Восемь тонн руды ради крупицы тепла: история химического элемента, который всех удивил
Однажды пасмурная погода сорвала один научный опыт, но помогла совершить другое большое открытие. Рассказываем, как один и тот же химический элемент успел побывать научной сенсацией, опасной модой и лекарством.
Как непогода помогла науке
В 1896 году французский физик Анри Беккерель изучал фосфоресценцию — способность вещества поглощать свет, а затем постепенно «отдавать» энергию в виде свечения. Вдохновленный недавним открытием рентгеновских лучей, он решил проверить, способны ли соли урана после воздействия солнечного света испускать похожее излучение. Погода в Париже стояла пасмурная, и опыт пришлось отложить. Беккерель убрал образцы вместе с фотопластинкой в темный ящик. Через несколько дней пластинка оказалась засвеченной — так ученый открыл явление естественной радиоактивности.
Беккерель рассказал об открытии знакомым физикам — Пьеру и Марии Кюри. Мария как раз выбирала тему для диссертации, и супруги занялись изучением нового явления. Во время опытов они исследовали урановую смоляную обманку — руду, из которой уже извлекли уран. Оставшееся сырье оказалось радиоактивнее чистого урана — значит, в нем скрывались неизвестные вещества с еще более сильным излучением. Разделяя руду на компоненты, в 1898 году Кюри обнаружили два новых элемента — полоний и радий. Полоний назвали в честь Польши — родины Марии, а радий — по латинскому слову radius, «луч».
Радиоактивная мода
Чтобы выделить 0,1 грамма хлорида радия, супругам пришлось переработать около восьми тонн руды. Добытые с таким трудом крупицы обладали необычными свойствами. Радий был в миллион раз радиоактивнее урана и постоянно выделял тепло — без горения и внешнего нагрева. В 1903 году Пьер Кюри и Альберт Лаборд измерили этот эффект: один грамм радия давал около 100 калорий тепла в час. Этого хватило бы, чтобы нагреть на один градус полстакана воды.
Слухи о чудесных свойствах нового элемента быстро вышли за пределы лабораторий. Радий стали добавлять в зубные пасты, кремы и пудру: считалось, что он укрепляет десны, придает коже и зубам особое сияние. Им «обогащали» даже шоколад и питьевую воду. Соединения радия использовали и в светящихся красках для циферблатов часов, чтобы цифры и стрелки были видны в темноте.
Бытовая мода на радий быстро пошла на спад, когда стало понятно, что он далеко не безвреден для здоровья. В науке же интерес к радиоактивности, наоборот, только набирал силу. В России первым потенциал нового явления оценил Владимир Вернадский. По его инициативе в 1909 году создали Радиевую комиссию, участники которой занялись поиском месторождений радиоактивных руд и их изучением. В 1922 году в Петрограде открылся Радиевый институт, где исследовали строение атома и ядерные процессы. Эти работы стали одним из шагов к развитию радиохимии и будущей атомной энергетики.
«Дедушка» мирного атома
В 1930-х годах радий стал одним из рабочих инструментов новой ядерной физики. С его помощью ученые исследовали строение атомного ядра и происходящие в нем процессы. Для этого радий смешивали с бериллием: такой «коктейль» испускал нейтроны — частицы, способные воздействовать на ядра других атомов. Наблюдая за результатом, ученые могли буквально заглянуть внутрь материи. С появлением первых ускорителей значение радия стало снижаться: новые установки делали эксперименты точнее и разнообразнее.
Первый в Европе циклотрон — ускоритель заряженных частиц — запустили в 1937 году как раз в Радиевом институте. Установка позволяла получать гораздо более мощные и управляемые пучки частиц для ядерных экспериментов.
В ходе опытов с радием ученые открыли, в частности, деление ядра — процесс, при котором атомное ядро распадается на части и выделяет энергию. Это стало важным шагом к созданию ядерных реакторов. Сам радий, впрочем, топливом для них не стал: его атомы не могут поддерживать цепную реакцию. Эту роль взяли на себя его «близкие родственники» — уран и плутоний. Однако об их способности «делиться» ученые узнали как раз благодаря экспериментам с «коктейлями» из радия и бериллия.
Помощник геолога и врача
Сегодня в энергетике радий чаще выступает не как рабочий материал, а как природная метка. Например, геологи измеряют содержание радия в породах, чтобы лучше понимать строение месторождения и движение пластовых вод. Используют радиоактивный элемент и при поиске урановых залежей: присутствие радона — газа, который образуется при распаде радия, — может указывать на скрытые запасы урана.
Новую жизнь радий получил в современной медицине. Еще в начале XX века его стали применять в брахитерапии: источник излучения помещали непосредственно у больной ткани, в том числе при лечении онкологических заболеваний. Этот метод стал одним из важных этапов развития лучевой терапии.
«За последние 20–30 лет применение радия в медицине существенно изменилось. Сейчас его используют не для общего радиоактивного облучения, а для таргетной терапии — когда препарат стараются доставить именно туда, где он должен действовать. Первые клинические испытания такого подхода начались в 2000 году, в 2013-м препараты радия одобрили для широкого применения в США, а в 2016-м такое лечение стало доступно и в России», — поясняет Юлия Дугина, заместитель генерального директора по исследованиям и развитию группы фармацевтических компаний «Фарматом».
Современная медицина использует одну из разновидностей элемента — радий-223. Препарат вводят в кровь, после чего вещество, подобно кальцию, поглощается костной тканью. Его излучение распространяется меньше чем на 100 микрометров — примерно на толщину человеческого волоса. Благодаря этому воздействие получается более точным, чем при классической лучевой терапии.
Хотите узнать больше? ИИ-ПОИСК поможет разобраться.
