Книга Таблица Менделеева. Элементы уже близко - Аркадий Искандерович Курамшин

class="p1">Хотя долгоживущий нептуний впервые был обнаружен только в отработанном топливе ядерных реакторов, этот элемент может в незначительных количествах образовываться и в земной коре в процессах, аналогичных протекающим в реакторах, – уран 238U захватывает нейтрон, образовавшийся при распаде другого атома урана, превращается в 239U, который затем за счет β-распада переходит в 239Np, однако основной вклад в образование нептуния вокруг нас вносят другие процессы, и мы гипотетически можем обнаружить нептуний в офисе или даже дома.

Многие датчики задымления, которые в обязательном порядке должны монтироваться в присутственных местах, а по желанию и в жилых помещениях, для ионизации воздуха в рабочей камере детектора используют α-частицы, образующиеся при распаде америция 241Am, в результате которого этот элемент медленно превращается в нептуний. Правда, период полураспада 241Am составляет 432 года, и за время эксплуатации детектора нептуний образуется в крайне незначительных количествах.

Практических применений нептуния очень мало – получение плутония и устройства для детектирования нейтронов с высокой энергией. Ежегодно в качестве побочных продуктов работы атомных электростанций образуется более 50 тонн нептуния, часть из которых превращают в плутоний. Обычно с отходами ядерной энергетики обращаются с той же предосторожностью, что и с сырьем для производства горючего для атомных электростанций и ядерного оружия.

94. Плутоний

Гленн Теодор Сиборг открыл, а точнее получил плутоний в декабре 1940 года в Беркли. Весной 1941 года, когда Сиборг установил, что этот элемент в состоянии поддерживать цепную реакцию деления, он написал секретное письмо президенту США Рузвельту, в котором информировал его о возможности применения нового элемента для создания мощного источника энергии.

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°С 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 (PuGaCo5) 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 его 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