АНОМАЛЬНЫЙ КСЕНОН ЗЕМЛИ

НОВЫЙ МЕХАНИЗМ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ В ПРИРОДЕ

    Ксенон и криптон образуются при делении атомных ядер урана не сразу. Сначала возникают изотопы других элементов, унаследовавшие от родительских ядер урана большой избыток нейтронов. Поэтому новорожденные изотопы иода, теллура, сурьмы, селена очень радиоактивны. Путем -распада они освобождаются от избыточных нейтронов: при испускании -частицы число нейтронов в ядре уменьшается, а протонов увеличивается на единицу. Но одного -распада недостаточно для ликвидации избытка нейтронов. Поэтому возникающие радиоактивные изотопы снова претерпевают -распад: образуются цепочки последовательно распадающихся изотопов, например:

    В конце концов получаются стабильные изотопы ксенона и криптона в соотношениях, типичных для деления ²³⁵U под действием медленных нейтронов или спонтанного деления ²³⁸U.
    Пытаясь найти разгадку природы ураганных изотопных аномалий в природном ядерном реакторе, мы с Данг Ву Минем вспомнили об одной статье канадских ученых Кеннета и Тода. В ней была высказана интересная идея: радиоактивные предшественники ксенона - иод, теллур, сурьма могут, не успев распасться, мигрировать из места своего образования и превратиться в ксенон совсем не там, где возникли.
Мигрируют эти элементы по-разному. Время, отпущенное каждому для миграции, - тоже различно. Чем больше период полураспада, тем дальше (при прочих равных условиях) может мигрировать изотоп. В одном месте может образоваться ¹³⁴Xe из ¹³⁴I (период полураспада T_1/2 = 52,5 мин), в другом - ¹³²Xe из ¹³²Te (T_1/2 = 77 ч), еще дальше ¹³¹Xe из ¹³¹I (T_1/2 = 8 дней), и уж совсем далеко мог бы мигрировать ¹²⁹I (T_1/2 = 17 млн лет), превращающийся затем в ¹²⁹Xe. Поэтому могут возникать ксенон и криптон с аномальным изотопным составом, обогащенные тем или иным изотопом.
    Нужно было проверить наряду с гипотезой о сверхтяжелых элементах как источниках аномальных ксенона и криптона и эту идею миграционного разделения изотопов. Но к тому времени Данг Ву Минь должен был возвратиться во Вьетнам. Поэтому продолжать работу пришлось с другим помощником, А.П. Мешиком. Он был физиком, и в качестве кандидатской диссертации я предложил ему исследовать физико-химический процесс - миграцию ксенона в урановых минералах, в том числе и в руде из природного ядерного реактора.
    Что способствует миграции? Во-первых, температура, во-вторых, размер зерен минералов: чем выше температура и чем мельче зерна, тем миграция из них интенсивнее. В каких минералах происходит деление урана с образованием ксенона и криптона при максимальной температуре? Конечно, при взрыве атомной бомбы под землей или на поверхности. Было заманчиво получить образцы горных пород из мест ядерных испытаний, но в 80-е годы это было невозможно. Поэтому я обратился к коллекционеру метеоритов и всяких минеральных редкостей В. Цейтшелю, живущему в Ханау (Германия). Он прислал ценнейший образец - пробу почвы из эпицентра первого атомного взрыва, произведенного в 1945 году в пустыне Аламогордо (США). Атомная бомба была размещена в стальной башне, которая при взрыве испарилась, а почва под ней под действием огромной температуры наполовину сплавилась, спеклась. Несколько граммов этой почвы я и получил для исследования.
    Под действием огромного потока нейтронов, возникших при атомном взрыве, естественный уран в почве делился, образовывались радиоактивные предшественники ксенона и криптона. Благодаря очень высокой температуре они должны были интенсивно мигрировать с различной скоростью на разные расстояния от мест образования и оказаться в разных кристаллохимических позициях в породе. И действительно, когда мы проанализировали ксенон и криптон, выделившиеся при нагреве пробы из Аламогордо, они оказались необычными. При некоторых температурах, когда эти газы извлекались из определенных микроскопических участков породы, куда вскоре после атомного взрыва успели мигрировать их радиоактивные предшественники, изотопные отношения в десятки раз превосходили нормальные для деления ²³⁵U под действием нейтронов или спонтанного деления ²³⁸U. А.П. Мешик подметил закономерность: чем больше времени существуют радиоактивные предшественники, тем получающиеся из них ксенон и криптон все более аномальны.

    Мало того, А.П. Мешик использовал ранее опубликованную идею немецкого исследователя Э. Йессбергера: если при облучении образца в ядерном реакторе его поместить в запаянную заранее вакуумированную ампулу, то можно измерить изотопный состав газа, оставшегося в облучаемом минерале, и газа, мигрировавшего из него в объем ампулы. Такие измерения проделали с облучением урановых минералов в техническом ядерном реакторе при повышенной температуре. Оказалось, что в урановом минерале содержится аномальный ксенон, обогащенный ¹³²Xe, ¹³¹Xe и ¹³⁴Xe относительно ¹³⁶Xe, а в объеме ампулы тоже аномальный ксенон, но обедненный теми же изотопами. Своеобразное зеркальное изображение. Если же просуммировать эти два компонента, получается нормальный ксенон деления ²³⁵U. Следовательно, это еще один аргумент в пользу того, что аномальные ксенон и криптон возникают в результате миграции, разделения на радиоактивных предшественников под действием высокой температуры.
    Мы получили доказательства и влияния размеров зерен на миграцию радиоактивных предшественников, а следовательно, и на изотопный состав ксенона. Для этого я обратился к геологам, и они раздобыли для наших исследований необычную урановую руду так называемого типа Колорадо. Ее особенность - исключительно мелкие зерна оксида урана, вкрапленные во вмещающую породу. И здесь в ходе выделения газов при нагреве образцов мы снова встретились с большими аномалиями изотопного состава ксенона. Например, соотношение ¹³²Xe / ¹³⁶Xe приблизительно на 30% превышало нормальное.
    Итак, был открыт новый механизм разделения изотопов ксенона и криптона в искусственных и природных условиях - миграционное фракционирование их радиоактивных предшественников в цепочках осколков деления. Однако насколько широко распространено оно в природе?

Назад| Следующая странца