Как там у вас, на Бета-Лире?
Шрифт:
Чтобы сразу покончить с этой проблемой — независимости появления радиоактивных свойств от положения элемента в периодической системе, — обращусь к элементу, легче которого быть уже не может: к водороду.
«Шутите! — скажет иной из читателей-скептиков. — Вот уж кто не может быть радиоактивным, так это водород. Ведь в состав его ядра входит один протон. Что же ему, сироте, выбрасывать? Этот один-одинешенек протон? А что тогда останется, что будет выступать в качестве продукта распада? И вообще, не напоминает ли предположение о возможной радиоактивности водорода известную песню, завершающуюся словами: «Если это плов,
Песня действительно хороша, особенно в исполнении Рашида Бейбутова. Но кто сказал, что утверждение о радиоактивности элемента № 1, водорода, — это «предположение», да еще «возможное»? Впрочем, к чему вопросы, к чему восклицания? Обратимся к физике.
Околосветовой (то есть летящий со скоростью, близкой к скорости света) протон, сталкиваясь с атомами атмосферных газов, может вышибить из них и нейтроны, которые, в свою очередь, будут обладать энергией, достаточной для того, чтобы прошла реакция взаимодействия нейтронов с азотом: N + n = C + H.
Баланс по зарядам ядер проводить нет нужды: и так ясно, что и справа и слева — по 7 (7+0 = 6+1). Но вот расчет массовых чисел участников этой реакции, как и в прошлый раз, приведет к любопытным результатам. Составим уравнение с «иксом», по сложности, впрочем, не превышающее те уравнения, что нынче без труда решают первоклассники: 14+1 = 12+ х, где х — массовое число водорода. Находим: х=3. Но позвольте, это же какой-то водородный мастодонт, так сказать, сверхтяжелый водород! Насчет «мастодонта» настаивать не буду — термин этот, надо сказать, не очень химический, — а вот что касается сверхтяжелого, то мы тут попали в самую точку, потому что изотоп водорода с массовым числом 3 именно так и называется сверхтяжелым водородом. А еще его называют тритием.
Перегруженность нейтронами не проходит сверхтяжелому водороду даром. Один из нейтронов рано или поздно выбрасывает электрон, превращаясь в протон и переводя тем самым элемент № 1 в элемент № 2. Выбрасывание же электрона есть не что иное, как бета-распад. Поэтому тритий, самый настоящий радиоактивный и, что самое важное, естественный радиоактивный изотоп водорода, откроет список естественных радиоактивных элементов.
Дальнейший рассказ о том, как космические лучи превращают атмосферные газы в естественные радиоактивные изотопы легких элементов (помимо водорода и бериллия, здесь пришлось бы перечислить еще и углерод, и натрий, и кремний и т. п.), будет уже содержать лишенные особой новизны подробности.
Впрочем, и так ясно, что обладающие исключительно высокой энергией частицы космического излучения могут выполнить достаточно серьезную работу.
Впрочем, хотя бы немного, но об одном из этих легких радиоактивных элементов, об углероде-14, надо поговорить.
В атмосфере содержится углекислый газ. Растения днем поглощают углекислый газ, а ночью выдыхают его. Поэтому происходит непрерывный обмен углекислотой между растениями и атмосферой. Утверждение — из числа общеизвестных, но вспомнить о нем необходимо.
Теперь вторая сторона вопроса. Уже несколько миллионов, а может быть, даже десятков миллионов лет состав атмосферы постоянен. Постоянен и уровень космического излучения. Поэтому постоянным будет и количество радиоактивных элементов, образующихся в атмосфере.
Третья сторона. Радиоактивный углерод образуется
Поэтому атмосферная углекислота нашей планеты характеризуется постоянным содержанием радиоактивного углерода.
Четвертая сторона. Растения ассимилируют углекислый газ, и, следовательно, он переходит в растительные организмы, а так как идет непрерывный обмен углекислотой между воздухом и растениями, то во всей земной флоре устанавливается такое же относительное содержание радиоактивного углерода, как и в воздухе.
Пятая сторона. Животные питаются растениями. Даже если какой-то из представителей фауны — убежденный противник вегетарианской диеты, то он харчуется животными-вегетарианцами. Поэтому радиоуглерод попадает и в организм животных.
И становится ясным, что все живое на Земле — от инфузории до слона, включая в этот промежуток енота, попугая ара, человека и королевского питона, — содержит радиоактивный изотоп углерод-14.
Сторона шестая. Если организм погибает, то прекращается обмен с окружающей средой. И поэтому в органических остатках количественное содержание радиоактивного углерода начинает уменьшаться — этот изотоп распадается наполовину за 5,5 тысячи лет.
Сторона седьмая. Определяя относительное содержание радиоактивного углерода в органических остатках (а измерения радиоактивности, как правило, очень точны и чувствительны), можно, как правило, установить время, когда погибло то или иное растение и животное. Вот почему археологи так радостно взяли на вооружение радиоуглеродный метод: еще бы, они узнали с неслыханной ранее для историков достоверностью и то, в каком веке до нашей эры носили американские аборигены найденные в раскопках сандалии, и когда была сработана погребальная ладья фараона Сезостриса III, и даже когда были написаны кожаные свитки, тексты которых впоследствии были положены в основу Библии. Но об этом пусть и очень интересном применении радиоуглерода здесь рассказывать не место.
Как видим, у радиоуглеродной проблемы столько сторон, что и не понять, какую они образуют фигуру. Оставим размышлять над этим геометров, а сами пойдем дальше.
Геофизики хорошо знают, что плотность силовых линий магнитного поля наиболее высока в районе магнитных полюсов Земли, наименьшая же — в экваториальных областях. Замечание отнюдь не случайное, потому что заряженные частицы космических лучей, приближаясь к нашей планете, начинают перемещаться вдоль линий магнитного поля. Вот отчего концентрация радиоизотопов в воздухе будет различной в различных географических широтах. Рейс «Михайлы Ломоносова», о котором упоминалось ранее, как раз и должен был установить зависимость между радиоактивностью атмосферы и широтой и тем самым подтвердить теорию возникновения естественных радиоактивных элементов в атмосфере.
Стоит ли говорить, что с задачей своей он справился полностью. Иначе этот параграф и не был бы написан.
Долгий век тория и бабочки-однодневки
Если бы мы постоянно закрашивали, скажем, красной краской те клетки таблицы Менделеева, где обнаружено хотя бы по одному естественному радиоактивному изотопу, то, дойдя до этого места книги, мы обнаружили бы, что красной краской покрыты «края» таблицы — начало и конец. Что ж, примемся за середину.