Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

С этого письма можно отсчитывать начало гонки, направленной на создание значительных количеств плутония, чтобы снабдить Манхэттенский инженерный округ военно-инженерных войск США (мы более знакомы с названием «Манхэттенский проект») достаточным количеством плутония для создания атомной бомбы. Всем известно классическое изображение грибовидного облака ядерного взрыва — символа того, какой разрушительной силой обладает атомное оружие. Плутоний, наработанный во время работы Манхэттенского проекта был использован. Металлической плутониевой сферой с диаметром 10 сантиметров и массой 8 кг была оснащена атомная бомба «Толстяк», которая 9 августа 1945 года была сброшена на Нагасаки.

Если подумать, название элементу досталось мрачное. Сиборг с коллегами предполагал, что плутоний — последний элемент в Периодической системе, и под стать этому предположению предлагал названия — ультимий, экстремий. Однако элемент назвали «плутоний» в честь последней (по представлениям, бытовавшим в те времена) планеты Солнечной системы. Первоначально Сиборг предложил назвать новый элемент «плутием», однако позже решил, что название «плутоний» звучит лучше. Плутон же был назван в честь Плутона-Аида — римского-греческого бога, заведовавшего царством мёртвых.

Однако, если отвлечься от применения плутония в военном деле (в конце концов, наверное, ни один химический элемент нельзя назвать «пацифистом», и вообще, дело не в химических элементах, а людях, которые их используют), плутоний может похвастаться одними из самых интересных химических свойств. При атмосферном давлении существует шесть аллотропных модификаций, каждая из которых устойчива в определённом температурном интервале и ведет себя по-своему. Так, при комнатной температуре плутоний очень хрупкий, но при нагревании до 100 °C превращается в более пластичную и ковкую форму. Пластичность и ковкость плутония можно увеличить, сплавив его с небольшим количество галлия — на практике этим способом и пользуются для того, чтобы с плутонием было проще работать.

Смешение плутония с другими металлами также приводит к получению материалов с интересными свойствами. Так, интерметаллическое соединение плутония с кобальтом и галлием (PuGaCo 5) при температуре 18.5 К и ниже ведет себя как сверхпроводник, но, увы, не проявляет эти свойства в течение длительного времени — плутоний распадается с образованием урана, островки образовавшегося урана меняют электронную конфигурацию материала, и, поскольку сверхпроводимость сильно зависит от электронного строения, эффект постепенно исчезает. В каком-то смысле плутоний является врагом самому себе, а его радиоактивность не дает в полной мере раскрыть все богатство его химических свойств.

Однако, несмотря на репутацию, некоторые люди носили плутоний в сердце, причем не в переносном, а в самом что ни на есть прямом смысле. Дело в том, что нуклид 238Pu при радиоактивном распаде выделяет столь значительное количество тепла, что его применяли как источник энергии для служивших чрезвычайно долго термоэлектрических генераторов, обеспечивавших работу ранних кардиостимуляторов. Сейчас в распоряжении кардиохирургов есть более эффективные и более безопасные источники энергии, но плутониевые термоэлектрические генераторы все еще популярны среди ученых и инженеров космических аппаратов. Это позволило сблизить Плутон с плутонием — аппарат «Новые горизонты», детально изучивший в 2015 году Плутон, использует энергию плутониевого радиоизотопного термоэлектрического генератора. Заметим, плутоний стал появляться в космосе не благодаря человеку — изучение космического пространства показало, что есть и нерукотворные источники плутония — он образуется в процессах взрывов сверхновых звезд, но, поскольку период полураспада самого стабильного нуклида плутония — 242Pu, 376 тысяч лет, Земля и Солнечная система, возраст которых составляет примерно 4.5 миллиарда лет, могут похвастаться только рукотворным плутонием.

95. Америций

Периодическая система — занятная вещь. Она позволяет не только предсказывать химические и физические свойства элементов и их соединений, но и искать в ней интересные совпадения, которые зачастую оказываются не совпадениями. Одно из таких совпадений, на которое, может быть, кто-то из читателей и обращал внимание, таково — в Периодической системе аккурат под лантаноидом № 63 с названием «европий» находится актиноид № 95 — америций — Старый свет и Новый свет и здесь стоят друг напротив друга.

Америций не существовал, пока Глен Сиборг с коллегами не получил его в 1944 году, работая над Манхэттенским проектом. Сиборг даже запатентовал элемент № 95 и способ получения ( патент US3156523A ), так что америций стал первым химическим элементом, который какое-то время защищался патентным законодательством США. Всего Сиборг участвовал в получении десяти искусственных элементов, но почему-то запатентовал только два из них № 95 и № 96.

Ещё один интересный момент из истории америция — америций и кюрий были первыми элементами, об открытии которых учёный сообщил не в письмах коллегам и не в журнале с высоким рейтингом, а в прямом радиоэфире. В 1945 году радиокомпания NBC пригласила Глена Сиборга принять участие в радиопрограмме «Юный всезнайка» (Quiz Kids), и во время эфира Сиборга спросили, не получил ли он новые элементы кроме плутония и нептуния. Поскольку Сиборг все равно планировал официально объявить об америции через пять дней на заседании Американского химического общества, он решил опередить события и рассказал 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 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, большая 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 °C.