Мир, созданный химиками. От философского камня до графена - Петр Образцов

Надо добавить, что подвергнутые бомбардировке города Хиросима и Нагасаки находятся вдали от густонаселенного центра Японии, атака на который привела бы к гораздо большему числу жертв среди мирного населения.

Разумеется, помимо ударной волны, светового и ионизирующего излучения при взрыве бомбы происходит еще и радиоактивное заражение местности, однако в случае сброшенных на Хиросиму и Нагасаки бомб действие этого фактора было не слишком велико, поскольку массы ядерных зарядов в обоих случаях исчислялись килограммами. Конечно, в момент взрыва и годы спустя тысячи японцев умерли от лучевой болезни, однако после взрыва 4-го реактора Чернобыльской АЭС значительно большая площадь подверглась радиоактивному заражению и значительно большее количество людей заболели. Это объясняется тем, что при взрыве реактора в атмосферу были выброшены не килограммы радиоактивных веществ, а тонны ядерного топлива, зато практически отсутствовало поражение ударной волной и световым излучением, поскольку при аварии произошел не ядерный, а тепловой взрыв, то есть не было расщепления ядер. Авария на Чернобыльской АЭС была не первой в ряду таких происшествий с атомными электростанциями, но самой крупной и серьезной. При всех сложностях, связанных с использованием атомной энергии, мы без нее не обойдемся. И именно АЭС представляют собой наиболее важное практическое применение явления радиоактивности, открытой Анри Беккерелем. А вовсе не атомная или водородная бомба.

Едоки радиации

Сегодня, казалось бы, всем совершенно очевидна вредоносность радиоактивного излучения, но удивительное дело — некоторые живые организмы буквально «питаются» радиацией. Например, в почве вблизи объекта «Укрытие» (бетонного саркофага над 4-м реакторным блоком ЧАЭС) и даже в самом этом объекте расплодились микроскопические грибы. Надо отметить, что исторически лишь недавно грибы были выделены из царства растений — они образуют «третье царство» природы, после растений и животных. С растениями их сближает привязанность к месту произрастания и рост в течение всей жизни, а с животными — отсутствие фотосинтеза и питание уже готовым органическим материалом. Грибы неприхотливы, растут где угодно, в самых, казалось бы, не приспособленных для жизни условиях. Cladosporium sphaerospermum, Cryptococcus neoformans и Wangiella dermatitidis, живущие на ЧАЭС, с успехом используют для своего роста бета-распад радиоактивного цезия-137.

Слишком большой опасности для человека цезий-137 не представляет, поскольку излучает лишь электроны (это и есть бета-распад), которые поглощаются даже листом бумаги. Все три вида грибов в присутствии цезия-137 развиваются гораздо быстрее и наращивают значительно большую массу, чем без него. Более того, микроскопические грибы тянутся к источнику излучения, как подсолнух к солнцу, при этом у них ускоряется выработка пигмента меланина. Меланин в грибах является некоторым аналогом хлорофилла, с помощью которого под действием света происходит соединение углекислого газа воздуха с водой (фотосинтез) и образование «тела» растения. Однако в грибах фотосинтез не идет, и роль излучения цезия-137 сводится, по-видимому, к активации образования меланина и увеличения массы гриба.

Таким образом, грибы не просто выживают, а наслаждаются своими невероятными условиями проживания. Никаких других живых существ в горячей зоне Чернобыльского реактора нет. Вообще воздействие радиации на животных и человека далеко не всегда смертоносно. Некоторые японцы, пережившие атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, уже поставили рекорды продолжительности жизни в своей стране, которая и так занимает первое место в мире по этому важнейшему показателю. Более того, существует теория о появлении homo sapiens в результате мутации человекоподобной обезьяны под действием природного ядерного реактора, работавшего в Габоне миллионы лет тому назад. Открыт был этот реактор, когда дотошные французские аналитики измерили содержание изотопов уран-235 и уран-238 в руде, привезенной из рудника около местечка Окло. Урана-235 оказалось как-то маловато, причем следует отметить, что это «маловато» проявилось не то в третьем, не то в четвертом знаке после запятой — вот каковы сейчас методы анализа. Куда же делся уран-235? Скорее всего, выгорел в ходе работы природного реактора, который включился из-за большой концентрации урана в этом месторождении.

Проблема появления разума у нашего предка, которому в принципе для пропитания и продолжения рода разум был не нужен, решается в этой теории на генетическом уровне. Случайная мутация — а ведь это химическая реакция! — привела к увеличению массы и числа извилин в мозгу нашего предка, благодаря чему тот наловчился охотиться на первобытного кролика.

Нобелевскую премию по физике за 1903 год Анри Беккерель разделил с супругами Кюри. Забавно, что он получил премию «за открытие самопроизвольной радиоактивности», хотя сам-то Беккерель таинственное излучение никак специально не называл, а другие физики тогда использовали термин «лучи Беккереля». То есть супруги Кюри «отняли» именной термин у Беккереля, открывшего новое явление, и присвоили лучам имя, производное от их радия. Зато история открытия Беккереля, как и истории других случайных, но потрясающих открытий, вполне достойна отдельной главы.

Глава 16

Случайные и неслучайные открытия

Есть такое симпатичное выражение: падение яблока точно на голову Ньютона является несомненным свидетельством их обоюдной научной зрелости. Никакая случайность не привела бы к открытию новых веществ и явлений, если бы не талант и интуиция ученых, обративших внимание на нечто необычное.

Лучи Беккереля

Вот как была открыта радиоактивность, наверное, самое удивительное явление в мире физики. В 1896 году французский физик Антуан Анри Беккерель получил должность заведующего кафедрой физики в парижской Политехнической школе, которую правильнее было бы назвать не школой, а высшим учебным заведением, но так уж сложилось. За год до этого Вильгельм Конрад Рентген открыл свои Х-лучи, которые потом стали называть рентгеновскими или просто рентгеном.

Эти лучи, являющиеся на самом деле электромагнитными волнами весьма малой длины, возникают при торможении электронов на стенках стеклянной откачанной трубки, в которую впаяны разноименные электроды — катод и анод. Электроны вылетают из катода при его нагревании, причем образование рентгеновских лучей часто сопровождается свечением — люминесценцией. Сами-то рентгеновские лучи невидимы, человеческий глаз различает цвет электромагнитных волн только видимого диапазона, то есть свет.

Но еще до открытия рентгена люминесценцию наблюдали при освещении люминесцентного вещества (люминофора) именно видимым светом, поэтому Беккерель предположил, что люминесценция и испускание рентгена — явления одной природы. И вполне логично решил выяснить, не возникают ли эти Х-лучи при облучении люминофора обычным светом. По невероятно счастливому стечению обстоятельств у него тогда под рукой оказался только один люминофор, а именно урановая соль уранил-сульфат калия K2(UO2) (SO4)2. Он взял фотопластинки, завернул их в плотную черную бумагу, пропускающую рентгеновские лучи (это он уже проверил), и на получившийся пакетик насыпал свой люминофор. Затем, дождавшись солнечного дня, он положил пакетик на подоконник и оставил его там на несколько часов. И пожалуйста — пластинки оказались засвеченными! Беккерель, естественно, решил, что открыл новое явление — образование рентгеновских лучей при освещении люминофоров.

Но тут опять вмешался его превосходительство случай. В какой-то из дней Беккерель развернул пакет с фотопластинками, на который была насыпана соль урана, но пакетик этот не выставлялся на свет — он спокойно лежал себе в лабораторном шкафу, в полной темноте. Как уж Беккерель догадался совершить столь нелепый поступок, непонятно — любому другому было бы очевидно, что пластинки не могут засветиться, ведь света-то нет? А они засветились! И вместо того чтобы выругать лаборанта, явно перепутавшего образцы для опытов, Беккерель стал исследовать это явление и вскоре понял, что соль урана испускает какие-то другие, вовсе не рентгеновские, а неизвестные ранее лучи. Те самые, которые потом Мария Кюри назвала радиоактивными, хотя первоначально физики стали называть их, по аналогии с рентгеновскими, лучами Беккереля.

Беккерель был настоящим ученым. Он не ограничился уранил-сульфатом калия и, перепробовав все известные к тому времени люминофоры, убедился, что не содержащие урана люминофоры не засвечивают фотопластинки. Зато засвечивают их любые соединения урана, в том числе, и это самое важное, не проявляющие люминесцентных свойств. Всякие простейшие оксиды или хлориды. А значит, это свойство самого элемента уран. Остается только добавить, что и рентгеновские лучи были открыты случайно, и применяются они сегодня практически так же, как во времена Рентгена, обнаружившего их, — для дефектоскопии, в том числе человеческого организма. Чтобы посмотреть, где и как сломана нога, из какого органа надо вынуть осколок снаряда и нет ли подозрительных образований в легких.