Открытия и гипотезы, 2015 №05

В 1966 американский физик Пол Купер предложил на суд общественности интересную физическую головоломку — сколько человек, упавший в гипотетический тоннель, прорытый сквозь нашу планету, будет лететь до другой стороны Земли. Купер вычислил, что этот полет займет 42 минуты и 12 секунд.

В своих расчетах Купер пренебрег силой сопротивления воздуха в тоннеле, однако принял во внимание, что на разных отрезках пути гравитационное поле будет воздействовать на человека по-разному. По мере подлета к центру сила этого воздействия должна уменьшаться, а затем гравитационное поле начнет работать против летящего.

Однако за счет скорости, набранной на предыдущей половине пути, человек сможет преодолеть это противодействие.

Преподаватели часто давали своим студентам-физикам эту задачу, чтобы они повторили вычисления Купера. Однако автор статьи решил усложнить головоломку, приняв во внимание неоднородность плотности Земли — в центре она примерно в 13 раз плотнее, чем на поверхности. Выяснилось, что если учесть данные современной сейсмологии по этому вопросу, то пролет сквозь Землю до полной остановки объекта займет 38 минут и 11 секунд.

Подготовил К. Савинов

Страсти по полонию

Связь между ним и загадочной смертью в Лондоне российского перебежчика Александра Литвиненко установлена, но споры не утихают до сих пор.

Получение полония-210

Основной способ получения полония-210 — облучение висмута медленными нейтронами на ядерном реакторе. Затем необходимо химически выделить полоний из облученного висмута. Это можно делать методом возгонки (так как полоний обладает сравнительно высокой летучестью при повышенных температурах), электрохимическим или другими методами.

Произведенный этим способом полоний-210 очень дешев. Разговоры о дороговизне не соответствуют действительности. Другое дело его доступность.

В технологии есть еще и третий этап, это приготовление источника излучения для конечного применения. Источники могут быть разного типа. В данном конкретном случае (отравление Литвиненко) полоний надо поместить в капсулу, лучше всего с многослойной оболочкой (чтобы избежать утечки). Для отравления нужно либо раскрыть эту капсулу, чтобы содержимое попало в питье, либо, что гораздо более удобно, изготовить миниатюрную ампулу с растворимой оболочкой, это не сложно.

Можно ли определить происхождение полония техническим способом? Теоретически это возможно, но практически очень трудно. Каждый ядерный реактор (в определенном канале облучения) характеризуется своим нейтронным спектром. Наличие быстрых нейтронов приводит к образованию наряду с полонием-210 (период полураспада — 138,4 дня) небольших количеств полония-209 (период полураспада — 102 года), а также еще в меньших количествах полония-208 (2.9 года). По таким «ядерным часам» в принципе можно определить место и дату производства полония. Однако сделать это непросто, а в определенных случаях и невозможно. Это зависит оттого, какое количество полония и где было найдено.

Метод получения полония-210 не является секретным, поэтому его могут производить на любых реакторах, где имеется специальный канал для облучения мишеней с целью получения изотопов. Такие реакторы находятся в нескольких странах мира.

Энергетические реакторы, как правило, для этого не подходят, хотя некоторые из них имеют канал для облучения мишеней. Сообщалось, что более 95 % полония-210 производят в России.

Существуют еще и другие методы получения полония, однако они сейчас практически не используются, так как гораздо менее производительны и более дороги.

Из США и России изделия, содержащие полоний, официально в Великобританию, где было совершено отравление, не поставляются. Работа и реакторов, и ускорителей строго контролируется. Если кто-то всё же и задумает произвести полоний нелегально, при существующей системе контроля это легко можно раскрыть.

Ядерно-физические свойства

Как уже упоминалось, период полураспада полония — 138,4 дня. Это значит, что каждые 138 дней его активность уменьшается в 2 раза, а за два года — примерно в 40 раз. Такой период полураспада весьма удобен для применения радионуклида в качестве яда.

Полоний-210 при распаде испускает альфа-частицы с энергией 5,3 МэВ. которые имеют небольшой пробег в твердых веществах. Например, алюминиевая фольга толщиной десятки микрон полностью поглощает такие альфа-частицы. Гамма-излучение, которое можно было бы зарегистрировать счетчиками Гейгера, чрезвычайно слабое.

Таким образом, даже без защитной оболочки достаточное для отравления количество полония-210 обнаружить дистанционно с помощью обычного счетчика чрезвычайно сложно, так как уровень излучения сравним с природным фоном.

Значит полоний-210 очень удобен для тайной транспортировки, и нет нужды даже использовать свинцовые контейнеры. Однако при транспортировке необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы избежать разгерметизации контейнера.

Полоний-210 совсем не целесообразно использовать для провокаций, так как он может быть обнаружен только с помощью специальной аппаратуры, которая в обычных случаях не используется. Гамму-линию 803 кэВ можно обнаружить только в результате длительных измерений при использовании хорошего гамма-спектрометра, причем полупроводниковый детектор должен располагаться очень близко к источнику. Имеются данные, что именно так вначале и нашли повышенную радиоактивность в Литвиненко, но сначала излучение было ошибочно приписано радиоактивному таллию (таллий-206), который получается при распаде висмута-210 м.

Об этом сообщалось еще до того, как полоний был идентифицирован. Но потом эта версия была признана ошибочной, так как этот изотоп висмута имеет слишком большой период полураспада, и стали рассматривать возможность наличия других альфа-излучателей. После этого проанализировали мочу на наличие альфа-активных радионуклидов и обнаружили полоний, притом в громадных количествах.

Схема наработки на реакторе полония-210 и его распада.

Графика, характеризующая загрязнение в чайнике в Pine Ваr Millenium Hotel, из которого был отравлен Литвиненко. От зеленого (низкий) до фиолетового (высокий).

После попадания полония в кровь его действие почти невозможно остановить. У отравившейся жертвы наступает постепенный отказ различных органов, по мере того как альфа-частицы атакуют печень, почки и костный мозг.