Занимательная геохимия. Химия земли

Такими снарядами атомных размеров с очень большой энергией являются альфа-частицы, испускаемые радиоактивными веществами. Ими прежде всего и воспользовались ученые, чтобы искусственно разрушать ядро атома. Впервые это удалось сделать известному английскому физику Эрнесту Резерфорду, который, действуя в 1919 году альфа-лучами на ядра атомов азота, обнаружил, что при этом из них вылетают протоны.

Пятнадцать лет спустя, в 1934 году, молодая чета французских ученых Ирэн и Фредерик Жолио-Кюри, действуя альфа-частицами элемента полония на алюминий, обнаружили, что алюминий под действием альфа-лучей не только испускает лучи, в состав которых входят нейтроны, но и по окончании облучения альфа-частицами сохраняет в течение некоторого времени радиоактивные свойства, испуская бета-лучи.

Путем химического анализа супруги Жолио-Кюри установили, что искусственно-радиоактивным при этом является не сам алюминий, а атомы фосфора, образовавшиеся из атомов алюминия под действием альфа-частиц.

Таким образом были получены первые искусственно-радиоактивные элементы и была открыта искусственная радиоактивность. А вскоре, испробовав разные приемы для получения искусственно-радиоактивных элементов, стали действовать на ядра химических элементов вместо альфа-частиц нейтронами, гораздо легче проникающими в ядра атомов, чем альфа-частицы, которые заряжены положительно и потому при приближении к атому отталкиваются ядром.

Эти силы отталкивания у ядер атомов тяжелых химических элементов настолько велики, что энергии альфа-частиц не хватает для того, чтобы их преодолеть, и альфа-частица до ядра атома добраться не может. Нейтроны же как частицы, не несущие никакого электрического заряда, ядрами не отталкиваются и легко в них проникают. Действительно, путем воздействия нейтронов великому итальянскому физику Э. Ферми, а вслед за ним и другим ученым удалось получить искусственно-радиоактивные неустойчивые разновидности ядер атомов для всех химических элементов.

В ходе этих исследований немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом в 1939 году было обнаружено, что при воздействии нейтронами малой энергии на самый тяжелый химический элемент — уран — ядра атомов урана претерпевают новый, ранее неизвестный тип распада, при котором ядро атома делится на две приблизительно равные половинки. Эти половинки сами являются неустойчивыми разновидностями ядер атомов известных нам химических элементов, находящихся в середине таблицы Д. И. Менделеева.

Год спустя, в 1940 году, молодые советские физики К. А. Петржак и Г. Н. Флеров открыли, что деление урана происходит и самопроизвольно, то есть что в природе существует еще один вид радиоактивного распада — спонтанное (самопроизвольное) деление, которое, однако, случается еще реже, чем обычный радиоактивный распад урана.

Если путем обыкновенного радиоактивного распада половина всех наличных атомов урана распадается через четыре с половиной миллиарда лет, то путем деления атомов урана период полураспада равен 8 тысячам триллионов лет, и, следовательно, этот второй тип распада случается в два миллиона раз реже, но зато он сопровождается гораздо большим выделением энергии, чем обычный радиоактивный распад.

При спонтанном делении урана тоже происходит образование некоторых устойчивых ядер элементов, постоянно накапливающихся в природе, наряду с образованием неустойчивых и далее распадающихся ядер.

Так, если при обычном радиоактивном распаде происходит образование и постепенное накопление атомов гелия, то при новом типе радиоактивности урана происходит образование и постепенное накопление атомов ксенона или криптона.

Путем бомбардировки изотопов урана нейтронами и заряженными частицами в 1950–1957 годах удалось получить ряд новых заурановых элементов — нептуний с атомным номером 93, плутоний — 94, америций — 95, кюрий — 96, берклий — 97, калифорний — 98, эйнштейний — 99, фермий — 100, менделевий — 101 и нобелий — 102, которые нашли свое место в таблице Менделеева.

Огромная роль таблицы Менделеева в установлении природы и предсказании свойств этих элементов была подчеркнута одним из ученых, синтезировавшим элементы № 94–101, американцем Г. Сиборгом тем, что он дал элементу № 101 имя гениального русского ученого.

Но самым интересным и важным свойством деления тяжелых ядер явилось то, что этим новым типом распада атомов можно управлять по нашему желанию.

Замечательно в этом открытии то, что человеческая техника не только вызывает эти бурные реакции, освобождающие чудовищную энергию, но и может на них воздействовать, задерживать или ускорять, заменять бурные взрывы более медленным и более спокойным выделением могучей энергии. И та блестящая мысль о внутриатомной энергии, которая еще только зарождалась в конце 1890-х годов в уме Пьера Кюри, открывшего вместе со своей женой радий, мысль, которую решались высказывать на пороге нового столетия лишь немногие ученые, сейчас стала реальностью наших дней.