Свет невидимого

Фиалков Юрий Яковлевич

Паркеч, отыскав способ приготовления целлулоида, этой первой, и надо сказать, прекрасной пластмассы, очень обрадовался и запатентовал свое открытие как материал для изготовления бильярдных шаров.

Либби изучал распределение на поверхности Земли радиоактивного изотопа углерода и вообще не предполагал, что это исследование найдет хоть какое-нибудь практическое применение. По крайней мере, в ближайшие тысячи лет.

Исследования Либби нашли применение в «ближайшие» семь лет. Но, пожалуй, обо всем этом следует рассказать по порядку.

Со всех сторон на Землю льется непрерывный

поток космического излучения. Все живое на планете надежно защищено от губительного действия космических лучей толщей атмосферы. Космические лучи, сталкиваясь с атомами газов, входящих в состав атмосферы, поглощаются ими. До поверхности земли доходит лишь ничтожная часть излучения Вселенной, к тому же настолько ослабевшая от продирания через несколько десятков километров атмосферы, что ни человеку, ни иным живым существам никакого вреда этим излучением причинено быть не может.

(Можно, впрочем, дать радиационной «устойчивости» живого вещества и иное объяснение: жизнь на Земле возникла и развивалась на радиоактивном фоне, и поэтому установившийся уровень излучения является для всего живого на планете нормой, и мы, естественно, называем этот радиоактивный фон незначительным.)

Теперь попробуем «проникнуть в слов внутреннюю сущность». Космические лучи поглощаются молекулами газов, входящих в состав атмосферы, — так было сказано несколькими строками ранее. А что означает слово «поглощается»? Бессмысленно в данном случае обращаться, как это часто и правильно делают, к «Толковому словарю русского языка». Там мы найдем только, так сказать, физиологически-гастрономическое значение этого слова. А между тем, поглощать можно не только пироги.

Когда нашим телом «поглощаются» солнечные лучи, мы ощущаем вполне четкое физическое следствие — нагревание; нетрудно усмотреть и следствие химическое — загар.

Когда чувствительным слоем фотопленки поглощаются рентгеновы лучи, наступает распад молекул серебра и возникает изображение, «нарисованное» атомами металлического серебра.

Когда атмосферой поглощаются космические лучи, протекают ядерные реакции.

Космические лучи, сталкиваясь с атомами газов верхних слоев атмосферы, производят такое разрушительное действие, что из атомных ядер вылетают нейтроны. А где имеются свободные нейтроны, эти идеальные снаряды для атомной бомбардировки, там возникают ядерные реакции.

Заинтересуемся одной из них — захватом свободных нейтронов ядрами атомов азота. Сама реакция несложна:

H¹⁴₇N + ¹₀n = ¹⁴₆C + ¹₁H

Нижние индексы — это порядковые номера химических элементов, или, говоря точнее, заряд ядра. Вот почему индекс при нейтроне — нуль. Именно нулю равен заряд нейтрона — нейтральной, незаряженной частицы. Как видим, сумма порядковых номеров частиц, вступающих в реакцию (7 + 0), равна сумме порядковых номеров продуктов этой реакции (6 + 1).

Верхние индексы — атомные массы участников ядерной реакции. И здесь, разумеется, сумма

атомных масс атомов, вступивших в реакцию, строго равна сумме атомных масс продуктов реакции. Обращаю внимание на то, что углерод имеет не привычную для каждого, знакомого с азами химии, атомную массу 12, а 14. Таким образом, при этой ядерной реакции образуется тяжелый изотоп углерода. И все дело в том, что этот изотоп, углерод-14, радиоактивен. Он распадается, выбрасывая из ядра одну бета-частицу, и превращается при этом в азот. Период полураспада углерода-14 составляет 5570 лет. Запомните эту величину. Если не точно, то хотя бы приблизительно. Очень скоро она нам понадобится.

Установить факт образования в атмосфере радиоактивного изотопа углерода было делом физики. Для ответа на вопрос, что же происходит с этим углеродом дальше, следует обратиться к химикам.

Химия дает на этот вопрос быстрый и уверенный ответ. Образовавшийся из азота углерод-14 тотчас же соединяется с кислородом воздуха, образуя углекислый газ. Вот почему некоторая часть углекислого газа атмосферы радиоактивна. «Некоторая часть»? А какая именно?

Здесь вмешиваются геофизики. Они поясняют, что, судя по всему, интенсивность космического излучения не изменялась последние несколько миллионов лет. Поэтому можно быть уверенным, что за единицу времени — скажем, за год или десять лет, кому как удобнее считать, — в атмосфере образуется строго постоянное количество углерода-14. Ну, а поскольку величина периода полураспада тоже постоянна, и к тому же невелика сравнительно с геологическими периодами, то очевиден вывод, что содержание углерода-14 в атмосфере не изменяется.

Либби определяет точное содержание радиоактивного углерода в атмосфере. Он конструирует очень сложную установку для измерения слабой радиоактивности. Одно описание ее занимает 22 страницы убористого шрифта. Затем Либби принимается за измерение радиоактивности углекислого газа, добытого из атмосферы в самых различных областях нашей планеты и на самых разнообразных высотах.

Результаты опытов совпадают. В грамме обычного углерода, выделенного из углекислого газа, содержится такое количество углерода-14, которое дает за минуту 16 распадающихся атомов. Запомним и эту величину.

Для интересующихся замечу, что такое количество распадов указывает на ничтожно малое в весовом выражении содержание углерода-14 в обычном углероде, имеющем атомную массу 12. На грамм углерода-12 приходится одна десятимиллиардная доля грамма (10^{– 10} грамма) углерода-14.

Интересно, а попадает ли радиоактивный углерод на поверхность Земли? Ответ на этот вопрос приходится искать у биологов.

Биологи отвечают определенно: да, попадает. Как же может быть иначе? Растения поглощают углекислый газ. Углекислый газ превращается хлорофиллом растений в сложные химические соединения. Эти соединения откладываются в клетках. Вот почему в тканях растений находится радиоактивный углерод.