Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

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 современно 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 который 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 ли, кто его из 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 девятнадцать 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 тысяч 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 столкнулась α-частица, таким образом, выявив ядра, входящие в состав анализируемой пробы. Рентгеновские спектрометры такого типа давно используются в космосе — от полетов совершивших мягкую посадку на Луну аппаратов Сервейер (α-частичные рентгеновские спектрометры были смонтированы на аппаратах № 5–7 этой серии и изучали состав лунного грунта) до современных марсоходов и космической миссии Розетта, спускаемый аппарат которой — Филы, 12 ноября 2014 года совершил посадку на комету 67P/Чурюмова — Герасименко.