В. Жуков - Химия в бою

Как указывается в иностранной печати, сплавы на основе никеля могут работать до температуры примерно 700 градусов. Сплавы же на основе тугоплавких металлов могут быть использованы в интервале температур — от 980 до 2200 градусов. Сейчас внимание зарубежных исследователей привлекают новые виды жаропрочных сталей: например, сплав железо — никель — титан или железо — никель — титан — кобальт — молибден. Сделаны, таким образом, новые «ходы» в периодической таблице. И хотя в дело идут и известные, уже применявшиеся в технике химические элементы, их новые сочетания, соединения сулят другие качества материалам, призванным обслуживать современный этап научно-технического прогресса.

Мы уже говорили о том, что, создавая свою периодическую систему, Д. И. Менделеев указал на ряд элементов, которые не были тогда еще известны науке, но должны были, согласно периодическому закону, существовать в природе. Для них он оставил места в таблице.

Открывая «недостающие» элементы, ученые к 1925 году основательно укрепили периодическую систему. Пустыми оставались лишь клетки с номерами 43, 61, 85 и 87. Относящиеся сюда химические элементы, а также двенадцать элементов, расположенных в таблице за ураном (их поэтому назвали «трансурановые»), стали известны науке лишь после того, как открытие нейтрона, создание ускорителей заряженных частиц и открытие радиоактивности в 1934 году создали условия для получения новых элементов искусственным путем. Таким же образом получено большое количество изотопов уже известных элементов, найдено около ста радиоактивных изотопов трансурановых элементов.

В таблице Менделеева трансурановые элементы занимают места с 93-го по 104-е: нептуний-93, плутоний-94, америций-95, кюрий-96, берклий-97, калифорний-98, эйнштейний-99, фермий-100, менделеевий-101, нобелий-102, лоуренсий-103, курчатовий-104. Кроме плутония, образующегося в ничтожных количествах в урановых рудах, эти элементы не существуют в природе, а получение их — исключительно сложное дело. Новые элементы образуются при захвате нейтронов ураном, плутонием или ранее полученными трансурановыми элементами, либо при бомбардировке этих элементов ионами гелия, углерода, бора. С продвижением в каждую последующую за ураном клеточку менделеевской таблицы трудности возрастают, по скромным подсчетам, в геометрической прогрессии.

Если второй трансурановый элемент — плутоний — был открыт в количестве, умещающемся на кончике иглы, то искусственно полученные более тяжелые элементы— калифорний, берклий, эйнштейний — поначалу увидеть простым глазом было совершенно невозможно. Сто первый элемент — менделевий — с невероятными трудностями вначале добыли в количестве всего лишь 17 атомов, а 104-й элемент — курчатовий — в количестве 150 атомов! В литературе приводились такие цифры: после двухлетнего непрерывного облучения в специальном ядерном реакторе с мощным потоком нейтронов, равным 1015 нейтрон/см 2сек. в 100 граммах исходного плутония-242 будет находиться всего лишь около 100 миллиграммов калифорния-252 вместе с другими изотопами калифорния.

Но оправданы ли эти трудности, кроме чисто познавательного, научного интереса к трансурановым элементам? Имеют ли эти элементы практическое значение?

Наибольшую известность из трансурановых элементов приобрел плутоний-239. Он был открыт американскими физиками в 1940 году, а через пять лет, в 1945 году, плутоний был использован в качестве заряда атомной бомбы, взорванной над японским городом Нагасаки. Возможность применения плутония в ядерном оружии приковала внимание американских агрессоров. За короткий срок в США были построены два больших атомных центра по производству плутония-239. Его получают в ядерных реакторах в процессе облучения урана-238 нейтронами, а также в реакторах атомных электростанций.

Есть и другой путь использования плутония-239, в частности в качестве топлива для ядерных реакторов на быстрых нейтронах, применяемых для получения электроэнергии. Нейтроны, полученные в ядерных реакторах за счет «сгорания» плутония-239, могут быть использованы также для получения радиоактивных изотопов, которые имеют бесчисленное применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научных исследованиях.

Помимо плутония-239 практическое применение находят также плутоний-238 и два изотопа кюрия: кюрий-242 и кюрий-244. Эти элементы используются для создания изотопных генераторов электрической энергии, созданных в СССР и США. Изотопы интенсивно испускают альфа-частицы с высокими энергиями, которые тормозятся соответствующими веществами и нагревают последние до температуры несколько сот градусов. С помощью специальных термопар тепло сразу преобразуется б электрическую энергию. Такие генераторы имеют небольшой вес и габариты. Они надежны и долговечны — работают без дополнительной подзарядки около пяти лет. Источник электрической энергии с подобными характеристиками особенно необходим для обеспечения нормальной работы аппаратуры искусственных спутников Земли и космических кораблей, при исследовании поверхности Луны. Кроме применения в космосе указанные генераторы могут использоваться в качестве источников электрической энергии для удаленных мест, автоматических радиомаяков и метеорологических станций.