Гофман Клаус. Можно ли сделать золото? Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 6
ЭЛЕМЕНТЫ, СОЗДАННЫЕ РУКОЙ ЧЕЛОВЕКА

Программа атомной бомбы

Ход событий в фашистской Германии показал, что правы были те, кто
предостерегал от гитлеровской атомной бомбы. В апреле 1939 года физик Пауль
Хартек послал письмо в военное министерство рейха, чтобы привлечь внимание к
новейшим достижениям в ядерной физике; они, быть может, дадут возможность
разработать взрывчатое вещество на несколько порядков более действенное, чем
те, которыми располагают в настоящее время. Это заявление послужило началом
для тайного предприятия фашистов. Уже летом 1939 года в отделе вооружения
армии было создано отделение ядерной физики. Руководить им поручили физику
Курту Дибнеру -- армейскому специалисту по взрывчатым веществам. На окраине
Берлина на опытном полигоне вермахта Дибнер получил возможность выделить
себе участок для экспериментирования.
Физики также настойчиво указывали исследовательскому совету рейха на
значение процесса деления урана. Поэтому в Германии вскоре появились две
соперничавшие исследовательские группы, которые с начала второй мировой
войны вели изучение урана в военных целях. Фашисты принуждали специалистов к
сотрудничеству методом, казавшимся им самым простым: уже в первой неделе
сентября они разослали физикам призывные повестки.
Курт Дибнер и лейпцигский физик Эрик Багге, ассистент профессора
Вернера Гейзенберга, в соответствии с приказом наметили "рабочий план по
производству опытов для практического использования деления ядра". В
пределах этой программы каждому специалисту были указаны свои задачи. В.
Гейзенберг и К. Ф. фон Вейцзекер -- ведущие немецкие атомные теоретики --
обязывались работать над теоретическими проблемами. 6 декабря 1939 года
Гейзенберг представил отделу вооружения армии доклад "О возможности
технического получения энергии при делении урана". Эту работу можно считать
первой общей концепцией для разработки так называемой урановой машины,
именуемой теперь урановым или атомным реактором.
В ней указано, что самый верный метод для конструирования такой машины
состоит в обогащении изотопа [235]U. Этот метод -- единственный
для получения взрывчатых веществ, разрушительная сила которых будет на
несколько порядков превосходить известные сильнейшие взрывчатые вещества.
Для выработки энергии можно использовать и обычный уран, без обогащения,
если его соединить с другим веществом, которое могло бы замедлить нейтроны,
не поглощая их. Вода для этой цели не подходит. По имеющимся данным, ЭТОго
можно достичь с помощью тяжелой воды или очень чистого графита.
Тяжелая вода представляет собой соединение тяжелого изотопа водорода --
дейтерия (D2O). В обычной воде (H2O) ее содержится до 0,015 %. Для того,
чтобы получить тяжелую воду, требуется длительный процесс электролиза; и все
же немецкие ученые отдали предпочтение такому замедлителю. В мае 1940 года
немецкие войска в результате нападения на Норвегию взяли под свой контроль
единственный электролизный завод мира, производивший тяжелую воду,-- Норск
Гидро в Рьюкане. Тем самым, казалось, был расчищен путь для фашистской
программы урановой бомбы. Параллельно с попытками запустить "урановую
машину" предпринимались работы по обогащению атомного взрывчатого вещества
[235]U. Различные исследовательские группы пытались найти
оптимальный технический вариант. Были планы обогащения необходимого изотопа
урана исходя из газообразного гексафторида урана с помощью ультрацентрифуг,
сепараторов изотопов или же диффузионным методом. Манфред фон Арден,
владевший частной лабораторией в Берлин-Лихтерфельде, считал, что природные
изотопы можно разделить масс-спектрографически.
Атомная программа США вначале во многом напоминала разработки,
проводившиеся в Германии. 2 августа 1939 года Альберт Эйнштейн, который,
спасаясь от фашистского варварства, эмигрировал из Германии, подписал письмо
президенту США Рузвельту, составленное физиками-атомщиками Сцилардом и
Вигнером. В нем говорилось, что на основе открытого недавно процесса деления
урана теперь есть возможность изготовлять бомбы нового вида с величайшей
взрывной силой. Следует опасаться, что в Германии уже работают над этим.
Письмо Эйнштейна явилось прелюдией для создания централизованного
американского проекта атомной бомбы. Такая программа стала настоятельно
необходимой, когда к концу 1941 года американцы сами были втянуты в войну, а
со всех сторон шли вести об опасном скачке в области немецких атомных
исследований. Американские военные твердо ухватились за так называемый
Манхэттенский проект. Под руководством генерала Гровса были объединены все
крупные атомные силы США и сотни тысяч техников и рабочих. Среди них были
ученые высокого ранга: Лоуренс, Бете, Сиборг, Нир, Юри, Сцилард, Вигнер,
Теллер, Оппенгеймер. Не следует забывать также эмигрантов Ферми, Сегрэ, Дж.
Франка. Позднее к ним примкнул Фриш и временами присоединялся Нильс Бор,
который в 1943 году с трудом спасся бегством от преследований гестапо.
В СССР примерно в то же время планировались подобные мероприятия.
Академик Н. Н. Семенов в 1941 году указал Народному комиссариату тяжелой
промышленности на возможность производства атомного оружия. В июне 1941 года
германские фашисты напали на Советское государство, и все планы атомных
исследований пришлось отложить. Через год, в мае 1942 года, советский физик
Г. Н. Флеров сообщил Государственному Комитету Обороны, что следует
безотлагательно приступить к изготовлению атомной бомбы. Когда в 1943 году
Красная Армия все больше вынуждала фашистского агрессора к обороне, можно
было вновь взяться за выполнение собственной программы атомных исследований.
Однако тяжелые раны, нанесенные мировой войной Советской стране, не
позволяли развить столь мощную атомную индустрию, как на обойденной войной
территории Соединенных Штатов. Там, в малонаселенных пространствах
вырастали, как грибы, гигантские установки и целые города. В Ок-Ридже (штат
Теннесси) американцы выстроили километровую установку для разделения
изотопов урана газодиффузионным и электромагнитным методами. В Хэнфорде на
реке Колумбия на территории 1800 км[2] воздвигли большие
промышленные установки для получения 94-го элемента, значение которого как
атомного взрывчатого вещества американцы уже оценили.
Посередине пустыни Нью-Мексико, на недоступном высоком плато, возникла
лаборатория атомной бомбы США -- Лос Аламос. Выдающиеся атомщики под
руководством Роберта Оппенгеймера работали здесь над конечной ступенью --
соединением делящихся изотопов в атомное взрывчатое вещество. Было
рассчитано, что они могут взорваться только при определенной критической
массе. Необходимо было очень быстро соединить две докритические части, чтобы
поджечь бомбу. Тогда один-единственный нейтрон в доли секунды развяжет
атомную цепную реакцию.
Сначала предполагалось привести в соприкосновение необходимые
количества [235]U или 94-го элемента высокой чистоты. Но для
этого потребовалось бы несколько килограммов веществ. Теперь уже не является
секретом, что критическая масса этих делящихся изотопов составляет 22,8 кг
для [235]U и 5,6 кг -- для элемента 94. Как же можно получить
столько элемента 94 -- элемента, которого вовсе нет в природе? Искусственно
добытые элементы в то время были получены лишь в невидимых, невесомых
количествах.

Плутоний -- первый искусственный элемент, увиденный человеческим глазом

93-й элемент, нептуний, испускает бета-излучение. Поэтому его
первооткрыватели, Мак-Миллан и Абельсон, довольно однозначно утверждали в
статье от 14 июня 1940 года, что элемент 94 наверняка содержится в продуктах
распада нептуния. Однако обнаружить это им не удалось. Препараты были
слишком слабы, чтобы можно было идентифицировать элемент 94, по-видимому,
весьма долгоживущий. Поэтому Мак-Миллан совместно с коллегами Сиборгом,
Сегрэ, Кеннеди и Валем пошли по другому пути.
В декабре 1940 года в Беркли они облучили уран дейтронами, разогнанными
в 60-дюймовом циклотроне. Изотоп нептуния, возникающий в результате
элементарного превращения по уравнению
[238]U + d = [238]Np + 2n
должен был распасться в изотоп-238 элемента 94 с излучением
бета-частиц. Тогда в Беркли никто не сомневался в этом. Однако, чтобы
обнаружить элемент 94, американцам пришлось затратить несколько месяцев.
Ведь элемент считается открытым только тогда, когда однозначно выделен один
из его изотопов, охарактеризован физически и химически и определен его
порядковый номер. Совершенно новый элемент должен проявлять свойства,
которые явно отличают его от уже известных соседей по периодической системе.
В ночь на 23 февраля 1941 года пробил час рождения 94-го элемента, вернее,
его изотопа-238. Мак-Миллан уже не мог непосредственно участвовать в этом
открытии. В конце 1940 года он был призван на военную службу.
Необходимо вернуться по времени немного назад. Решение о том, чтобы
провести опыты по получению элемента 94 с помощью циклотрона в Беркли, было
принято на совещании физиков 15 и 16 декабря 1940 года в Колумбийском
университете, в Нью-Йорке. Лоуренс уступил натиску своих коллег Сегрэ и
Ферми и выразил готовность предоставить в их пользование свой циклотрон. Все
находились под впечатлением смелого полета мысли Ферми. Ведь эмигрировавший
итальянец уже давно занимался теоретическим обоснованием "урановой машины".
Он весьма убедительно доказал своим коллегам, что в таком "урановом котле"
должен образовываться 94-й элемент. Последний должен был предположительно
обладать той же способностью деления, что и уран-235. Поэтому, считал
ученый, настоятельно необходимо пытаться наладить синтез этого элемента,
хотя бы в малых масштабах, с тем, чтобы узнать его свойства.
Историки науки многократно подчеркивают, что Нью-Йоркская конференция
явилась историческим поворотным моментом: в декабре 1940 года впервые была
развита теория делимости неизвестного 94-го элемента. Однако в это время
всемирный обмен научными идеями был уже сильно ограничен секретными
преградами, поставленными войной. В американском специальном журнале "Физикл
ревью", очень популярном, с июля-августа 1940 года не появлялось никаких
сообщений по урановой проблеме.
Поэтому историки не заметили работу немецкого физика Карла фон
Вейцзекера. В то время, когда все физики-атомщики уповали на получение
ядерной энергии путем деления урана-235, Вейцзекер основывался уже на
возможности получения энергии из урана-238. Эти соображения содержались в
его докладе от 17 июля 1940 года, подготовленном для отдела вооружения
армии.
По представлениям Вейцзекера, в запущенной урановой машине из
неделящегося урана-238, считавшегося бесполезным, должен был путем
поглощения нейтронов образовываться трансурановый 94-й элемент. Его
изотоп-239, как и уран-235, является атомным делящимся веществом. Быть
может, вообще было бы выгоднее, полагал Вейцзекер, сосредоточить свое
внимание на легко выделяемом элементе 94, чем проводить трудоемкое
обогащение и отделение урана-235.
Вернемся к событиям 1941 года в США. Для элемента 94 уже известен был
изотоп-238; он был неделящимся, следовательно, неинтересным. Поэтому
физики-атомщики США направили все усилия на получение делящегося
изотопа-239. В марте 1941 года 1,2 кг чистейшей соли урана, замурованной в
большой парафиновый блок подвергли в циклотроне бомбардировке нейтронами.
Это было до тех пор самое большое количество вещества, которое подвергли
превращению. Два дня и две ночи длилась бомбардировка "крепости" уранового
ядра. Были получены приблизительно 0,5 мкг изотопа-239 элемента 94.
Появление нового элемента, как и было предсказано теорией, сопровождалось
потоком альфа-частиц.
28 марта 1941 года американские физики собрались в Беркли для решающего
эксперимента. Сиборг, Сергэ, Кеннеди, Лоуренс взволнованно следили за
экраном осциллографа, который должен был показать, способен ли новый элемент
к делению. Опыт полностью подтвердил теорию: было найдено второе атомное
взрывчатое вещество, даже мощнее предыдущего, так как для него требовалась
меньшая критическая масса.
Начиная с этого момента все исследовательские работы с элементом 94
стали в США строго секретными. Номер 49 -- таков был код для изотопа-239
элемента 94. И все те, кто работал над атомной бомбой, изготовляемой из
94-го элемента, так и назывались -- сорок девятые. В сообщении от мая 1941
года Лоуренс подвел итоги достигнутым успехам и рекомендовал как можно
скорее получить необходимое количество 94-го элемента для уранового котла.
Не зная соображений Вейцзекера, в США пришли к тем же выводам.
Немецкие исследователи атома тоже не оставались бездеятельными. В
лаборатории Манфреда фон Ардена были разработаны основы для получения 94-го
элемента. В августе 1941 года гость института, физик Фриц Хоутерманс,
закончил свой секретный доклад "К вопросу о развязывании цепных ядерных
реакций". В нем он указывал теоретические возможности для изготовления в
урановом котле нового взрывчатого вещества из природного урана.
94-й элемент обладает тем преимуществом, что он явно отличается по
своим свойствам от урана, так что их сравнительно легко разделить. Такое
химическое разделение происходит гораздо проще, чем трудоемкое отделение
изотопов урана-235 и урана-238. Чтобы предпринять разделение в лаборатории,
а затем -- как предусмотрено -- в производственном масштабе, безусловно,
необходимо было заранее установить свойства этого искусственного элемента.
Однако для аналитических химических исследований требовались весомые
количества вещества. Откуда их взять? Ведь речь идет об элементе, которого
нет на Земле. Или это все же не так?
В течение 1942 года американцы весьма серьезно занимались поисками
трансуранов 93 и 94 в природных минералах. Трудоемкая переработка урановых
руд из Колорадо и Нью-Мексико дала отрицательный результат. Если 94-й
элемент там вообще есть, утверждали американские специалисты, то содержится
он в рудных концентратах в соотношении 1 : 10[14] что говорит о
невозможности его выделения. До последнего момента возлагали большие надежды
на урановую смоляную руду из района Большого Медвежьего озера в Канаде. В
руде, которая содержит сорок различных элементов, надеялись найти
трансураны. Однако и эта надежда не оправдалась.
Единственное, что нашли, так это подходящее название для нового
элемента. Снова представилась возможность провести параллель с астрономией.
В 1930 году произошло знаменательное событие: по ту сторону Нептуна была
открыта новая планета -- Плутон. Английский астроном Ловелл уже давно
предсказывал ее существование и тем самым проявил себя не только как автор
фантастических рассказов. Элемент 94 назвали в честь новой планеты
плутонием. В таком наименовании заключено предзнаменование: ведь 94-й
элемент, как следует из классической мифологии, носит имя бога смерти.
Как же шло дело с попытками получения заметных количеств плутония? В
циклотроне были получены лишь микрограммовые количества -- тысячные доли
миллиграмма. Использование циклотрона для синтеза искусственных элементов
означало большой технический прогресс. Было высчитано, что с обычными
радиево-бериллиевыми источниками нейтронов на получение 0,15 г плутония из
урана потребовалось бы 200 лет. Такое же количество в циклотроне можно было
получить за два дня, если использовать нейтроны, выбиваемые разогнанными
дейтронами из бериллиевой мишени.
В августе 1942 года американцам Каннингему и Вернеру удалось получить
около 1 мкг плутония. Через месяц, 10 сентября 1942 года, впервые было
взвешено видимое количество искусственно изготовленного элемента: 2,77 мкг
оксида плутония. Для этого специально были сконструированы микровесы с
кварцевой нитью. В конце 1942 года уже имелось 500 мкг -- полмиллиграмма
соли плутония. Это количество слишком мало даже для того, чтобы изготовить
булавочную головку. Поразительна разработанная Каннингемом техника работы,
ставшая основой ультрамикроанализа; необходимость работы с микроколичествами
вещества заставила использовать совершенно новые формы искусства химического
эксперимента. Лабораторный стол уступил место микроскопу. Почти все
манипуляции пришлось проводить под стереомикроскопом. Обычные лабораторные
стаканы и Колбы сократились до размеров тончайших капилляров с внутренним
диаметром от 0,1 до 1 мм. В них помещали объемы жидкости от
10[-1] до 10[-5] мл и проводили химические реакции. Об
этих работах значительной научной ценности по выделению и изучению 94-го
элемента научный мир узнал только в послевоенные годы, когда с них была
снята завеса секретности.
Основываясь на свойствах плутония, изученных ультрамикрометодами, был
сделан смелый шаг: проектирование и постройка промышленных установок для
изготовления и очистки этого делящегося элемента в масштабе 1:1000 000 000.
Работа была начата в США в то время, когда еще не функционировал ни один
реактор для синтеза плутония. Последний американцы запустили лишь 2 декабря
1942 года: под трибуной спортивного стадиона в Чикаго Энрико Ферми успешно
поджег урановый котел, состоящий из слоев 6 т урана, 36,6 т оксида урана и
315 т чистейшего графита. В ход была пущена самоподдерживающаяся цепная
реакция: управляемая, а следовательно, не разрушительная, как того боялись.
Впервые "урановая машина" вырабатывала энергию, хотя сначала только 200 Вт.
Также впервые в урановом реакторе образовывался элемент плутоний: элементы в
реакторе искусственно превращались друг в друга в весомых количествах.
Для атомной промышленности США удачный эксперимент Ферми означал
последний этап к осуществлению производства плутония в Хэнфорде. С
невероятной поспешностью были установлены три гигантских урановых котла на
южном берегу реки Колумбия. Атомный реактор Ферми работал, как часы. Когда в
годы войны эти реакторы были запущены на полную мощность, они помимо
большого числа радиоактивных изотопов вырабатывали ежедневно около 1,5 кг
плутония. Кроме того, в процессе ядерного деления выделялось много энергии,
которая не находила применения и лишь нагревала воду реки.
Когда американскому журналисту Вильяму Лоуренсу, автору нескольких
популярных брошюр по атомной энергии, разрешено было побывать в Хэнфорде,
увиденное поразило его. По его словам, не было никакого признака того, что в
этом гиганте, построенном рукой человека, свирепствует космический огонь;
что в его утробе происходит тот процесс созидания элементов, который,
вероятно, протекал миллионы лет назад, когда возникали основы нашего
мироздания. Все казалось каким-то нереальным. Установка работала в
неестественной тишине, в которой можно было услышать биение собственного
сердца.
Ферми использовал для своего реактора графит в качестве замедлителя.
Немцы, как известно, предпочли тяжелую воду. Однако таким путем они не
достигли цели. К тому же фашистская Германия была близка к гибели и не
располагала теми мощными материальными и техническими средствами, которые
имелись в США. Немецкая модель урановой машины не достигла критической
массы; нельзя было получить 94-й элемент. Все другие работы по выделению
атомного взрывчатого вещества уран-235 тоже не были закончены до конца
войны. К счастью для народов, гитлеровская атомная бомба так и осталась
страшным видением.

"Ад" и "безумие"

Благодаря точным ультрамикрохимическим работам ученые очень скоро стали
располагать всеми основными физико-химическими данными для искусственного
элемента плутония. Теперь исследователи с некоторой гордостью заявляют, что
о плутонии известно больше, чем о каком-нибудь классическом элементе,
скажем, железе.
Когда в конце 1943 года в США смогли "наскрести" несколько миллиграммов
плутония, в Чикагском университете группа Гленна Сиборга и Альберта Гиорсо
стала работать над синтезом и обнаружением других ближайших трансуранов --
95- и 96-го. Они, несомненно, также должны образовываться в атомном реакторе
в результате многократного захвата нейтронов ураном. Однако не было смысла
выделять неизвестные элементы из продуктов деления до тех пор, пока не будут
известны их химические и физические свойства. Поэтому Сиборг с сотрудниками
хотели сначала получить эти трансураны при помощи циклотрона бомбардировкой
плутония нейтронами или дейтронами. Между тем опыты, длившиеся месяцами, не
давали каких-либо сдвигов. Появились сомнения в правильности использования
методов разделения.
Прежние представления, согласно которым элементы 93, 94, 95 являются
аналогами рения, осмия и иридия, то есть должны проявлять те же химические
свойства, были разрушены с открытием нептуния и плутония: в этом месте
периодическая система элементов была неверна! Экарений -- нептуний и
экаосмий -- плутоний, как ни странно, совершенно не имели сходства с рением
или осмием. Поэтому Сиборг предположил, что трансураны вместе с ураном
относятся к новой группе элементов, являющихся преимущественно
шестивалентными. Однако как ни привлекателен был этот вариант, как раз для
него не было химических доказательств. Все операции, предпринятые для
выделения полученных элементов 95 и 96, не приводили ни к чему, если
исходить из их 6-валентности.
Сиборг вновь и вновь перепроверял свои представления. Быть может,
аналогично 14 лантаноидам (редкоземельным элементам) существует также группа
из 14 "актиноидов", которая следует за актинием и заканчивается 103-м
элементом? В этом случае элементы 95 и 96 должны иметь электронные
конфигурации, сходные с их "родственниками" -- европием (элемент 63) и
гадолинием (элемент 64), то есть должны быть преимущественно трехвалентными.
Завороженная этой мыслью группа Сиборга рискнула сделать отважный
прыжок в неизвестное. Они хотели, прежде всего, синтезировать элемент 96,
чтобы на нем проверить свои представления. Летом 1944 года они
бомбардировали 10 мг плутония -- больше не было -- альфа-частицами из
циклотрона в Беркли:
[239]Pu + [4]He = [242]X+ n
Опыт удался, удались и химическое разделение и идентификация элемента
96. Появилась актиноидная концепция Сиборга: актиноиды являются не чем иным,
как экалантаноидами. Это следовало учитывать при размещении их в
периодической системе. Так получилось, что 96-й элемент был открыт еще до
95-го. Однако химическое разделение обоих элементов долгое время казалось
невыполнимым. Один сотрудник из группы в Беркли предложил назвать эти
трансураны "пандемониум" (ад) и "делириум" (безумие). Разделение удалось
только в 1945 году и лишь с помощью новой техники, которая основывалась на
селективности только что разработанных ионообменных смол. Выделенный 96-й
элемент назвали кюрием в честь Марии Кюри. Для 95-го элемента предложили
название америций, исходя из его лантаноидного аналога -- европия. Когда
позднее было получено первое видимое глазом количество искусственного
элемента америция и его хотели запечатлеть на пленке, в Беркли отыскали
подходящий для сравнения масштаб: маленькое игольное ушко. И все же оно было
больше, чем количество америция, собранное на крошечном центрифужном
стеклышке!
Чтобы получить следующие трансураны, нужно было располагать достаточно
большими количествами америция и кюрия в качестве веществ для мишени. Вопрос
касался не только их синтеза и выделения, но и лучевой защиты, ибо новые
трансураны оказались крайне коварными радиоактивными веществами. Одним из
опаснейших является плутоний вследствие его долго неисчезающий
радиоактивности, а также способности задерживаться в человеческом организме.
В 1 м[3] воздуха максимально допустимое содержание составляет
10[-9] г Pu. Если сравнить с синильной кислотой -- одним из
сильнейших химических ядов, то ее предельно допустимая концентрация равна 11
мг на 1 м[3] воздуха. Поэтому при работе с этими искусственными
элементами, ввиду их "радиотоксичности", первоочередной проблемой становится
защита.
Синтезы элементов 97 и 98 заставили себя ждать. Затем их наконец
получили. Сиборг, Гиорсо и Томсон в Беркли бомбардировали элементы 95 и 96
альфа-частицами большой энергии. Для мишеней были взяты миллиграммовые
количества америция и даже микрограммовые количества кюрия, которые
синтезировали искусственно в 1949/50 годах. Они были получены облучением
соответственно плутония и америция в реакторе мощным потоком нейтронов. В
урановом реакторе поток нейтронов во много раз интенсивнее, чем в
циклотроне.
Два новых элемента увидели свет: 97-й -- берклий и 98-й - калифорний.
Особенно тяжело досталось обнаружение 98-го элемента: из микрограммовых
количеств кюрия образовывалось лишь около 5 000 атомов калифорния. Когда это
стало известно, в университете в Беркли многие шутили: это количество
значительно меньше, чем число студентов! Берклий так и остался очень редким
элементом. Мировой запас и сегодня составляет лишь несколько миллиграммов. И
все же благодаря изощренным методам анализа наука знает все наиболее
существенные физико-химические константы этого искусственного элемента.
В настоящее время атомный реактор является основным источником
получения элементов 94--98. Трансураны извлекают из отходов, образующихся
после выгорания стержней из обогащенного урана, причем выделяют эти элементы
в различных количествах. К этому мы еще вернемся. Значительно выше выходы
продуктов деления средней массы, в которые превращается в реакторе уран-235.
К ним относятся также искусственные элементы 43 и 61.
В 1945 году американские химики Марийский, Гленденин и Кориелл,
используя новый ионообменник, впервые выделили заметные количества 61-го
элемента. Все они вошли в историю науки как первооткрыватели этого элемента.
Американцы предложили назвать его прометий, что символизировало бы отвагу
человеческого духа и вместе с тем возможные опасности использования атомной
энергии: ведь Прометей похитил у богов огонь, чтобы передать его людям.
Главный изотоп, прометий-147, радиоактивен и испускает слабое
бета-излучение. Эти данные совпали с теоретическими предсказаниями. После
того, как стали известны характерные свойства нового элемента, опыты по
обнаружению его в природе, проводившиеся Эреметсе и другими учеными, имели
некоторый успех. Работая в промышленном масштабе, финский химик выделил из 6
000 т апатита около 20 т оксидов редкоземельных элементов, а из них -- 3,8
кг смеси оксидов самария и неодима. После разделения на ионообменнике
осталось целых 83 мг, которые испускали слабое бета-излучение. Эту фракцию
Эреметсе исследовал в 1965 году и ее бета-спектр совпал со спектром
прометия-147. По оценке Эреметсе, в концентрате, полученном из 6000 т
апатита, должно содержаться 10[-11] г прометия. Кроме того, следы
этого элемента были найдены также в урановой смолке. Предполагается, что
природный прометий образовался захватом нейтронов 60-м элементом, неодимом,
либо спонтанным делением урана-238, а также индуцированным делением
урана-235. Однако такие природные "находки" не отвергают определения
прометия, как искусственного элемента. Ведь ощутимые количества его и
сегодня можно получить только из продуктов деления урана: мощные реакторы в
10 000 кВт дают ежедневно 1500 мг прометия-147. В 1959 году годовой выпуск
прометия в США повысился уже до 650 г.
Изотоп технеция [99]Тс также удалось обнаружить в природе в
виде следов. В 1 кг урановой руды нашли 10[-10] г изотопа.
Технеций-99 возникает при спонтанном делении урана-238. Однако вряд ли
кто-нибудь захочет получать его из урановых руд. В настоящее время
располагают килограммовыми количествами технеция и получают его
исключительно в ядерной промышленности. Еще в 1959 году английские химики
сообщали, что они выделили 20 г этого искусственного элемента из 100 т
отработанного реакторного топлива.
По новейшим исследованиям, плутоний уже нельзя называть искусственным
элементом, ибо в 1971 году его обнаружили в природном редкоземельном
минерале бастнезите, не содержащем урана. В 90 кг горной породы содержится
10[-14] г плутония-244, что было установлено с помощью
масс-спектрографа. Это -- единственный изотоп 94-го элемента, который еще не
совсем исчез с лица Земли за время ее существования. Другие изотопы
плутония, которые сегодня в виде следов еще находятся в природных урановых
рудах, имеют, как уже говорилось, искусственное происхождение.
По приблизительной оценке, вся земная кора толщиной в 16 км содержит
около 1 кг плутония. Ввиду этого в таблице распространенности природных
элементов плутоний занимает 90-е место -- между нептунием и францием. Таким
образом, единственным источником плутония является также ядерная
промышленность, которая дала уже многие тонны этого элемента.
Циклотроны и урановые реакторы все больше становятся современным
философским камнем. С их помощью помимо большого числа известных
радиоактивных элементов в значительных количествах синтезируются и новые --
в граммах, килограммах и даже тоннах. В этой связи, естественно, возникает
провокационный вопрос: нельзя ли производить также и золото в урановом
реакторе?

Золото, полученное в атомном реакторе

В 1935 году американскому физику Артуру Демпстеру удалось провести
масс-спектрографическое определение изотопов, содержащихся в природном
уране. В ходе опытов Демпстер изучил также изотопный состав золота и
обнаружил только один изотоп -- золото-197. Никаких указаний на
существование золота-199 не было. Некоторые ученые предполагали, что должен
существовать тяжелый изотоп золота, ибо золоту в то время приписывали
относительную атомную массу 197,2. Однако золото является моноизотопным
элементом. Поэтому желающим искусственным путем получить этот вожделенный
благородный металл все усилия необходимо направить на синтез единственного
устойчивого изотопа -- золота-197.
Известия об успешных опытах по изготовлению искусственного золота
всегда вызывали беспокойство в финансовых и правящих кругах. Так было во
времена римских правителей, так осталось и теперь. Поэтому не удивительно,
что сухой отчет об исследованиях Национальной лаборатории в Чикаго группы
профессора Демпстера еще недавно вызвал возбуждение в капиталистическом
финансовом мире: в атомном реакторе можно из ртути получить золото! Это --
самый последний и убедительный случай алхимического превращения.
Началось это еще в 1940 году, когда в некоторых лабораториях ядерной
физики начали бомбардировать быстрыми нейтронами, полученными с помощью
циклотрона, соседние с золотом элементы -- ртуть и платину. На совещании
американских физиков в Нэшвилле в апреле 1941 года А. Шерр и К. Т. Бэйнбридж
из Гарвардского университета доложили об успешных результатах таких опытов.
Они направили разогнанные дейтроны на литиевую мишень и получили поток
быстрых нейтронов, который был использован для бомбардировки ядер ртути. В
результате ядерного превращения было получено золото! Три новых изотопа с
массовыми числами 198, 199 и 200. Однако эти изотопы не были столь
устойчивыми, как природный изотоп -- золото-197. Испуская бета-лучи, они по
истечении нескольких часов или дней снова превращались в устойчивые изотопы
ртути с массовыми числами 198, 199 и 200. Следовательно, у современных
приверженцев алхимии не было повода для ликования. Золото, которое вновь
превращается в ртуть, ничего не стоит: это обманчивое золото. Однако ученые
радовались успешному превращению элементов. Они смогли расширить свои
познания об искусственных изотопах золота.
В основе "трансмутации", проведенной Шерром и Бейнбриджем, лежит так
называемая (n, p) -реакция: ядро атома ртути, поглощая нейтрон n,
превращается в изотоп золота и при этом выделяется протон р.
Природная ртуть содержит семь изотопов в разных количествах: 196 (0,146
%), 198 (10,02 %), 199 (16,84 %), 200 (23,13 %), 201 (13,22 %), 202 (29,80
%) и 204 (6,85 %). Поскольку Шерр и Бейнбридж нашли изотопы золота с
массовыми числами 198, 199 и 200, следует полагать, что последние возникли
из изотопов ртути с теми же массовыми числами. Например:
[198]Hg + n =[198]Au + р
Такое предположение кажется оправданным -- ведь эти изотопы ртути
являются довольно распространенными.
Вероятность осуществления какой-либо ядерной реакции определяется,
прежде всего, так называемым эффективным сечением захвата атомного ядра по
отношению к соответствующей бомбардирующей частице. Поэтому сотрудники
профессора Демпстера, физики Ингрем, Гесс и Гайдн, пытались точно определить
эффективное сечение захвата нейтронов природными изотопами ртути. В марте
1947 года они смогли показать, что изотопы с массовыми числами 196 и 199
обладают наибольшим сечением захвата нейтронов и потому имеют наибольшую
вероятность превращения в золото. В качестве "побочного продукта" своих
экспериментальных исследований они получили... золото! Точно 35 мкг,
полученных из 100 мг ртути после облучения замедленными нейтронами в атомном
реакторе. Это составляет выход 0,035 %, однако если найденное количество
золота отнести лишь к ртути-196, то получится солидный выход в 24 %, ибо
золото-197 образуется только из изотопа ртути с массовым числом 196.
С быстрыми нейтронами часто протекают (n, р)-реакции, а с медленными
нейтронами -- преимущественно (n,()-превращения. Золото, открытое
сотрудниками Демпстера, образовалось следующим образом:
[196]Hg + n = [197]Hg* + (
[197]Hg* + e[-] = [197]Au
Образующаяся по (n, ()-процессу неустойчивая ртуть-197 превращается в
устойчивое золото-197 в результате К-захвата (электрона с К-оболочки своего
собственного атома).
Таким образом, Ингрем, Гесс и Гайдн синтезировали в атомном реакторе
ощутимые количества искусственного золота! Несмотря на это, их "синтез
золота" никого не встревожил, поскольку о нем узнали лишь ученые, тщательно
следившие за публикациями в "Физикл ревью". Отчет был кратким и наверняка
недостаточно интересным для многих из-за своего ни о чем не говорящего
заголовка: "Neutron cross-sections for mercury isotopes" (Эффективные
сечения захвата нейтронов изотопами ртути). Однако случаю выло угодно, чтобы
через два года, в 1949 году, чересчур ретивый журналист подхватил это чисто
научное сообщение и в крикливо-рыночной манере провозгласил в мировой прессе
о производстве золота в атомном реакторе. Вслед за этим во Франции произошла
крупная неразбериха при котировании золота на бирже. Казалось, что события
развиваются именно так, как представлял себе Рудольф Дауман, предсказавший в
своем фантастическом романе "конец золота".
Однако искусственное золото, полученное в атомном реакторе, заставляло
себя ждать. Оно никак не собиралось затоплять рынки мира. Кстати, профессор
Демпстер в этом и не сомневался. Постепенно французский рынок капитала вновь
успокоился. В этом не последняя заслуга французского журнала "Атомы",
который в январском номере 1950 года поместил статью: "La transmutation du
mercure en or" (Трансмутация ртути в золото).
Хотя журнал в принципе признавал возможность получения золота из ртути
методом ядерной реакции, однако своих читателей он уверял в следующем: цена
такого искусственного благородного металла будет во много раз выше, чем
природного золота, добытого из самых бедных золотых руд!
Сотрудники Демпстера не могли отказать себе в удовольствии - получить в
реакторе некоторое количество такого искусственного золота. С тех пор этот
крошечный любопытный экспонат украшает Чикагский музей науки и
промышленности. Этим раритетом -- свидетельством искусства "алхимиков" в
атомную эру -- можно было полюбоваться во время Женевской конференции в
августе 1955 года.
С точки зрения ядерной физики возможны несколько превращений атомов в
золото. Мы наконец откроем тайну философского камня и расскажем, как можно
сделать золото. Подчеркнем при этом, что единственно возможный путь -- это
превращение ядер. Все другие дошедшие до нас рецепты классической алхимии
ничего не стоят, они приводят лишь к обману.
Устойчивое золото, [197]Au, можно было бы получить путем
радиоактивного распада определенных изотопов соседних элементов. Этому нас
учит так называемая карта нуклидов, в которой представлены все известные
изотопы и возможные направления их распада. Так, золото-197 образуется из
ртути-197, излучающей бета-лучи, либо из такой ртути путем К-захвата. Можно
было бы также получить золото из таллия-201, если бы этот изотоп испускал
альфа-лучи. Однако этого не наблюдается. Как же получить изотоп ртути с
массовым числом 197, которого нет в природе? Чисто теоретически его можно
получить из таллия-197, а последний -- из свинца-197. Оба нуклида
самопроизвольно с захватом электрона превращаются соответственно в ртуть-197
и таллий-197. Практически это была бы единственная, хотя и только
теоретическая, возможность сделать золото из свинца. Однако свинец-197 тоже
лишь искусственный изотоп, который надо сначала получить ядерной реакцией. С
природным свинцом дело не пойдет.
Изотопы платины [197]Pt и ртути [197]Hg тоже
получают только ядерными превращениями. Реально осуществимыми являются лишь
реакции, в основе которых лежат природные изотопы. В качестве исходных
веществ для этого подходят только [196]Hg, [198]Hg и
[194]Pt. Эти изотопы можно было бы бомбардировать разогнанными
нейтронами или альфа-частицами с тем, чтобы прийти к следующим реакциям:
[196]Hg + n = [197]Hg* + (
[198]Hg + n = [197]Hg* + 2n
[194]Pt + [4]He = [197]Hg* + n
С таким же успехом можно было бы получить искомый изотоп платины из
[194]Pt путем (n, ()-превращения либо из [200]Hg путем
(n, () -процесса. При этом, конечно, нельзя забывать, что природное золото и
платина состоят из смеси изотопов, так что в каждой случае приходится
учитывать конкурирующие реакции. Чистое золото придется в конце концов
выделять из смеси различных нуклидов и непрореагировавших изотопов. Процесс
этот будет требовать больших затрат. От превращения платины в золото вообще
придется отказаться из экономических соображений: как известно, платина
дороже золота.
Другим вариантом синтеза золота является непосредственное ядерное
превращение природных изотопов, например, по следующим уравнениям:
[200]Hg + р =[197]Au + [4]He
[199]Hg + d = [197]Au + [4]He
К золоту-197 привел бы также ((, р) -процесс (ртуть-198), ((, р)
-процесс (платина-194) или (р, () либо (d, n)-превращение (платина-196).
Вопрос заключается лишь в том, возможно ли это практически, а если да, то
рентабельно ли это вообще по упомянутым причинам. Экономичной была бы только
длительная бомбардировка ртути нейтронами, которые имеются в реакторе в
достаточной концентрации. Другие частицы пришлось бы получать или ускорять в
циклотроне -- такой метод, как известно, дает лишь крошечные выходы веществ.
Если природную ртуть подвергнуть в реакторе действию потока нейтронов,
то кроме устойчивого золота образуется главным образом радиоактивное. Это
радиоактивное золото (с массовыми числами 198, 199 и 200) имеет очень малую
продолжительность жизни и в течение нескольких дней вновь превращается в
исходные вещества с испусканием бета-излучения:
[198]Hg + n= [198]Au* + p
[198]Au = [198]Hg + e[-] (2,7 дня)
Исключить обратное превращение радиоактивного золота в ртуть, то есть
разорвать этот Circulus vitiosus[69], ни в коем случае не
удается: законы природы нельзя обойти.
В этих условиях менее сложным, чем "алхимия", кажется синтетическое
получение дорогостоящего благородного металла -- платины. Если бы удалось
направить бомбардировку нейтронами в реакторе так, чтобы происходили
преимущественно (n, ()-превращения, то можно было бы надеяться получить из
ртути значительные количества платины: все распространенные изотопы ртути --
[198]Hg, [199]Hg, [201]Hg -- превращаются в
устойчивые изотопы платины -- [195]Pt, [196]Pt и
[198]Pt. Конечно, и здесь очень сложен процесс выделения
синтетической платины.
Фредерик Содди еще в 1913 году предложил путь получения золота ядерным
превращением таллия, ртути или свинца. Однако в то время ученые ничего не
знали об изотопном составе этих элементов. Если бы предложенный Содди
процесс отщепления альфа-и бета-частиц мог быть осуществлен, следовало бы
исходить из изотопов [201]Tl, [201]Hg,
[205]Pb. Из них в природе существует лишь изотоп
[201]Hg, смешанный с другими изотопами этого элемента и химически
неразделимый. Следовательно, рецепт Содди был неосуществим.
То, что не удается даже выдающемуся исследователю атома, не сможет,
конечно, осуществить профан. Писатель Дауман в своей книге "Конец золота",
вышедшей в 1938 году, сообщил нам рецепт, как превратить висмут в золото:
отщеплением двух альфа-частиц от ядра висмута с помощью рентгеновских лучей
большой энергии. Такая ((, 2()-реакция не известна и до настоящего времени.
Помимо этого, гипотетическое превращение
[205]Bi + ( = [197]Au + 2(
не может идти и по другой причине: не существует устойчивого изотопа
[205]Bi. Висмут -- моноизотопный элемент! Единственный же
природный изотоп висмута с массовым числом 209 может дать по принципу
реакции Даумана -- только радиоактивное золото-201, которое с периодом
полураспада 26 мин снова превращается в ртуть. Как видим, герой романа
Даумана, ученый Баргенгронд, и не мог получить золото!
Теперь нам известно, как действительно получить золото. Вооруженные
знанием ядерной физики рискнем на мысленный эксперимент: 50 кг ртути
превратим в атомном реакторе в полновесное золото -- в золото-197. Настоящее
золото получается из ртути-196. К сожалению, этого изотопа содержится в
ртути только 0,148 %. Следовательно, в 50 кг ртути присутствует лишь 74 г
ртути-196, и только такое количество мы можем трансмутировать в истинное
золото.
Вначале будем оптимистами и положим, что эти 74 г ртути-196 можно
превратить в такое же количество золота-197, если подвергнуть ртуть
бомбардировке нейтронами в современном реакторе производительностью
10[15] нейтронов/(см[2]*с). Представим себе 50 кг
ртути, то есть 3,7 л, в виде шара, помещенного в реактор, тогда на
поверхность ртути, равную 1157 см[2], в каждую секунду будет
воздействовать поток 1,16 * 10[18] нейтронов. Из них на 74 г
изотопа-196 воздействуют 0,148 %, или 1,69 * 10[15] нейтронов.
Для упрощения примем далее, что каждый нейтрон вызывает превращение
[196]Hg в [197]Hg*, из которой захватом электрона
образуется [197]Au.
Следовательно, в нашем распоряжении имеется 1,69 * 10[15]
нейтронов в секунду для того, чтобы превратить атомы ртути-196. Сколько же
это, собственно, атомов? Один моль элемента, то есть 197 г золота, 238 г
урана, 4 г гелия, содержит 6,022 * 10[23] атомов. Приблизительное
представление об этом гигантском числе мы сможем получить лишь на основе
наглядного сравнения. Например, такого: представим себе, что все население
земного шара 1990 года -- примерно 6 миллиардов человек -- приступило к
подсчету этого количества атомов. Каждый считает по одному атому в секунду.
За первую секунду сосчитали бы 6 * 10[9] атомов, за две секунды
-- 12 * 10[9] атомов и т. д. Сколько времени потребуется
человечеству в 1990 году, чтобы сосчитать все атомы в одном моле? Ответ
ошеломляет: около 3 200 000 лет!
74 г ртути-196 содержат 2,27 * 10[23] атомов. В секунду с
данным потоком нейтронов мы можем трансмутировать 1,69*10[15]
атомов ртути. Сколько времени потребуется для превращения всего количества
ртути-196? Вот ответ: потребуется интенсивная бомбардировка нейтронами из
реактора с большим потоком в течение четырех с половиной лет! Эти огромные
затраты мы должны произвести, чтобы из 50 кг ртути в конце концов получить
только 74 г золота, и такое синтетическое золото надо еще отделить от
радиоактивных изотопов золота, ртути и др.
Да, это так, в век атома можно сделать золото. Однако процесс слишком
дорог. Золото, полученное искусственно в реакторе, бесценно. Проще было бы
продавать в качестве "золота" смесь его радиоактивных изотопов. Может быть,
писатели-фантасты соблазнятся на выдумки с участием этого "дешевого" золота?
"Mare tingerem, si mercuris esset" (Я море бы превратил в золото, если
бы оно состояло из ртути). Это хвастливое высказывание приписывали алхимику
Раймундусу Луллусу. Предположим, что мы превратили не море, но большое
количество ртути в 100 кг золота в атомном реакторе. Внешне неотличимое от
природного, лежит перед нами это радиоактивное золото в виде блестящих
слитков. С точки зрения химии это -- тоже чистое золото. Какой-нибудь Крез
покупает эти слитки по сходной, как полагает, цене. Он и не подозревает, что
в действительности речь идет о смеси радиоактивных изотопов
[198]Au и [199]Au, период полураспада которых
составляет от 65 до 75 ч. Можно представить себе этого скрягу, увидевшего,
что его золотое сокровище буквально утекает сквозь пальцы. За каждые три дня
его имущество уменьшается наполовину, и он не в состоянии это предотвратить;
через неделю от 100 кг золота останется только 20 кг, через десять периодов
полураспада (30 дней) -- практически ничего (теоретически это еще 80 г). В
сокровищнице осталась только большая лужа ртути. Обманчивое золото
алхимиков!

Тайна золотого медальона

Атомная физика дает также ответ на вопрос, возможны ли вообще с научной
точки зрения те "превращения" других металлов в золото, которые раньше
практиковали алхимики. Сегодня мы знаем, что превращение атомов в золото
осуществляется только в случае трансмутации соседних элементов -- ртути и
платины -- в устойчивое золото.
Все другие "процессы" получения золота -- превращением железа, олова,
свинца, даже серебра -- заранее обречены на неудачу. Если при таких
алхимических манипуляциях действительно "найдено" золото, то оно либо уже
было, либо обогащено повторными переплавками. Чаще же всего его ловко
примешивали с целью обмана. Нередко использовали и другие трюки для
изготовления сплавов и металлических покрытий, поразительно похожих на
золото.
Вспомним хотя бы латунь, которая в неокисленном состоянии обладает
прекраснейшим золотым блеском. А тот, кто не поверит, что отливающая золотом
бронза -- сплав меди (29) и олова (50) -- не является с точки зрения
"ядерной физики" золотом, должен просто сложить заряды ядер отдельных
компонентов: 50 + 29 = 79. Такой "расчет" сделал однажды один
ученый-юморист. Сейчас в ювелирном промысле часто и вполне законным образом
используют сплавы из других металлов, поразительно похожие на золото.
Принц-металл -- так именуют латунь золотой окраски. Мангеймским золотом
называют сплав меди, цинка и олова. Мозаичное золото, полученное из меди и
цинка, имеет оттенок самородного золота. Металл Гамильтона применяют для
"золочения" различных предметов. Однако наиболее известен тальми -- также
сплав меди с цинком, имеющий прекрасную золотую окраску и чрезвычайную
стойкость к коррозии.
Существуют, кроме того, минералы и химические соединения, сходные с
золотом. Сюда относятся слюда с желтовато-золотым блеском, называемая в
народе кошачьим золотом, и пирит (железный колчедан), имеющий металлический
латунный блеск. Легендарное золотое сокровище короля Креза, должно быть,
большей частью состояло из искрящегося пирита.
Совсем недавно, в 1974 году, канадским химикам удалось получить из
ртути кристаллы с золотым блеском. Речь идет о соединении необычайного
строения и состава: Hg1,85AsF6, арсенофториде ртути. Не "алхимия" ли это в
лучшем, классическом смысле!
Могут справедливо возразить, что средневековые алхимики еще ничего не
знали об атомной физике. У них не было ни сегодняшнего опыта, ни
научно-технических средств. Сторонники алхимии считали, что существовали
веские доказательства искусства алхимиков. Откуда же возникло золото,
которое изготовлял Луллус по поручению английского короля Эдуарда? Если мы
хотим развеять легенду о золоте древних умельцев, необходимо точно ответить
на этот и другие вопросы.
Из какого источника черпал золото саксонский курфюрст Август, который
занимался алхимией и оставил золотое сокровище в 17 миллионов талеров?
Что кроется за тайной золотого медальона, который преподнес алхимик
Зейлер императору Леопольду I?
Что означает аргентаурум мистера Эмменса?
Пришло время ответить на эти вопросы...
В честь победы на море над французами в 1340 году английский король
Эдуард III -- он царствовал с 1327 по 1377 год -- повелел чеканить
специальные золотые монеты, так называемые нобли. До 1360 года нобли
сохраняли провокационную надпись: "Король Англии и Франции". Монеты эти
якобы были изготовлены из золота Раймундуса Луллуса.
Раймундус Луллус родился в 1235 году, умер уже в 1315-м, по другим
источникам -- не позднее 1333-го. Он служил королю Эдуарду I, который
царствовал до 1307 года. Это несомненно. С другой стороны, установлено, что
нобли изготовлены из полновесного золота, а не из золота алхимиков. Выходит,
что Луллус не мог сделать золото. В то же время исторически достоверно, что
король Эдуард III собирал военные контрибуции путем повышения налогов и
наложением долговых обязательств. Не стесняясь, он конфисковал золотые
предметы из церквей и монастырей, налагал арест даже на символы коронации.
Семнадцать миллионов талеров золотом составило сокровище, которое
оставил своим наследникам саксонский курфюрст Август. Он правил с 1553 по
1586 год. Август сам был алхимиком, и к тому же ему служил алхимик Шверцер.
Свое золото Август якобы добыл тайным искусством.
Каково истинное происхождение этого золота? Аптекарь и историк Иоганн
Христиан Виглеб тоже задал себе такой вопрос. Точный ответ мы находим в его
"Историко-критическом исследовании алхимии или воображаемого искусства
изготовления золота", появившемся в 1777 году. Для опровержения легенды о
золоте алхимиков Виглеб перерыл исторические источники и обнаружил, что
золотому сокровищу саксонского курфюрста есть весьма вероятное объяснение. В
XV и XVI веках разработка серебряных руд в саксонских рудоносных горах
достигла неожиданного расцвета. Из плодоносных рудников в Шнееберге,
Фрайберге и Аннаберге добывали большие количества серебра. Десятая часть --
так называемая десятина -- должна была принадлежать властителю. Еще такое же
количество курфюрст получал с монетного двора за предоставленную привилегию
чеканки монет. Исторически доказано, что за 1471 -- 1550 годы саксонские
курфюрсты присвоили только из шнеебергских серебряных рудников более 4
миллиардов талеров.
В период правления курфюрста Августа серебряное изобилие рудоносных гор
не уменьшилось. Поэтому, по мнению Виглеба, "уже не является загадкой, как
Август после 33-летнего правления и столь же длительной эксплуатации
рудников... смог оставить 17 миллионов талеров... Можно удивляться, что он
не оставил больше". Шнеебергский пираргит содержал немалые количества
золота, которое тоже извлекали. Шверцер, милостью курфюрста назначенный
придворным алхимиком, имел особое пристрастие к этой серебряной руде и
"трансмутировал" ее до тех пор, пока в плавильном тигле не начинало сверкать
золото.
В 1677 году монах Венцель Зейлер опустил серебряный медальон весом 7 кг
примерно на четыре пятых в удивительную жидкость и на глазах придворных
императора Леопольда I превратил его в чистое золото. Никто и не думал
тогда, что трюк Зейлера будет разгадан только через 250 лет. Конечно, и
раньше отбирали пробы по несколько сантиметров с обеих сторон "границы
трансмутации" для определения плотности. Эти зарубки можно увидеть и сейчас.
Полученное неопределенное значение 12,6, правда, не совсем соответствовало
плотности чистого золота (19,3), а скорее, сплаву серебра с золотом,
содержащему 37 % золота. Однако такое предположение еще не давало ключа к
тайне медальона.
В последующие годы отбор проб был запрещен, ввиду ценности медальона
для истории искусства. Неизвестно было, как разгадать тайну, не отбирая проб
для химического анализа. Только в 1931 году два химика из Института
микроанализа Венского университета. Штребингер и Райф, смогли нарушить это
табу. Они заверили, что используют для каждого анализа не более 10--15 мг.
Ученые отобрали пробы без видимого повреждения медальона и установили состав
сплава. Чувствительные методы микроанализа дали поразительный результат:
медальон имеет совершенно однородный состав, а именно: 43 % серебра, 48 %
золота, 7 % меди и небольшие количества олова, цинка и железа.
Как же удалось Зейлеру придать серебряному сплаву такой оттенок, что
все приняли его за чистое золото? Ибо по результатам анализа стало
совершенно ясно, что речь здесь идет об окрашивании, а не превращении
металла.
Венские химики твердо решили окончательно разгадать тайну
средневекового медальона. По их просьбе венский монетный двор изготовил
сплав такого же состава. Штребингер и Райф погружали его образцы в самые
различные кислоты и растворы солей, пока не открыли вновь рецепт Венцеля
Зейлера. Холодная, наполовину разбавленная азотная кислота, которую хорошо
умели готовить средневековые алхимики и использовали для разделения золота и
серебра, сообщает погруженным в нее серебряным сплавам желаемый золотой
блеск! В настоящее время такое травление или "желтое кипячение" относится к
самым употребительным рабочим приемам ювелиров. Обработкой различными
минеральными кислотами достигается желаемая окраска чистого золота в 24
карата.
Остается еще объяснить случай с американцем Эмменсом. Откуда возникло
золото, которое добывал этот современный алхимик якобы из мексиканских
серебряных долларов? Имелось серьезное подозрение, что Эмменс был связан с
преступной бандой, переплавлявшей похищенные украшения и предметы искусства.
Такая переплавка практиковалась еще испанцами, которые превращали в слитки
золото ацтеков, не задумываясь над их художественно-исторической ценностью.
Почему бы и Эмменсу не поступить так же, полагали в Нью-Йорке. "Алхимик",
который как ремесленник изготовляет благородный металл,-- это ли не самый
безопасный способ прикрытия?

Радиоактивное золото -- более ценное, чем природное

Обсуждая возможность искусственного получения золота из ртути, мы
видели, что обратное превращение золота в ртуть не так уж невозможно. По
существу, только благодаря капризу природы золото существует как природный
элемент. Причина того, что золото естественным путем не превращается в
ртуть, заключается в несколько большей устойчивости ядра [197]Au
по сравнению с [197]Hg -- всего на 1 МэВ. Если бы, наоборот,
[197]Hg обладала бы большей устойчивостью, то вообще не
существовало бы природного золота. Слитки из искусственного золота
превращались бы в лужу ртути.
Весть о том, что золото пытались в научных целях превратить в другой
элемент, например в ртуть, наверняка привела бы в недоумение тайных
приверженцев алхимии. Каковы причины такой "алхимии навыворот"?
Одно время в измерительной технике особое значение приобрел изотоп
ртути с массовым числом 198. Этот изотоп требовался в очень чистом виде.
Выделить его из природной ртути либо не удавалось, либо нельзя было из-за
огромных затрат. Оставался лишь один путь. Нужно было получить ртуть-198
искусственно, а для этого требовалось золото. Почему же для науки свет
клином сошелся на этой ртути?
Метр -- это одна сорокамиллионная часть окружности Земли по экватору.
Так раньше учили в школе. С 1889 года в Париже хранится эталон метра --
стержень из сплава платины с иридием. Однако этот эталон является
искусственной мерой, которая может изменяться. В поисках постоянного,
естественного стандарта длины вскоре нашли другую единицу: один метр
соответствует 1553164,1 длинам волн красной спектральной линии кадмия,
равных 6438 А (1 А = 10[-10] м). При помощи такого стандарта
достигли довольно высокой точности, достаточной для многих целей. Во время
второй мировой войны британские конструкторы приборов для воздушной и
морской навигации в целях секретности использовали лишь величины на основе
красной линии кадмия.
Однако новая мера длины все же не соответствовала самым высоким
требованиям. Кадмий -- смешанный элемент, и каждый из его изотопов дает
красную спектральную линию, длина волны которой чуть-чуть отличается от
других. Поэтому еще в 1940 году американские физики Вайнс и Альварес
предложили производить отнесение к зеленой линии спектра ртути-198 с длиной
волны 5461 А. Эта линия резко ограничена и абсолютно монохроматична. Вайнс и
Альварес бомбардировкой золота нейтронами в циклотроне в течение месяца
получили ртуть-198 в количествах, необходимых для спектрального анализа.
Образовавшийся изотоп ртути они отделяли накаливанием. Его пары
конденсировали в крошечных капиллярах.
После второй мировой войны в США в продажу поступили первые ртутные
лампы Mercury-198 Lamps. Они содержали 1 мг ртути-198, которая была получена
из золота в атомном реакторе. Другие государства вскоре также стали
выпускать требуемый изотоп ртути. С 1966 года его получают в ГДР, в
Центральном институте ядерных исследований в Россендорфе. В тамошнем атомном
реакторе химики получили около 100 мг ртути-198 с изотопной чистотой 99 % из
95 г чистого золота в результате его 1000-часовой бомбардировки нейтронами:
[197]Au + n = [198]Au* + (
[198]Au* = [198]Hg + e[-]
На основе такого нового стандарта длины метр был вновь "перемерен". Он
составляет 1831249,21 длин волн зеленой линии изотопа 198Hg. В настоящее
время ртуть-198 опять-таки вытеснена изотопом благородного газа криптона --
[86]Kr, оранжевая линия которого длиной 6058 А более
воспроизводима. Один метр соответствует 1650763,73 длинам волн излучения
атомов криптона-86 в вакууме.
Промежуточный продукт синтеза ртути-198--радиоактивное золото-198--
также нашел применение. Этот изотоп излучает бета-лучи и распадается с
периодом полураспада 65 ч до устойчивого изотопа [198]Hg. В
настоящее время его используют как лекарственный препарат -- в
мелкодисперсном состоянии в виде золотого золя. Оно применяется для
получения радиограмм органов человеческого тела и для лечения раковых
опухолей. Для этой цели его впрыскивают в соответствующие ткани. Каждый атом
золота действует как маленькая рентгеновская трубка и убивает раковые клетки
в строго ограниченной области. Такая терапия гораздо целесообразнее, чем
облучение больших поверхностей. Радиоактивное золото значительно менее
вредно, чем рентгеновские лучи. Весьма наглядны также случаи исцеления при
обработке лейкозов, болезненном увеличении числа белых кровяных шариков. В
борьбе с бичом рака искусственное радиоактивное золото уже оказало
человечеству неоценимые услуги.
Современная наука вне всякого сомнения скажет: превращение элементов --
да, превращение в золото -- нет! Для чего? Сегодня золото растрачивают, не
задумываясь, для синтеза других элементов, представляющих интерес для науки.
Золото используют, чтобы искусственно получить изотопы франция и астата --
элементов, которые, как известно, нельзя получить из природных источников.
Здесь также алхимию ставят с ног на голову. Франций получают из золота,
которое в современных ускорителях бомбардируют ионами кислорода или неона:
[197]Au + [22]Ne = [212]Fr +
[4]Не + 3n
Астат образуется путем превращения золота при обстреле последнего
разогнанными ядрами углерода:
[197]Au + [12]С = [205]At + 4n
Вот, каким "дорогим" стало золото для современной науки: она не
стремится получить его искусственно, а, скорее, использует как "сырье" для
синтеза других элементов.