Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

Большая часть кюрия, которая в наше время содержится в окружающей среде — результаты воздушных испытаний атомного оружия, запрещённых в семи странами в 1980-х годах. Более точечные участки загрязнения кюрием — наглядное свидетельство внештатных ситуаций на заводах по производству ядерного оружия или проблем при его хранении/транспортировке. Опасность кюрия в том, что он концентрируется в костном мозге и, благодаря высокой активности α-излучения может стать причиной онкологических заболеваний.

97. Берклий

Элемент № 97 Периодической системы — берклий, один из двух элементов, названный в честь городов, известных благодаря своим университетам (второй, элемент № 110 — дармштадтий, но о нем речь пойдет позже). Берклий назван в честь города Беркли, в котором расположен один из Университетов Калифорнии. Университет, который часто называют просто «Университет Беркли» (в нем Глен Сиборг прошел путь от постдока до ректора) стал для города, как это говорится сейчас, градообразующим предприятием, и история города немыслима без истории университета. Город же, где он расположен, был назван в честь ирландского философа епископа Джорджа Беркли. Университет Калифорнии в Беркли принял первых студентов в 1869, — именно в том году, в котором Менделеев впервые сформулировал Периодический закон.

Берклий был получен в 1949 году в Национальной лаборатории имени Лоуренса Гленом Сиборгом, Стэном Томсоном и Альбертом Гиорсо. Пять лет, которые прошли между синтезом кюрия и последовавшим за ним синтезом берклия были, если так можно сказать, потрачены учеными на получение достаточных количеств америция — первый образец берклия был получен с помощью бомбардировки мишени из 241Am α-частицами. Период полураспада первых ядер берклия — 243Bk, составлял четыре с половиной часа, позднее был получен нуклид 249Bk с периодом полураспада 314 дней. Название, которое Сиборг с коллегами дал элементу № 97, продолжало взятый им курс на синхронизацию повода для названий лантаноида и аналогичного ему актиноида: — европий-америций, гадолиний-кюрий. Элемент № 65, до определённой степени аналогом которого является берклий — тербий, назван в честь Иттербю, города, в руде, обнаруженный рядом с которым, были найдены почти все редкоземельные элементы, ну а берклий назвали в честь славного своим университетом города Беркли, где элемент № 97 впервые увидел свет.

С помощью метода рентгеновской дифракции были изучены такие соединения берклия, как его диоксид (BkO 2), трифторид (BkF 3) и оксихлорид (BkOCl). В своих соединениях берклий принимает степень окисления +3 и +4 (тербий ведёт себя точно также) Легкость образования соединений со степенью окисления +4 позволила легко отделить соединения берклия от соединений других актиноидов, это было проще, чем разделение америция и кюрия. В 1962 году было получено такое количество берклия, которое при хорошем зрении можно было наблюдать невооружённым глазом — 3 микрограмма, из которого и был получен чистый металлический берклий, который, впрочем, ожидаемо, выглядел как обычный металл серебристо-серого цвета.

Как и другие актиноиды, берклий и хемотоксичен, и опасен за счет излучения. Этот элемент не нашёл себе областей применения кроме исключительно исследовательских целей. Однако, синтез берклия был важным шагом на пути к созданию других сверхтяжелых элементов, позволил разработать новые теории в ядерной физике, ну и еще раз подтвердил высокую предсказательную способность Периодического закона.

98. Калифорний

Хотя вполне логично предположить, что элемент, полученный в Университете Калифорнии в Беркли назван калифорнием в честь штата, в котором он был впервые получен, надо сказать, что для Глена Сиборга и его коллег придумать имя этому элементу оказалось непростым делом — Сиборг пытался играть в «химический кроссворд» и подбирал названия синтезированным актиноидам так, чтобы название актиноида смысловой нагрузке, вложенный в название его аналога-лантаноида: европий-америций, гадолиний-кюрий, тербий-берклий.

Однако, в 1950 году, когда дело дошло до того, чтобы дать название элементу № 98, система дала сбой. Эквивалентом будущего калифорния среди лантаноидов был диспрозий, получивший название благодаря сложности в получении и выделении: «диспрозитос» — трудно найти. Сиборг с коллегами решили исходить от слова «получить», и попытались рассмотреть все варианты, связанные с получением. Предлагались варианты «циклотроний», циклоний» — по названию устройства, в котором был получен элемент № 98, радлабиум — уже по названию подразделения Университета Калифорнии в Беркли, в котором был осуществлен синтез (радиационная лаборатория). В конечном итоге произошёл интересны разворот мысли — Сиборг напомнил, что за столетие до получения элемента № 98 людьми, занимавшимися поисками другого химического элемента было трудно найти безопасный путь до Калифорнии (имелась в виду калифорнийская золотая лихорадка 1848–50 годов), и элемент назвали калифорнием.

Первый нуклид калифорния, который был синтезирован — 245Cf, его период полураспада составлял всего 44 минуты, для получения этого нуклида мишень из кюрия облучали α-частицами в циклотроне — одном из первых типов ускорителей частиц. Циклотроны используются и в наше время, но уже не для решения научных задач, а для получения радиоизотопов, применяющихся в ядерной медицине — радиодиагностике и радиотерапии. В циклотроне частица, которая движется в постоянном магнитном поле, ускоряется переменным высокочастотным электрическим полем, которое заставляет частицу двигаться в круговой камере циклотрона по спирали до столкновения с мишенью. В эксперименте Сиборга столкновение α-частицы с кюриевой мишенью давало атом калифорния и нейтрон.

Калифорний образует около двадцати изотопов (большая часть распадается за минуты и менее), самый устойчивый из которых 250Cf, его период полураспада 898 лет. Эту разновидность калифорния получают, бомбардируя берклий 249Bk нейтронами — образующийся при этом 250Bk испускает β-частицу и превращается в калифорний. Хотя на Земле калифорний можно получить только с помощью «трансмутации XX века» — ядерных реакций, следы этого элемента наблюдаются в космосе как один из множества продуктов, образующихся в результате взрывов сверхновых.

Калифорний является отличным эмиттером нейтронов, что позволяет использовать его для запуска ядерных реакторов, в которых поток нейтронов начинает распад ядерного горючего. Какое-то время предполагалось, что калифорний может стать материалом для ядерного оружия — для 251Cf критическая масса (минимальная масса, при которой начинается цепная ядерная реакция, приводящая к взрыву) составляет пять килограмм, что вдвое меньше критической массы плутония. К счастью, сложности и высокая стоимость получения калифорния избавили нас от перспективы появления ещё и такого оружия массового поражения — цена 1 грамма 252Cf составляет около 250 миллионов долларов, ежегодно получают 20–40 микрограммов, а общий мировой запас этого металла не превышает 8 граммов.