Сокровищница XXI века - Владислав Иванович Кузнецов

Позднее усилиями ряда ученых было определено и место тяжелого редкоземельного ряда. Первым элементом нового ряда оказался актиний (№ 89). Кроме актиния, тория, протактиния и урана, в ряд актиноидов входят трансурановые элементы. Предсказывать химическое поведение сверхэлементов, а значит, и выбирать минералы и руды, в которых их следует искать, можно было после открытия 104-го элемента, когда определилась граница антиноидного ряда.

Изучение химических свойств курчатовия подтвердило предположение, что его химические свойства совпадают со свойствами гафния. Таким образом, курчатовий уже не принадлежит к актиноидам, и второй ряд химических близнецов заканчивается элементом № 103.

Теперь можно было надежно предсказывать химические свойства очень далеких элементов. Появились таблицы Менделеева, где размещены химические элементы вплоть до № 118, в журнальных статьях обсуждается химическое поведение атомов элемента № 164! Вряд ли такой элемент будет открыт в обозримом будущем, поэтому говорить о нем пока преждевременно. Зато с большой уверенностью можно утверждать, что химические свойства 108-го должны совпадать со свойствами осмия, элемент № 114 должен быть химическим аналогом свинца: экасвинцом назвал бы его Менделеев. Весьма вероятно, что в процессе формирования земной коры и после того, как она уже образовалась, атомы экасвинца в химических превращениях сопутствовали атомам свинца, а атомы экаплатины — элемента № 110 — атомам платины. Отсюда можно сделать вывод — искать новые элементы с большими атомными номерами нужно в рудах, содержащих осмий, платину, золото, свинец.

Если существуют изотопы элемента № 114 повышенной стабильности, то, по всей вероятности, распад его ядер будет зарегистрирован в породах, содержащих свинец, или даже просто в самом свинце.

Любопытна попытка обнаружения распада сверх-ядер в свинцовых стеклах. Осколки любых ядер, делящихся самопроизвольно, скажем, изотопов урана, кюрия, калифорния, оставляют следы-треки во многих материалах. Треки очень малы — всего несколько десятков атомных диаметров тянется осколочный след. Их нельзя обнаружить оптическим микроскопом. Длина световой волны в сотню раз превосходит протяженность осколочного следа, и пытаться различить его, рассматривая в сильный оптический микроскоп, все равно, что пробовать измерять грубой линейкой отверстие размером в десяток микрон.

Следы ядер-осколков удалось наблюдать в поле зрения электронного микроскопа. Слюдяная пластинка помещалась над слоем делящихся ядер урана, а затем на предметный столик электронного микроскопа. На его экране и появлялись треки. Но так можно поступать, когда изучаются обычные ядра трансуранов. В этом случае несложно приготовить слюдяную или стеклянную пластинку с большим числом треков, так что обязательно какой-то из них попадет в поле зрения электронного микроскопа. Дело обстоит совсем по-другому, когда идет поиск редких событий, например треков сверхядер. Ожидаемая плотность следов сверхядер очень мала. Попытка найти редкие треки может быть успешной только после просмотра большой площади. Малое поле зрения электронного микроскопа привело бы к тому, что на просмотр нужных площадей потребовались бы годы.

Пришлось разработать специальную методику обнаружения следов-треков. Помогла химическая обработка. Слюду или стекло погружали в ванну со специальным раствором. В местах, где внедрялись осколки, вещество растворялось быстрее, чем в остальной части материала, и образовывались достаточно большие — размером в несколько микрон — лунки, похожие на лунные кратеры. «Кратеры» легко просматривались обычным оптическим микроскопом со скромным увеличением, а значит, и с большим полем зрения. Ведь чем увеличение меньше, тем больше поле зрения прибора.

Чтобы найти следы элемента № 114, плавиковой кислотой обрабатывались свинцовые стекла. Стекла древние, пролежавшие в музеях более сотни лет. Все это время гипотетические ядра могли распадаться и оставлять свои меты. За сто лет даже при ничтожных концентрациях спонтанно делящихся атомов накопилось бы достаточно большое число их треков. Но и здесь физиков ждала неудача. Даже в самых старых свинцовых стеклах — технология их варки была разработана в Англии всего 200 лет назад — осколочных треков сверхядер не нашлось.

Поиск нового острова стабильных элементов продолжается. Успех будет означать новый шаг в изучении атомного ядра. Полнее предстанет перед нами еще далеко не завершенная картина строения атомного ядра— для ее дополнения особенно важно синтезировать предельные ядра с максимальным числом протонов и нейтронов. Именно такие ядра, распадаясь, в своей лебединой песне могут полнее рассказать о секретах строения ядерного вещества.

Как изучение вещества в условиях предельных температур и давлений дало многое физике, так и ядра с предельными числами нейтронов и протонов помогут понять природу сил, «склеивающих» в нуклонную каплю протоны и нейтроны элементов Вселенной.

Фундаментальные исследования шире откроют путь практическим применениям ядерной физики. Пока основой ядерной энергетики служит второй трансуран — синтетический плутоний. Применяются в промышленности, медицине, приборостроении искусственные атомы кюрия, америция, калифорния. Но главное, что дадут нам атомные ядра, сделанные руками человека, — энергия.

ЭНЕРГИЯ МИРА

Слово «энергия» встречается повсюду — на страницах газет и научных журналов, на щитках электрических машин и приборов, в быту. Чтобы добывать воду, вести поезда, освещать города, необходимо затрачивать энергию. Потребление энергии человеком растет быстрее, чем горная лавина, — за последние 50 лет люди израсходовали ее больше, чем за всю свою предыдущую историю.

К 2000 году, по некоторым расчетам, население Земли должно удвоиться — достигнуть 7 миллиардов человек. И чтобы обеспечить этих новых людей всем необходимым, нужны дополнительные источники энергии.

Альберт Эйнштейн в начале нашего века открыл закон, согласно которому масса вещества М эквивалентна энергии Е(Е = Мс2). В этой знаменитой формуле с2 — постоянная величина — квадрат скорости света. Если один грамм массы полностью переходит в энергию, то должно выделиться 25 миллионов киловатт-часов. Столько же энергии получается, если в топках сжечь целый эшелон каменного угля.

Однако не так просто освободить скованную веществом энергию, пустить ее в дело.

Во всех химических превращениях, которыми пользуется человек, чтобы добыть энергию, и которые с ее выделением протекают в природных условиях, только очень малая доля вещества преобразуется в энергию.

Допустим, в топке парового котла сгорел килограмм нефти. Сложные молекулы углеводородов превратились в углекислый газ и воду и связали 1700 граммов кислорода: нефть + кислород = вода + углекислота + энергия. Вес продуктов сгорания, воды и углекислоты будет меньше веса исходного вещества (нефти и кислорода), потому что часть массы перешла в энергию. Но убыли не отметят даже точнейшие весы, — меньше миллионной доли грамма из 2700 граммов трансформировалось в энергию.

Потому-то на практике изменение массы вещества в химических реакциях никогда не учитывают.

«Зола» одного килограмма урана, сгоревшего в ядер-ном реакторе, весит 999 граммов. В энергию уже переходит ощутимое количество — миллиардные доли