Народження прометія
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Вчені «обстріляли» швидкими частинками – нейтронами і дейтронами – мішені з неодиму; серед продуктів ядерних реакцій вони виявили ізотопи колишнього ілліна. Вчені піддали уран-235 дії повільних нейтронів і в уламках ділення теж знайшли ізотопи нового елемента. У 1947 році американські вчені Марінський, Глендснін і Коріелл отримали перші вагомі кількості прометія. Таке ім’я вони дали шістдесят першому елементу. Воно запозичене з давньої легенди про титана Прометея, який викрав вогонь у богів і передав його людям. Вчені вирвали у природи таємницю атомної енергії, навчилися створювати нові елементи. Але все ще висить над світом привид ядерної війни. Назва штучно отриманого елемента глибоко символічна.
Чотирнадцять ізотопів прометія отримали фізики, але навіть самий «довговічний» з них розпадається наполовину всього за 30 років.
Так завершився довгий і тернистий шлях історії елементу 61. Вчені доводили неминучість існування його; деколи їм здавалося, що «невловимий» спійманий, але «ловили» вони порожнечу. Виходить, можна ставити крапку. Не має прометія на земній кулі. Лише ядерні реакції в лабораторіях створюють його знову. Зачекайте! Ще хвилину уваги…
«І ВСЕ-ТАКИ ВОНА КРУТИТЬСЯ!»
Адже ядерні реакції відбуваються і в природі. Розпад радіоактивних елементів – це теж ядерні реакції. З одних елементів утворюються інші. Як довели фізики Флерів і Петржак, уран-238 схильний своєрідному радіоактивному розпаду – так званому спонтанному, або самочинному, діленню.
Його ядро як би розвалюється на два осколка, кожен з них – радіоактивний ізотоп елементу середини періодичної системи. Вони очолюють ланцюжки перетворень, які закінчуються стабільними ізотопами. І одна з ланок цих ланцюжків – прометій-147. На його частку припадає близько трьох відсотків від загального числа осколків. Фізики проробили цікавий розрахунок. Вони знайшли, що з кожних 100 грамів урану-238 за час існування Землі утворилося 6 в -10 ступеня грамів прометія-147. У земній корі товщиною в двадцять кілометрів міститься приблизно десять тисяч мільярдів (1013) тонн урану. Такій кількості відповідає 780 грамів ізотопу прометія.
Але є й інше джерело прометія в природі. Ізотоп його лівого сусіда по таблиці неодим-150 радіоактивний. Випускаючи електрони, неодим-150 перетворюється в прометій-150. Розрахунок показує, що на 100 грамів неодиму припадає всього лише 10 в – 19 ступеня грамів прометія.
Цифри, звичайно, феноменально малі. Але факт залишається фактом: прометій, хоча і в незначних кількостях, міститься в земних мінералах. Чи вдасться його виявити, покаже майбутнє. У всякому разі, справа тепер за більш досконалими радіометричними приладами.
ДУХ ІЗ ПЛЯШКИ
У східних казках людина могла за бажанням викликати всемогутній дух. Вчені штучним шляхом отримали понад 800 радіоактивних ізотопів. Багато хто з них вже знайшли застосування в різних областях людської діяльності.
Одним з найбільш перспективних вважається радіоактивний ізотоп прометій-147. Його випромінювання не становить такої небезпеки, як у багатьох інших його побратимів. Справа в тому, що у прометія-147, як кажуть фізики, дуже м’яке випромінювання, яке поглинається в порівняно невеликих шарах речовини. Потреба в спеціальних захисних пристосуваннях тому відпадає.
Прометій-147 використовується в крихітних атомних батарейках, де енергія його радіоактивного випромінювання безпосередньо перетворюється в електричну. Ось як це відбувається. Енергія випромінювання радіоактивного прометія поглинається спеціальним люмінофором. Ним може бути хоча б звичайний фосфор. Під впливом випромінювання люмінофор починає світитися, світло впливає на кремнієвий фотоелемент і перетворюється на електрику. Важить така батарейка деяким більше звичайної канцелярської кнопки, безвідмовно працює протягом п’яти років, не боїться ні пекучої жари, ні жорстоких морозів. Діапазон її застосувань майже безмежний – від слухових апаратів до штучних супутників Землі і космічних ракет.
Не так давно в США був випробуваний своєрідний «атомний генератор». Він складався з кількох десятків батарей, де джерелом випромінювання є ізотоп полоній-210. Важив він приблизно півтора кілограма, його можна було вільно накрити звичайним капелюхом, а енергії він давав стільки, скільки дають кілька звичайних хімічних акумуляторів. Чи не правда, цікаво? Однак вартість його виявилася величезною – десятки тисяч доларів. Все тому, що полоній-210, хоча і зустрічається в природі, але дуже дорогий. Прометій ж набагато дешевше. І чим далі, тим більше буде знижуватися його вартість.
Ми вже говорили, що прометій-147 утворюється при розподілі урану-235 повільними нейтронами. Це відбувається в ядерних реакторах. Чим економічніше і потужніше будуть реактори, тим більше радіоактивних ізотопів, у тому числі і прометія, людина зможе виробляти на цій своєрідній «фабриці ізотопів».
Прометій-147 дозволяє з великою точністю вимірювати товщину різних виробів, особливо якщо ця товщина вельми невелика. Раніше для цих цілей використовували ізотоп талій-204. Застосування прометія дозволило підвищити точність вимірювань в чотири рази. Він служить «контролером» в деяких важливих технологічних процесах. Він застосовується в самосвітних сумішах, значно подовжуючи термін їх служби. Словом, зараз існує чимало областей, де прометій-147 зумів «докласти руку».
Ні, не дарма вважають прометій-147 одним з найперспективніших радіоізотопів в майбутньому. Порівняно безпечний в обігу, він може знайти застосування і в електротехніці, і в радіотехніці, у вивченні важливих хімічних процесів та медицині. Адже ще не так давно штучні радіоізотопи вважалися «забавною іграшкою вчених», а тепер використання їх на благо людини приносить мільярди доларів економії. Даремно довідник «Найвищий ступінь» оминув своєю увагою елемент періодичної системи з порядковим номером 61!
Автор: Д. Трифонов.