Самый сокровенный секрет материи. Мария Кюри. Радиоактивность и элементы
Шрифт:
* * *
РАДИОТЕРАПИЯ
Публичное признание, которое получила Мария Кюри, во многом было вызвано тем, что открытый ею радий с самого начала ассоциировался с чудесным средством для лечения всех недугов. Хотя это первое впечатление было явно ошибочным, невозможно назвать число людей, которые воспользовались радиотерапией в течение более 100 лет ее применения. Логично, что современные методы имеют мало общего с теми, что использовались сразу после открытия. Однако следует помнить, что вклад Марии и Пьера был принципиальным: они открыли новое средство для исцеления от болезни, против которой тогда не было лекарств, — рака. Радий — это естественный источник радиации, который использовался, пока не появились альтернативы. Главная проблема радия-226, наиболее распространенного изотопа естественного радия, в том, что прежде чем испускать требуемые -лучи, он испускает совсем не полезные а-частицы, превращаясь в радий-222, возбужденную форму, которая и испускает -излучение. Открытие
Фотография, сделанная в 1928 году в отделении радиотерапии в больнице в Эрлангене, Германия.
* * *
СМЕРТЬ ОТ ПОЛОНИЯ: ДЕЛО ЛИТВИНЕНКО
Бомбы в Хиросиме и Нагасаки и различные мировые катастрофы прочно связали ядерную энергию со смертью. Однако на ее счету очень мало смертей, особенно в сравнении с другими источниками энергии, такими как ископаемое топливо, из-за которого люди гибли и гибнут тысячами в дорожных авариях и во время пожаров в нефтехранилищах и на заводах по переработке нефти. Однако один из самых известных случаев смерти был связан с радиоактивным элементом, полонием-210. Речь идет о гибели в Лондоне бывшего российского подполковника госбезопасности Александра Литвиненко. Его агония в ноябре 2006 года длилась почти три недели, и все видели, как молодой мужчина стареет, усыхает и в конце концов умирает. Полоний (а именно его изотоп, массовое число которого А = 210), найденный Марией Кюри, — это последний элемент ряда уран-238. Из-за короткого периода полураспада (всего 138 дней) его концентрация в настуране очень мала. Дочь Марии, Ирен, также исследовала элемент, и, возможно, именно он стал причиной лейкемии, от которой умерли они обе. Но, в отличие от Литвиненко, исследовательницы после опасного контакта жили еще много лет. Дело в том, что Литвиненко выпил полоний вместе с чаем в ресторане в гостинице «Миллениум» в Лондоне. Кто обработал тонны настурана, необходимые для его получения? Очень вероятно, что яд был специально приготовлен в ядерном реакторе с помощью бомбардировки висмута-209, стабильного изотопа, нейтронами высокой энергии, порождающими висмут-210, который, в свою очередь, спонтанно распадается, испуская -частицу и производя полоний-210. Реакция синтеза следующая:
а реакция распада:
– частицы атаковали волосяные фолликулы, слизистую кишечника, почки и печень Литвиненко, но смерть наступила, когда был разрушен костный мозг. Кто мог быть так заинтересован в смерти Александра, что готов был заплатить от 1 до 10 миллионов долларов за полоний, который его убил?
* * *
Однако факты были упрямы: радиоактивное излучение было молчаливым и невидимым ядом, который подтачивал здоровье всех, кто регулярно контактировал с ним, никак себя не проявляя, пока не становилось слишком поздно. Как ни удивительно, Мария, которая первая обнаружила излучение и много с ним работала, дожила до 67 лет — солидного возраста для женщины в то время. Несмотря на частые недомогания, она вела бурную деятельность почти до самой смерти и поэтому даже не задумывалась о том, что ее опыты смертельны.
В начале XX века было очень далеко до того, чтобы представить все опасности радия, поскольку новый элемент воспринимался как панацея от всех недугов, от кожных заболеваний до артроза, ревматизма или депрессии, не говоря уже обо всех типах рака. Среди наиболее любопытных способов применения радия следует отметить способ, предложенный врачом Альфредом Кюри (он не имеет никакого отношения к семье Кюри), который в 1911 году представил диссертацию об изучении расщепления позвоночника в Парижском университете. Через несколько лет он занялся более прибыльным делом и запатентовал крем для лица под названием Tho-Radia. Ингредиентами, как это видно из названия, были 0,5 г хлорида тория и 0,25 мг бромида радия на каждые 100 г крема. В рекламе обещали, естественно, сияющую кожу. Также известно, что некий египетский фармацевт запатентовал более 100 препаратов на основе радия с такими говорящими названиями, как Radioskin, Radiobust или Radiviril.
Пьер и Мария со своей дочерью Ирен на фотографии, сделанной в 1906 году, в год смерти ученого.
Реклама Tho-Radia, крема для лица, в состав которого входили хлорид тория и бромид радия.
Нобелевская премия, врученная супругам Кюри в 1903 году за открытие радиоактивности.
ПОЛУЧЕНИЕ РАДИЯ И ПОЛЕМИКА ВОКРУГ ПОЛОНИЯ
После того как Мария несколько лет посвятила извлечению радия, в начале 1902 года ей удалось выделить чуть больше десятой части грамма (120 мг) чистого хлорида радия, на основе чего она установила атомную массу радия, 225±1, что довольно близко к его реальному значению (226,03). Получение этого мельчайшего количества требовало не только многих лет работы, но и необычайных знаний химии, с учетом тех процессов, в которых был задействован радий. Для радиоактивного ряда, показанного в таблице Резерфорда и Содди, процесс распада никогда не прекращается; любой дочерний элемент, происходящий от распада родительского элемента, также распадается, и оба делают это в определенном ритме. Следовательно, наибольшая пропорция между дочерним и родительским элементами задана частным от их периодов полураспада. Поскольку у урана (родительского элемента) он равен 4500 миллионов лет, а у радия (дочернего элемента) — 1600 лет, в минерале, в котором содержатся они оба, наибольшая пропорция радий/ уран, которую можно найти, равна 1600/4470000000, то есть 1/2800000, примерно 1 грамм/3 тонны.
Однако Мария работала не с чистым ураном, а с остатками одной из его руд, которые были загрязнены различными примесями, так что наибольшая пропорция приближалась к 1 грамму радия на 10 тонн материала. С другой стороны, радий и барий имеют очень схожие химические свойства, поэтому часть радия вполне могла быть захвачена барием, который, кроме того, имелся в опытном образце в намного большей пропорции. Что самое худшее, Мария не знала природу процессов, связанных с радиоактивностью, а также свойства радия и причины его тесной связи с ураном. Не думала она и о том, что его концентрация так ничтожна. Возможно, если бы она предполагала подобное, то просто не взялась бы за работу.
В связи с этим получение 120 мг хлорида радия было подвигом не только с химической, но и с физической и радиологической точек зрения. Кроме того, большую часть процесса Мария провела сама, поскольку как только Пьер убедился в существовании радия, он занялся исследованиями свойств лучей и их воздействия на человеческий организм.
Через некоторое время после выделения хлорида радия Мария написала своему отцу в Варшаву, сообщив ему эту долгожданную новость. Хотя его здоровье было уже сильно подорвано, у Владислава еще нашлись силы поздравить дочь и пошутить, что, судя по приложенным усилиям, это самый дорогостоящий элемент в истории человечества. Владислав умер через шесть дней, и Мария приехала на его похороны.
В декабре 1902 года, когда казалось, что проблемы с радием уже позади (хотя на самом деле они только начинались), возникла ожесточенная полемика вокруг полония. Немецкий физик Вильгельм Марквальд из Берлинского университета опубликовал статью, в которой утверждал об открытии нового химического элемента. Он назвал его радиотеллуром, поскольку химические свойства элемента были схожи со свойствами теллура из группы кислорода. Этот радиоэлемент был не чем иным, как полонием, которому Мария дала название в память о своей тогда не существующей стране, хотя это выяснилось не сразу. Полемику невольно разожгли Мария и Пьер, которые в статье 1902 года утверждали, что полоний — это разновидность висмута, и еще не доказано, что это новый элемент. В другой статье, опубликованной Пьером в следующем году, говорилось, что радий — единственный радиоактивный элемент, существование которого несомненно доказано. Однако Мария не поддерживала эту слишком болезненную реакцию на открытие Марквальда. Кроме того, немецкого ученого подбадривало и утверждение, сделанное супругами Кюри, о том, что активность полония медленно уменьшается, в то время как активность его радиотеллура оставалась постоянной.
У Марквальда был доступ к большим количествам остатков настурана в Йоахимстале, и он в своей лаборатории располагал лучшими инструментами. Однако, повторив процедуру Марии для выделения нового элемента, пользуясь последовательными осаждениями, ученый не получил радиотеллур в чистом виде и воспользовался электрохимическими методами, которые привели к победе там, где Мария потерпела поражение. Таким образом, Марквальд смог получить небольшое количество чистого вещества. Он поместил радиотеллур в группу периодической таблицы, которая ему соответствует в действительности, — группу кислорода. Через несколько месяцев после появления статьи Марквальда Мария пренебрежительно отвергла это название в приложении к своей докторской диссертации: «Выбор нового названия для этого вещества — ерунда, с учетом известного на сегодняшний день».
Но дело на этом не окончилось. Марии потребовалось девять месяцев интенсивной работы для того, чтобы опровергнуть аргументы Марквальда. Сначала она усомнилась в неизменности активности радиотеллура в течение достаточно долгого периода. Марию поддержал и Фредерик Содди, который в статье, опубликованной в 1904 году, заметил Марквальду, что постоянство радиоактивности противоречит тому, что было известно на то время о радиоактивных веществах. Также Содди утверждал: большая часть ученых будет согласна с доводами Марии о том, что наблюдается явная попытка дать новое название полонию. Наконец, Содди предоставил окончательный аргумент, который означал победу Марии, — закон о распаде радиоактивных веществ.