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