Изотоп плутония [238]Pu оправдал себя и для других медицинских целей. Он служит источником энергии для "искусственного сердца" -- насоса для крови, спасителя жизни при остановке кровообращения. Элемент плутоний все больше делается похожим на двуликого Януса -- он в равной мере может внушать как надежды, так и страх.
Калифорний: в поисках наркотиков и золота
В 1950 году трансурановый элемент калифорний (Cf) появился на свет в количестве нескольких атомов. В настоящее время планируется и осуществляется "производственная программа" для получения его миллиграммовых количеств. Мировой запас калифорния составляет несколько граммов, вероятно, никак не более 5 г. Калифорний невероятно дорог. Один грамм его стоит около 10 миллионов долларов. Какие же свойства, несмотря на это, делают этот изотоп столь необходимым?
Калифорний-252 имеет период полураспада 2,6 года. При этом самопроизвольно делится 3 % всех атомов и при каждом делении выделяется четыре нейтрона. Вот именно такая нейтронная эмиссия и делает калифорний-252 столь интересным, ибо 1 г в секунду выделяет 2,4 биллиарда (10[12]) нейтронов. Это соответствует нейтронному потоку среднего ядерного реактора! Если бы такое нейтронное излучение захотели получить классическим путем из радиево-бериллиевого источника, то для этого потребовалось бы 200 кг радия. Столь огромного запаса радия вообще не существует на Земле. Даже такое невидимое глазом количество, как 1 мкг калифорния-252, дает более 2 миллионов нейтронов в секунду. Поэтому калифорний-252 в последнее время используют в медицине в качестве точечного источника нейтронов с большой плотностью потока для локальной обработки злокачественных опухолей.
Во многих случаях калифорний может теперь заменить атомный реактор, например для таких специальных аналитических исследований, как нейтронная радиография или активационный анализ. С помощью нейтронной радиографии просвечиваются детали самолетов, части реакторов, изделия самого различного профиля. Повреждения, которые обычно невозможно обнаружить, теперь легко находят. Для этой цели в СССР и США разработана транспортабельная нейтронная камера с калифорнием-252 в качестве источника излучения. Она позволяет вести работу вне зависимости от стационарного атомного реактора. В борьбе с преступностью в США такая нейтронная камера показала свой превосходный "нюх". Таблетки ЛСД и марихуана, спрятанные в патронных гильзах, были сразу обнаружены. С помощью рентгеновских лучей контрабандные наркотики найти не удавалось.
Более распространено использование калифорния в нейтронно-активационном анализе. Под этим имеется в виду высокочувствительный метод анализа, пригодный в особенности для определения следов элементов. Исследуемые вещества подвергают облучению потоком нейтронов, в результате чего образуются искусственные радиоактивные изотопы. Интенсивность их излучения является мерой содержания составных частей примесей. При (n, ()-реакциях можно с помощью гамма-спектроскопии высокой точности изящным методом измерить интенсивность гамма-излучения, специфическую для каждого нуклида, а по интенсивности найти содержание определяемого элемента.
В настоящее время общепринято активировать материал пробы в атомном реакторе. Однако все более предпочтительными становятся небольшие переносные источники нейтронов. Они позволяют проводить нейтронно-активационный анализ на месте. Убедительным примером является изучение состава поверхности Луны и удаленных от Земли планет. При поисках рудных месторождений, находящихся в недоступных местах на Земле и на дне моря, применяют точечные источники нейтронов. Для разведывания месторождений нефти используют зонды буровых скважин с калифорнием-252.
В активационном анализе чувствительность чрезвычайно высока. Могут быть обнаружены ничтожные количества -- 10[-10]-- 10[-13] г исследуемого вещества. Для некоторых элементов чувствительность еще выше. Например, с помощью активационного анализа удается обнаружить даже 10[-17] г, то есть около 250 00 атомов.
Умер ли Наполеон 1 в ссылке естественной смертью? На этот вопрос, неоднократно подвергавшийся обсуждению, был получен однозначный ответ лишь 140 лет спустя. В качестве "вещественного доказательства" послужила прядь волос французского императора, которая была срезана у него 5 мая 1821 года на острове св. Елены, через день после его смерти. Она хранилась из поколения в поколение несколькими почитателями в качестве драгоценного сувенира. Судебные медики обнаружили, что император стал жертвой отравления. С помощью активационного анализа было установлено, что в волосах Наполеона содержится мышьяка в 13 раз больше нормы. Из различного содержания мышьяка на отдельных участках роста волос можно было установить даже время, когда начали ему подмешивать в пищу яд.
В настоящее время уже не является загадкой происхождение античных мраморных статуй, поскольку стало известно, что для различных древних мраморных каменоломен характерно присутствие определенных примесных элементов. Исследования красящих пигментов картин с помощью активационного анализа оказались весьма ценными для их датирования. Следы посторонних примесей в свинцовых белилах -- весьма распространенной краске -- совершенно характерно изменяются с течением времени. Сходное поведение обнаружено также для других художественных красок. С тех пор, как появился нейтронно-активационный анализ, исчезли все возможности для подделки картин старых мастеров.
Неоценимое преимущество этого метода проявляется в особенности при исследовании ценных старинных произведений искусства, ибо испытание не связано абсолютно ни с каким разрушением. При других современных методах анализа, как, например, рентгенофлюоресцентном или спектральном, неизбежно хотя бы поверхностное повреждение изучаемого объекта.
Золото и серебро также можно прекрасно определять путем активационного анализа, причем как в микро-, так и в макроколичествах. Знаменитый медальон Венцеля Зейлера остался бы в настоящее время неповрежденным, если бы его тайна была раскрыта с помощью этого метода. Активационный анализ, предназначенный прежде всего для следов элементов, был применен и для макроскопических определений. Используя небольшие потоки нейтронов [10[3] нейтронов/(см[2]*с) вместо обычных 10[9 ]-- 10[14]], можно определить основные составные части сплава, например содержание золота и серебра в золотой монете. Хорошую службу оказывают здесь источники нейтронов на основе калифорния-252.
Таким образом, в настоящее время вполне возможно определить состав или же подлинность исторических монет из благородных металлов без их разрушения. Теперь можно было бы изобличить даже фальшивомонетчиков древности. Когда папа Григорий IX отлучил от церкви римского императора и короля Сицилии Фридриха II, он кроме всего прочего обвинил его в подделке монет. Это легко было обнаружить для серебряных динаров, пущенных в обращение Фридрихом II, ибо они имели лишь посеребренную поверхность. А как же обстояло дело с известными золотыми августалами (которые приказал чеканить Фридрих) -монетами большой нумизматической ценности? Обладали ли они предписанным содержанием благородного металла в 20,5 карата, что составляло 85,5 % золота? На этот вопрос долгое время нельзя было ответить, ибо никто не решался пожертвовать немногими коллекционными монетами для традиционного анализа. Нейтронная активация без повреждения монет дала доказательство того, что августалы XIII века соответствовали требуемому составу, то есть являлись подлинными.
В прежние времена выпуск фальшивых монет был строго наказуем. В 1124 году английский король Генрих I приказал жестоко изувечить сто мастеров монетного двора по подозрению в подмене серебра в монетах на олово. В настоящее время, с 1971 года, эти мастера должны считаться реабилитированными, хотя и слишком поздно: активационный анализ безупречно доказал, что серебряные монеты, вызывавшие подозрения, содержат требуемые количества металла.
