Торий:
факты и фактики А.Мотыляев Откуда взялся торий? Считается, что торий-232 (а он представляет собой практически весь имеющийся на Земле запас этого элемента) вместе с тремя другими радиоактивными изотопами — ураном-238, ураном-235 и калием-40 — это нерастраченное наследство материнской Сверхновой, породившей, в частности, Солнечную систему. Причина в том, что у этих изотопов очень большой период полураспада: 14; 4,5; 0,7 и 1,3 млрд лет соответственно. То есть торий-232 столь малорадиоактивен, что время его жизни почти такое, как время существования Вселенной. Остальное же радиоактивное наследие, состоявшее из менее долгоживущих элементов, уже давным-давно распалось. Как открыли торий? В 1829 году Йенсу Берцелиусу прислали из Норвегии в Стокгольм новый минерал. Он был тяжелым, черного цвета, но при этом легко резался ножом. Предполагалось найти в нем тантал, однако этого металла там не оказалось, зато присутствовал новый, еще неизвестный науке. Его-то Берцелиус и назвал торием в честь бога-громовержца, брата Одина. Впрочем, известность пришла к торию после открытия радиоактивности. В чем особенность радиоактивности тория? Помимо того что она слабая, при своем распаде торий-232 дает собственный ряд радиоактивных распадов, отличный от уранового или плутониевого. Ряд таков. Первым из тория-232 в результате альфа-распада получается радий-228. Он с периодом полураспада 5,7 года испускает бетаэлектрон и становится актинием-228. Тот быстро превращается в живущий 1,9 года торий-228. Следующим получается короткоживущий радий-224, и он порождает газ торон — радон-220. Тот живет недолго, период полураспада 55,6 секунды, и становится полонием-216. Распад быстро идет дальше и спустя четыре дня после образования радия-224 получается стабильный свинец-208. То есть из материала, где распался один атом тория-232, в последующие три-четыре года вылетят одна альфа-частица и два бета-электрона, а
12
затем, за несколько дней, — еще пять альфа-частиц и четыре бета-электрона, и еще несколько гамма-квантов. Это означает, что радиоактивность торона гораздо выше, чем родительского тория, что нехорошо, ведь торон — это газ, который легко улетает прочь от места своего рождения. К чему наш разговор? А к тому, что торий используют в технике, и многие не совсем верно понимают, какой от него может быть вред. В частности, торий называют бета-излучателем, что, очевидно, не совсем верно: формально он альфа-излучатель, но из содержащего его материала летят и альфа-, и бета-частицы, и гамма-кванты, и радиоактивные эманации. Полезно помнить: проникающая способность альфа-частиц очень мала, кожа человека их вполне задерживает. Правда, если излучающее альфа-частицы вещество в большом количестве попало внутрь, оно вызовет ожог легких или пищевода-кишечника в зависимости от того, куда попало. Бета-частицы проникают на гораздо большую глубину; так, чтобы поглотить бета-электроны с большой энергией, в 2 МэВ, — а они дважды вылетают в цепочке распада продуктов тория, — требуется несколько миллиметров плотного вещества, например стекла, или несколько метров воздуха. От гамма-квантов и несколько миллиметров стекла никак не спасут. Как торием меряют время? По соотношению изотопов тория-232 и образующегося при его распаде свинца-208 можно рассчитать время образования соответствующей горной породы. Этот метод применяют для датировок на временных интервалах в сотни миллионов лет. Откуда берут торий? Из фосфатного минерала монацита, где на долю фосфата тория приходится от 5 до 12%. Монацит — самый известный и единственный используемый в промышленности минерал тория. Внимание на него в 1829 году обратил Иоганн Брейтгаупт, профессор фрайбургской Горной академии, который изучал коллекцию минералов Южного Урала; он написал так: «Не будучи еще
в состоянии точно определить сего ископаемого, объявляю об оном теперь единственно в том намерении, чтобы обратить на него внимание минералогов и преимущественно русских». Скорее всего, минералы ему достались от другого немца, Иоганна Менге, который в 1825 году получил патент на разработку залежей уральских самоцветов в Златоустовском округе. Он собрал большую коллекцию минералов, а в 1826 и 1828 году опубликовал в русском «Горном журнале» описание Ильменских гор, чем привлек к ним внимание многих минералогов мира. Впрочем, не исключено, что работе Брейтгаупта помогли Густав Розе с Александром фон Гумбольдтом — именно в 1829 году их экспедиция посетила Ильменские горы, и восхищенный Розе назвал их природным музеем. Однако промышленные залежи монацита расположены вовсе не на Урале, а в Индии и на Шри-Ланке, в Бразилии, Австралии и США. В Индии, в прибрежной полосе, имеется так называемый монацитовый песок, где содержание этого минерала составляет более 1%, отчего песок окрашен в черный цвет. Есть мнение, что сформировались монацитовые пески за счет того, что муссонные дожди вызывают бурные потоки, которые сносят частицы разрушенных горных пород к океану. И завихрения потоков, возникающие при огибании ими препятствий, и турбулентности, вызванные морскими волнами, проводят фракционирование песчинок: тяжелые остаются на берегу, а легкие уносятся в пучину. Монацит очень тяжелый минерал, ведь он содержит практически все редкоземельные металлы, а они в большинстве своем тяжелые. И редкие земли, и фосфорные удобрения, извлекаемые из монацита, облегчают выработку тория, иначе его производство было бы совсем нерентабельно. Фактически сейчас он оказывается сопутствующим продуктом, а годовая мировая потребность в нем не превышает 200 тонн. Где начали применять торий? Впервые торий послужил человечеству в виде оксида. Из него делали интереснейшее техническое устройство — калильную
