«Сто лет с изотопами»

Старейший сотрудник в системе предприятий Государственной корпорации «Росатом» Геннадий Скорынин опубликовал книгу «Сто лет с изотопами», в которой доступно каждому «не специалисту» рассказал о значении изотопов в нашей жизни. О том, какую роль они  играют в обеспечении ядерной безопасности страны, насколько сложно управлять процессом их искусственного создания, об их роли в медицине, сельском хозяйстве, в оборонной промышленности, а также о любимом  деле, которому посвятил практически всю сознательную  жизнь, - эта книга.

По признанию самого автора, Геннадий Михайлович Скорынин выступил со своим литературным дебютом в связи со столетием появления термина «изотоп». История начиналась в 1913 году, когда 4 декабря в редакцию научного журнала «Природа» поступила статья английского учёного Фредерика Содди «Внутриатомный заряд». Две страницы текста содержали невероятной важности информацию: Содди впервые ввёл понятие изотопов как разновидностей химически неразличимых атомов, различающихся только их атомным весом и радиоактивными свойствами. Слово «изотопы» (от древнегреческого – «равный, одинаковый» и «место») означало, что все разновидности атомов какого-либо химического элемента должны помещаться в одно и то же место (в одну клетку) Периодической системы элементов Д.И.Менделеева. Ф.Содди долго мучился, прежде чем придумал слово «изотоп», вернее это слово подсказала ему дальняя родственница Маргарет Тодд. «Вы нуждаетесь в хорошем греческом термине, попробуйте слово «изотоп», - сказала она Фредерику Содди. И слово прижилось. Как повествует автор «Ста лет с изотопами», концепция изотопов сложилась у Содди к 1910 году в результате многолетнего изучения продуктов, образующихся при естественном радиоактивном распаде урана и тория. Исследованием радиоактивности Ф.Содди занимался вместе с Эрнестом Резерфордом, предложившим в 1911 году планетарную модель атома.      

Геннадий Михайлович Скорынин.

Несколько слов об авторе книги «Сто лет с изотопами». Геннадий Михайлович Скорынин живёт в ещё недавно закрытом городе Зеленогорске Красноярского края и работает советником по научной работе в ОАО «Электрохимический завод». На его счету – полтора десятка авторских свидетельств и патентов на изобретения. Свою книгу он задумал для читателя, интересующегося атомистикой – наукой об атомах. Но издание вполне заинтересует людей любознательных и пытливых, подозревающих, что виртуальный мир не настолько уж и виртуален. Луч давно перестал быть исключительно солнечным или лучом прожектора. Лазерным лучом лечат, рассекают металл, убивают и возрождают. Но слово «изотопы» пока в лексиконе исключительно специалистов. Что же это такое? В книге Геннадия Скорынина читателю предложена эволюция представлений о строении веществ, моделей атомов, изотопах и методах их разделения – от древних греков до наших дней. Причем, автор пошёл на написание данной книги, ещё и для того, чтобы очистить понятие «изотопов» от околоатомистической беллетристики. Геннадию Скорынину можно доверять в полной мере, поскольку он знает предмет, о котором ведёт речь, «от» и «до».  Разделение стабильных изотопов является одним из основных видов деятельности Электрохимического завода, которым данное предприятие занимается с 1971 года. И делом жизни самого Геннадия Михайловича Скорынина.             

Кошка превращается в собаку?

По словам автора, после открытия естественной радиоактивности в конце XIX века в десятках лабораторий началось изучение этого загадочного физического явления. В книге изложен интересный факт об одном эксперименте. После сотрудничества с Резерфордом в Канаде, в Макгилльском университете в Монреале на протяжение 18 месяцев, Содди вернулся в Англию и продолжил изучение радиоактивности в лаборатории Уильяма Рамзая, а вскоре и Резерфорд приехал в Англию. «Учёные пришли к поразительному заключению, - пишет автор. – Радиоактивность есть не что иное, как распад атома на заряженную частицу (именно её мы воспринимаем  как радиоактивное излучение) и атом другого элемента, по своим химическим свойствам отличный от исходного. Образовавшийся при распаде атом также может оказаться радиоактивным  и испытать дальнейший распад. Это очень смахивало на утверждение алхимиков о возможности превращения элементов. Поэтому в Монреале у некоторых коллег физиков были сомнения, надо ли публиковать новые идеи, которые могут подорвать научный престиж недавно образованного университета.

Опытную проверку гипотезы радиоактивного распада осуществили Содди и Рамзай в 1903 году. Они собирали в стеклянную трубку газообразное выделение (эманацию) радия (Ra) и, пропуская через неё электрический разряд, наблюдали характерный спектр нового элемента, который позднее Резерфорд назвал радоном (Rn). Постепенно этот спектр слабел, а вместо него всё более отчётливо проступал спектр гелия (He). То есть эманация радия, к изумлению учёных, распадалась на гелий и радий D. Много лет спустя очевидцы эксперимента с волнением вспоминали, что для физика и химика видеть воочию, как один элемент превращается в другой, равносильно тому, как если бы зоолог наяву увидел превращение кошки в собаку».  

Вскоре было установлено, что все радиоактивные элементы распадаются с определенной скоростью, которая является такой же неотъемлемой характеристикой радиоактивного элемента, как и его атомная масса. По предложению Резерфорда время, за которое распадается половина атомов исходного радиоактивного элемента, стали называть периодом полураспада. Например, для радона период полураспада – 3,82 дня, для радия – 1 600 лет, для урана 4, 5 млрд. лет. С точки зрения гипотезы радиоактивного распада стало понятным, почему радий всегда встречается вместе с ураном: по-видимому, он является продуктом его распада. Если радий получается как продукт распада урана, радий порождает радон, последний распадается ещё дальше, то должны существовать целые радиоактивные семейства, у которых есть первый элемент (радиоактивный) и последний (стабильный). К 1913 году в природе было обнаружено около 40 радиоактивных веществ, образующих три радиоактивных семейства, начинающихся соответственно с урана-238, урана-235 и тория-232. 

Автор пишет, что на планете Земля, да и во всей Солнечной системе, сохранились лишь стабильные, да и те радиоактивные изотопы, время жизни которых больше возраста Земли (4,5 миллиарда лет). Как в свое время люди от охоты и сбора растений перешли к животноводству и культурному  земледелию, так и учёные в XX веке в дополнение к природным изотопам научились синтезировать  искусственные радиоактивные изотопы. В России в 1957 году для синтеза новых элементов была создана специальная лаборатория в Дубне, которую возглавил член-корреспондент АН СССР Георгий Николаевич Флеров (1913-1990). С 1960-х годов началась эпоха ускорителей элементарных частиц – циклотронов, эпоха ускорения тяжёлых ионов, когда синтез новых элементов стали производить только при взаимодействии двух тяжёлых ядер. С 1962 года в СССР стала применяться газоцентрифужная технология обогащения урана. Благодаря центрифугам наша страна по технологии обогащения урана из отстающей вышла на передовые позиции в мире, которые сохраняет до настоящего времени. Для примера: промышленные центрифужные заводы в Западной Европе были пущены только через два десятилетия. В США до сих пор газовые центрифуги находятся в стадии разработки. 

В последние годы Россия фактически стала лидером в «транс-урановой гонке» сверхтяжёлых элементов. Искусственные элементы с Z=112-117 и самый тяжёлый на данный момент 118-й элемент получены в 2000-2008 гг. российскими учёными из Объединённого института ядерных исследований в Дубне под руководством академика РАН Юрия Цолаковича Оганесяна. Новые элементы будут добавлены в Периодическую таблицу Д.И.Менделеева, когда получат официальное признание и название.

Охота за изотопами продолжается до сих пор. Электрохимический завод (ЭХЗ) в Сибири в городе Зеленогорске родился в период гонки вооружений, когда США и СССР безудержно наращивали запасы ядерных материалов. В 1962 году ЭХЗ выпустил первую продукцию – обогащённый уран, а в 1964 начал осваивать технологию вертикальных газовых центрифуг. Затем на ЭХЗ стали осваивать и внедрять результаты исследований и разработок по применению газовых центрифуг для разделения неурановых изотопов, начатые в 1960-е годы в ИАЭ им. Курчатова. В ноябре 1971 года в каскаде газовых центрифуг был получен первый стабильный изотоп – железо-57. Сегодня на ЭХЗ объёмы выпускаемой за год изотопной продукции достигают сотен килограмм и поставляются в десятки стран.

Вот, что пишет автор «Ста лет с изотопами» в завершение своего труда: «Чем глубже проникают учёные в тайны материи, тем сложнее (и дороже) становится экспериментальная техника, необходимая для проверки гипотез. Например, Большой адронный коллайдер, недавно построенный в ЦЕРНе (Европейский Совет ядерных исследований) на глубине 50-175 метров под территориями Франции и Швейцарии, является самой крупной  экспериментальной установкой в мире. Ускорительное кольцо для разгона протонов  и тяжёлых ионов имеет длину более 26 км, или почти 27 км. В его строительстве и исследованиях участвовали более 10 тысяч учёных и инженеров из 100 стран. Официальной целью проекта, прежде всего, является поиск  и оценка массы бозона Хиггса – элементарной частицы, предсказанной в 1964 году». Кстати о предсказаниях. В книге Г.М.Скорынина немало глав отведено предвидению учёных, в том числе и отечественных, о существовании и возможных моделях изотопов, только под другими названиями.

Чем живёт Электрохимический завод сегодня? Есть ряд международных проектов по изучению свойств нейтрино. Датчики для регистрации этой почти неуловимой частицы изготавливаются из нескольких десятков  или сотен килограммов изотопов, выпускаемых на данном предприятии. За последние годы ЭХЗ является надёжным поставщиком изотопов германия, молибдена, селена и т.д. для реализуемых проектов GERDA, NEMO, SuperNEMO, SNO+ и других, внося свой вклад в развитие фундаментальной науки. Книга Г.М.Скорынина – увлекательна и познавательна, написана хорошим слогом, читается, если и не «на одном дыхании», то, во всяком случае – удерживает внимание с первой до последней страницы. 

Читайте другие материалы журнала «Международная жизнь» на нашем канале Яндекс.Дзен.

Подписывайтесь на наш Telegram – канал: https://t.me/interaffairs