От водорода до …? - Таубе Петр Рейнгольдович - Страница 57

57

Замечательно, что для прометия, так пока и не обнаруженного на Земле, «создано» большое число (14) радиоизотопов, хотя большинство из них недолговечны. Однако изотоп прометия с массовым числом 147 является сравнительно «долгоживущим» (период полураспада 2,7 года) радиоактивным ОВ, образующимся при взрыве атомной бомбы. Любопытно, что этот радиоизотоп сулит стать в практическом отношении одним из наиболее перспективных радиоизотопов всей лантанидной группы элементов.

В атомной батарейке на прометии энергия бета-распада радиоизотопа превращается сначала в световую, а затем в электрическую. Источником света в такой батарейке является тонко измельченная смесь фосфора с окисью прометия-147 (количество последней не превышает 7 мг). Энергия бета-частиц, воспринимаясь фосфором, превращается в энергию инфракрасного излучения, которое, улавливаясь кремниевым фотоэлементом, превращается в электрический ток. Мощность такой прометиевой батарейки достигает 20 мкв при напряжении около одного вольта.

Внешне батарейка имеет вид диска, не превышающего размерами шляпку … канцелярской кнопки! Исключительная миниатюрность батарейки, безотказность ее работы на протяжении ряда лет (до 5), независимость от внешних факторов (температура, давление и т. д.) безгранично расширяют область практического применения прометиевых батарей. Портативные приемники и многообразная аппаратура, начиная с управляемых на расстоянии тяжелых механизмов и кончая миниатюрными слуховыми «трубками» для тугоухих, — вот диапазон, в котором находит применение атомная батарейка на прометии-147.

Естественный прометий в природе не найден! И тем не менее блестящие успехи ядерной физики вновь ставят на повестку дня вопрос о нахождении его в природе.

Теория показывает, что в результате самопроизвольного деления урана образуется прометий-147 в количестве 10–15 г на каждые 100 г урана. Таким образом, урановые руды являются местом, где может находиться естественный прометий.

Возможно образование прометия в природе в качестве продукта радиоактивного распада самария и изотопов неодима — элементов, являющихся ближайшими соседями прометия в периодической системе Д. И. Менделеева. Этот путь образования прометия учеными доказан: прометий-150 получается в результате бета-распада неодима-150. Правда, он недолговечен (период полураспада 2,7 часа) и время, необходимое на выделение его из примесей, достаточно для полного его исчезновения.

Поиски «неуловимого» продолжаются, и очевидно, в ближайшем будущем прометий будет найден на Земле.

Слово знакомого звучания

62. Самарий — Samarium (Sm)

В этом названии слух улавливает что-то знакомое. Самара! Старое название «столицы волжской крупчатки». Название города на Волге, с которым связаны жизнь и деятельность В. И. Ленина, А. М. Горького и В. В. Куйбышева. В Самаре В. И. Ленин перевел на русский язык «Манифест Коммунистической партии». В Самаре А. М. Горький написал более 30 художественных произведений, в числе которых всем известная «Песня о Соколе». В Самаре под руководством В. В. Куйбышева трудящиеся в дни Великого Октября провозгласили Советскую власть. В честь В. В. Куйбышева, по желанию трудящихся, Самара была переименована в город Куйбышев. К сожалению, не в честь этого славного советского города — центра богатейших нефтяных месторождений, района крупнейшей в мире гидроэлектростанции — назван элемент из семейства лантанидов. История происхождения названия элемента исключительна по своей неожиданности.

В середине прошлого столетия на Алтае и Урале подвизался смотритель горного округа, инженер В. Е. Самарский. Талантами он не отличался, рабочих притеснял, жестоких наказаний не гнушался. Однажды рабочие принесли ему найденный в Ильменских горах неизвестный минерал очень красивого бархатно-черного цвета. Присутствовавший при этом угодливый чиновник предложил назвать минерал самарскитом. Минерал поместили в коллекцию под этим названием. В 1879 г. минерал попал в руки французского химика Лекок-де-Буабодрана. Он нашел в минерале новый элемент и назвал его по имени минерала самарием. Так случайно было увековечено имя Самарского. Сколько в этом несправедливости! Если уж называть элемент именем человека, открывшего минерал, то нужно найти подлинного первооткрывателя-труженика.

В своих соединениях самарий — двухвалентный металл. У него проявлена, правда чрезвычайно слабо, радиоактивность. Он излучает альфа-частицы, переходя в неодим. Из химических элементов с порядковыми номерами до 83 только у самария наблюдается природная альфа-радиоактивность. Источник получения самария — редкоземельные минералы, в которых самарий находится совместно с другими элементами цериевой группы.

Исследованиями последних лет установлено, что в некоторых районах самарий содержится в гранитах, к тому же в заметных количествах. В среднем каждая тонна гранита содержит 17,3 г самария.

Стекло, содержащее окись самария, поглощает нейтроны. Уже одно это делает самарий ценнейшим материалом атомной техники (прозрачные блоки в защите атомного реактора).

Соединения самария применяются в качестве добавки (активатора) к материалу люминофоров, — дающих одиночные вспышки. На грамм основного материала добавляют от одной тысячной до одной стотысячной доли грамма активатора. Подобные люминофоры используются при исследованиях инфракрасного излучения в астрономии, для обнаружения вредного радиоактивного излучения в ядерных лабораториях и т. д. В некоторых случаях все устройство имеет вид перстня.

Не исключается возможность применения самария и его сплавов для изготовления регулирующих стержней в ядерных реакторах.

Как известно, управление ядерным котлом (реактором) осуществляется с помощью стержней из кадмия или бористой стали (кадмий и бор жадно поглощают нейтроны). Такие стержни, находясь в реакторе, поглощают нейтроны, уменьшая число делений атомов урана. Изменяя глубину погружения поглощающего стержня в реактор, можно регулировать работу атомного котла.

Величина поглощения нейтронов каким-либо материалом определяется так называемым поперечным сечением радиационного захвата. Под ним понимают сечение сферы, описанной вокруг ядра, попав в которую, нейтрон может быть захвачен. Таким образом, ядру приписывается эффективная площадь мишени. Площадь сечения, равную 1 · 10–24 см2, называют «барн», очевидно, чем она больше, тем выше способность к захвату нейтронов. У самария величина поперечного захвата составляет 6500 барн и превосходит значения ее для кадмия (2500 барн) и бора (3000 барн).

Легчайший из лантанидов

63. Европий — Europium (Eu)

Даже в словарях последнего выпуска об элементе «европий» сказано более чем кратко: «см. редкоземельные элементы». Европий к моменту издания энциклопедического словаря (1955 г.) еще не «заслуживал права» даже на несколько строк. В справочниках пишут кратко: открыт химиком Дэмерсэ в 1901 г., температура плавления 1150 °C, трудно отделяется от лантанидов.

Большинство химиков никогда не видели соединений европия. Его в земной коре в 70 раз больше, чем серебра, и в 1000 раз больше золота. Добавим для характеристики европия следующее: обычная валентность — три, но в некоторых соединениях бывает и двухвалентным. Соли окрашены в розоватый цвет. Выделить эти соли в чистом виде из смеси с солями других редкоземельных удалось лишь после длительной и хлопотливой работы в 1940 г.

Только этим можно объяснить, что в 1952 г. 1 кг окиси европия чистотой 98–99 % стоил в США 300 тысяч долларов, причем окись европия продавалась партиями по … 5 г.

Европий — самый легкий из лантанидов. Его плотность составляет 5,166 г/см3, т. е. почти в полтора раза меньше железа. В последние годы радиоактивный изотоп — европий-155 (период полураспада 1 год 250 суток) благодаря наличию гамма-излучений используется в целях медицинской диагностики и дефектоскопии. Легкие и портативные рентгенопросвечивающие аппараты, созданные на основе радиоактивного изотопа европия, оказались очень удобными для проверки качества тонкостенных металлических деталей. Просвечивание гамма-лучами европия стальных изделий при толщине стенок до 15–20 мм, а также изделий из титановых сплавов до 30–40 мм и алюминиевых — до 50–60 мм показывает, что европиевая гамма-дефектоскопия обладает в 2–4 раза более высокой чувствительностью в сравнении с широко используемыми радиоизотопами цезия и кобальта.