Таблица Менделеева. Элементы уже близко

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 ХХ 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 5 килограммов, 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.

Помимо «зажигательной свечи» для ядерного реактора небольшие количества калифорния применяются в устройствах, в которых нужен поток нейтронов, из них наиболее известны датчики для разведывания нефтяных месторождений. Эти детекторы направляют поток нейтронов в исследуемый материал, в котором ядра водорода, безусловно, присутствующие в составе углеводородов нефти, замедляют поток нейтронов, то есть позволяют искать молекулы, содержащие водород, в подземных резервуарах. Нейтроны, испускаемые калифорнием, также позволяют искать серебро и золото. Метод, применяемый для поиска этих металлов, называется нейтронно-активационным анализом – область, в которой идет геологическая разведка, облучают нейтронами и расшифровывают картину γ-излучения, выделяющегося в результате взаимодействия образца с нейтронами, – характер ответного излучения индивидуален для каждого металла.

99. Эйнштейний

С первого взгляда, нет ничего странного в том, что элемент №99 называется эйнштейнием, в конце концов – Эйнштейн самый известный физик ХХ века, причем настолько, что его формулу – Е=mс² на зачёте по концепциям современного естествознания могут написать даже те студенты гуманитарных специальностей, которые не ходили на лекции и семинары (ну или почти все – в этом году я действительно повстречал чудо-студента, который на смог ответить на вопрос: «Скажите, кто составил таблицу Менделеева?»). Тем не менее слава – не единственная причина попасть в клуб «людей и элементов». Есть химические элементы, названные в честь Бора, Флёрова, Резерфорда, Кюри, Сиборга и Оганесяна (в честь двух последних элементы назвали прижизненно), но в Периодической системе нет Ньютона, Дарвина, Бутлерова, Фейнмана или Дирака.

Ключ к тому, почему в Периодической системе появилось имя Эйнштейна, лежит в том, что практически все учёные, именами которых названы химические элементы (кроме разве что одного, но об этом позже), сыграли важную роль в изучении строения атомов. Мы часто вспоминаем Эйнштейна как автора специальной и общей теорий относительности (которые у многих почему-то сливаются воедино), забывая о том, что работы Эйнштейна заложили основы квантовой теории, без которой сложно представить как современные представления о строении атома, так и теорию химической связи.

По правде говоря, про химический элемент, названный в честь Эйнштейна, нельзя сказать, что он так же знаменит, как и его «крёстный» – это один из актиноидов, как и все актиноиды, не имеющий стабильных изотопов, самый стабильный из которых, ²⁵²Es, характеризуется периодом полураспада в 472 дня, а наиболее просто получающийся, ²⁵³Es, – периодом полураспада в 20 дней. Тех небольших количеств эйнштейния, которые удалось получить, хватило, чтобы понять, что эйнштейний, как и другие актиноиды, представляет собой серебристо-белый металл.