христос после смерти на кресте. В трех независимых лабораториях слепым методом было установлено, что плащаница изготовлена в XIII веке и не имеет никакого отношения к Иисусу Христу.

Однако этот вывод оспаривают многие верующие в плащаницу и Иисуса Христа, причем они имеют для этого некоторые основания: у радиоуглеродной датировки, как и любого другого научного метода анализа, имеются недостатки. Хотя правильнее их было бы называть проблемами. А дело вот в чем: очень непросто правильно отобрать образец для анализа. Та же плащаница за долгие годы хранения могла быть засорена другим органическим материалом, она горела в пожаре XVI века, а он мог «омолодить» волокна ткани. Однако независимые лаборатории использовали не саму ткань, а извлеченную из нее неповрежденную целлюлозу, молекулы которой ничем не изменишь. Так что выводы о XIII веке, похоже, неопровержимы.

Кстати, о древних плащаницах. Не так давно в иерусалимском захоронении нашли похоронный саван, предположительно I века нашей эры. На Святой Земле уже неоднократно находили остатки саванов, в которые заворачивали умерших в I веке, однако в самом Иерусалиме это произошло впервые. Саван хорошо сохранился, потому что погребальная камера в пещере, где находились завернутые в саван останки, была тщательно запечатана известковым раствором. Это сразу дало возможность археологам заподозрить, что умерший страдал какой-то заразной болезнью, вероятно, туберкулезом.