деления.
Ядро атома урана оказалось таким громоздким сооружением, что уже не
могло выдерживать собственной массы. Если у висмута, так сказать, чуть-чуть
осыпалась штукатурка, если у полония, астата, радона, радия, тория
вываливались из стен отдельные кирпичи, то уран разваливался весь.
После открытия самопроизвольного деления урана можно было уже понять,
почему таблица Менделеева кончалась на атом элементе: все ядра, начиная с
уранового, неизбежно разваливались...
Глава восьмая,
в которой даются современные рецепты изготовления золота
ПЕРВЫЕ НАРУШИТЕЛИ
Впервые граница естественной системы элементов была нарушена в конце
1940 года.
Работавшие на циклотроне Лоуренса американцы Мак-Миллан, Эйбольсон,
Сиборг, Вейл и Кеннеди, обстреляв ядрами тяжелого водорода урановую мишень,
обнаружили новые ядра, у которых был заряд на один и на два больше, чем у
урана.
Элемент " 93 был назван нептунием, а " 94 - плутонием - в честь планет,
находящихся в нашей Солнечной системе дальше планеты Уран. У нептуния и
плутония оказалось много изотопов, как у всех тяжелых элементов. Все изотопы
были сильно радиоактивными.
Единичные сверхтяжелые ядра, полученные в циклотроне, по могли,
конечно, иметь практического значения. Но очень скоро появился другой их
источник - несравненно более мощный.
При облучении урана нейтронами происходят разные процессы - потому
разные, что обычный уран, содержащийся в природных минералах, это,
собственно говоря, не один уран, а три разных урана, три изотопа. Одного
изотопа, с атомным весом 234, так мало, что его можно вообще не принимать в
расчет. Другого, с атомным весом 235, гораздо больше. Именно его атомы,
поймав нейтрон, тут же делились пополам, выбрасывая два новых нейтрона. Но
урана-235 в общей массе природного урана все же менее одной сотой части. А
почти все остальное приходится на третий изотоп, с атомным весом 238. Когда
нейтроны из урана-235 попадают в ядра урана-238, его ядро, увеличившись на
один нейтрон, тут же выбрасывает электрон. Тем самым оно увеличивает на
единицу и свою массу, и свой заряд, и вместо элемента " 92 с массой 238
получается элемент " 93 с массой 239 - изотоп нептуния.
Но поскольку природа предпочитает четные числа, такое ядро особенно
живучим быть не может. И действительно, уже через полчаса каждое второе ядро
нептуния-239 исторгает электрон и таким образом увеличивает свой заряд еще
на единицу и становится изотопом элемента " 94, плутония. Хотя массовое
число у такого ядра продолжает оставаться нечетным - 239! - все же 94
протона придают ему большую надежность, и такие ядра живут более двух суток.
А по истечении этого срока каждое второе ядро плутония-239 самопроизвольно
разрывается на две части, подобно ядру урана-235, но при этом может
высвободить уже не два новых нейтрона, а три!
Если загрузить в ядерный реактор природный уран, обогащенный
ураном-235, то в реакторе начнет довольно быстро накапливаться плутоний.
Этот плутоний и служит основным ядерным горючим для атомных
электростанций. По некоторым подсчетам, к двухтысячному году плутоний будет
давать половину всего электричества на Земле. Существует даже предположение,
что следующий за нашим железным веком исторический период получит название
плутониевого века. Вполне возможно.
Однако и само по себе сотворение плутония уже означает великую
практическую победу новой алхимии. По сравнению с ней "Дело Солнца"
показалось бы, вероятно, даже Роджеру Бэкону и Джеймсу Прайсу процедурой, не
достойной серьезного внимания.
И все же интересно, как выглядит это "Дело" сегодня, когда наука ушла
от эпохи философского камни на целый виток спирали? Существуют ли
современные реценты изготовления золота, отстоящие столь же далеко от
прописей доктора Айриша или Иоанна Исаака Голланда?
Современные рецепты
Из ртути и серы
Начнем с рецепта, который в качестве исходных использует материалы,
применявшиеся алхимиками.
"В менделеевской таблице ртуть идет сразу за полотом порядковый номер
полота 79, а ртути 80. Массовое число единственного стабильного изотопа
колота равно 107, а природная ртуть состоит из семи изотопов с массовыми
числами 196, 198-202 и 204.
Допустим, "матерью" будет второй по распространенности изотоп ртути
Нg-200. Нужно как-то уменьшить заряд ядра ртути на единицу, а массовое число
на три, тогда и получится золото.
Обстреляем ртуть ускоренными ядрами "отца" - серы. Возможно, что
какие-то из ядер серы отнимут протон и два нейтрона из ядра ртути и тем
самым решат поставленную задачу. Вероятность такого взаимодействия очень
мала и, кроме того, ядра серы и ртути смогут соприкоснуться только в том
случае, если ядра-снаряды будут разогнаны до 30 000 км/сек. Если скорость их
будет меньше, то электростатические силы отталкивания не позволят одноименно
заряженным ядрам сблизиться настолько, чтобы мог произойти подхват нуклонов
из ядра ртути.
Такие быстрые ядра можно получать на современных ускорителях тяжелых
ионов, но, конечно, в ограниченных масштабах: тысячетонный циклотрон,
построенный по последнему слову техники, за год работы ускорил бы всего
около 10 миллиграммов попов серы...
В ядерных реакциях ртуть + сора только один ион-снаряд из миллиардов
превращает ядро ртути в ядро атома золота. Все остальные ядра серы будут
потрачены на побочные реакции. В итоге, для того чтобы получить этим
способом один грамм золота, нужно ускорить тысячу тони серы... Энергия
тысячи тонн вещества, ускоренного до 30 000 км/сек, составит примерно 1014
квт. ч. Эта величина - одного порядка с энергией, необходимой человечеству
на ближайшие десять лет, и, чтобы расплатиться за нее, не хватит всего
золота мира!
Золотой запас всего мира - 50 000 тонн. Если брать за киловатт-час по
копейке (по расценкам Мосэнерго 1 квт. ч стоит 4 копейки), то 1014 квт. ч
будут стоить 1012 рублей, то есть примерно миллион тонн золота".
Этот и следующие рецепты взяты у Владислава Ивановича Кузнецова,
участника работ по синтезу элемента " 104 - курчатовия.
Из ртути и водорода
Здесь уже явное отклонение от классических теорий алхимиков - нет
сульфура. Впрочем, и "Се рецепт" Голланда грешил тем же недостатком. Итак...
"Обстреляем ртуть ядрами водорода - протонами. Протон, если его энергия
достаточно высока, может выбить несколько протонов и нейтронов из ядра
ртути. Существует такое значение энергии протона, когда преимущественно идет
реакция с вылетом двух нейтронов и двух протонов и ртуть-200 превращается в
золото. Однако и в этом случае затраты энергии будут немногим меньше, чем в
реакции сера + ртуть".
Опять плохо...
Из ртутя и нейтронов
О такой возможности алхимики, естественно, подозревать не могли.
"...Поместим в активную зону реактора специальный контейнер со смесью
природных изотопов ртути... Начинаем облучать ртуть нейтронами. Примерно
через месяц все ядра изотопа Нg-196 захватят по одному нейтрону и
превратятся в ядра золота. Конечно, захваченный ртутью-196 нейтрон не меняет
заряда ядра, вначале получается лишь новый изотоп ртути Нg-197. Но этот
изотоп неустойчив; ядро захватывает орбитальный электрон, один из протонов
при этом превращается в нейтрон, и таким образом ртуть, атом за атомом,
превращается в золото. Этим способом в 77 литрах природной ртути за месяц
можно накопить около полутора килограммов золота.
Почему так мало? Потому что в естественной смеси ртути на долю изотопа
ртути-196 приходится всего 0.14 %. (А из остальных ее изотопов получить
золото в нейтронных потоках нельзя: массовые числа этих изотопов больше, чем
у стабильного изотопа золота.)
Может быть, выгоднее разделять изотопы ртути и облучать только
ртуть-196? Примем условно, что стоимость ядра ртути и ядра урана одинаковы
(на самом деле чистая ртуть-196 значительно дороже урана-238). В этом случае
затраты на синтез одного ядра золота будут такими же, как и на синтез ядра
плутония, получающегося при захвате ураном-238 нейтрона. Но ведь плутоний в
десятки раз дороже золота, добытого обычными методами. Значит, искусственное
золото, полученное самым дешевым способом, окажется во много раз дороже
добытого из россыпей...
Такое положение в недалеком будущем вряд ли изменится. Если же
"стоимость нейтрона" со временем упадет, то и тогда будет целесообразнее
расходовать нейтроны на синтез расщепляющихся материалов, а не золота. Они -
нужнее".
Но что нужнее - это, правда, уже другой вопрос. И каким будет ответ на
него, когда спираль сделает новый виток, сегодня сказать нельзя.
Еще не создано периодической таблицы для электрона, протона, нейтрона и
других элементарных частиц. И сколько их еще предстоит открыть, никому не
известно.
Еще не создано периодической таблицы для гравитационного,
электромагнитного, ядерного и других полей. И сколько их еще предстоит
открыть, не известно тоже.
Скорее всего, в распоряжении наших потомков окажутся такие
могущественные силы природы, что сам этот вопрос - на что целесообразней
расходовать нейтроны - потеряет для них всякий смысл. И плутонию - как,
впрочем, и золоту - они предпочтут нечто такое, о чем мы сегодня можем
судить не больше, чем средневековый алхимик - об атомном ядре.
Оглавление
- Часть первая УТВЕРЖДЕНИЕ
- Глава первая, в которой читатель знакомится с двумя рецептами
изготовления золота
- Глава вторая, которая посвящена научным воззрениям древних
европейцев
- Глава третья, в которой Аристотель открывает пятую сущность, Гебер
превращает ее в философский камень, а Бранд закрывает ее же с помощью
холодного огня
- Часть вторая СОМНЕНИЕ
- Глава первая в которой место философского камня занимает невидимка
флогистон
- Глава вторая, в которой Ломоносов оспаривает Бойля и Шталя
- Глава третья, в которой Блэк, погнавшись за флогистоном, ловит
углекислый газ, Кавендиш, погнавшись за водородом, ловит флогистон, а
Пристли, изгнав флогистон из воздуха, ловит кислород
- Глава четвертая, в которой Лавуазье доказывает сложность земли,
воды и воздуха и составляет первый список химических элементов
- Часть третья ОТРИЦАНИЕ
- Глава первая, в которой Дальтон сравнивает по весу атомы разных
сортов, а когда число этих сортов начинает быстро расти, Праут и Ньюлендс
предпринимают попытки навести среди атомов хоть какой-нибудь порядок
- Глава вторая, в которой многое происходит не так, как полагается
- Глава третья, в которой Менделеев ставит рядом совершенно не схожие
атомы
- Глава четвертая, в которой Менделеев разгадывает загадку бериллия
- Глава пятая, в которой Менделеев преодолевает пропасть и наводит
среди элементов порядок, которому, однако, подчиняются не все
- Глава шестая, в которой Рамзай нарушает периодический закон
открытием нового элемента, а потом, используя этот закон, отыскивает целое
новое семейство
- Часть четвертая ОТРИЦАНИЕ ОТРИЦАНИЯ
- Глава первая, в которой Крукс и Томсон обнаруживают частицы, более
мелкие, чем атомы
- Глава вторая, в которой атомы пытаются говорить с людьми языком
радуги, но люди их не понимают
- Глава третья, в которой элементы начинают превращаться друг в друга
- Глава четвертая, в которой Резерфорд находит атомное ядро, а Бор -
электронную оболочку
- Глава пятая, в которой Мозли не только спасает естественную систему
элементов, но и объясняет ее
- Глава шестая, в которой появляются протон и нейтрон
- Глава седьмая, в которой Севре делает первый искусственный элемент,
Ферми разбивает ядро урана пополам, а Петржак и Флеров доходят до границы
Менделеевской системы
- Глава восьмая, в которой даются современные рецепты изготовления
золота
--------------------------------------------------------------------
"Книжная полка", http://www.rusf.ru/books/: 23.09.2015 21:21
Новинки >> Русской фантастики (по файлам) | Форумов | Фэндома | Книг