Исторические вехи в развитии радиохимии.

Предмет радиохимии. Что она изучает

Несмотря на то, термины «радиохимия», «радиохимические иссле­дования» около ста лет широко применяются в научной литературе и на прак­тике, радиохимия окончательно оформилась как наука лишь во второй половине прошлого столетия. Радиохимия иногда отождествлялась с ядерной физи­кой, а иногда — с применением меченых атомов в различных областях химии. Между тем радиохимия является самостоятель­ной дисциплиной, имеющей свои научные цели и методы иссле­дования.

Термин «радиохимия» был введен в науку Камеро­ном в 1910 г., т. е. примерно через 15 лет после открытия радиоактивности. Камерон писал, что «наука о радиоактивности настолько развилась, что представляется обоснованным и удоб­ным выделить в ней различные области».

Изучение химической природы и свойств радиоактивных эле­ментов, а также продуктов их -распада и составляло, по Каме­рону, задачу радиохимии.

Несколько позднее Ф. Содди в своей книге «Химия радио­активных элементов» определил радиохимию как науку, которая «занимается преимущественно свойствами продуктов радио­активных превращений, их разделением и идентификацией».

Позднее стало ясно, что такое определение радиохимии является недостаточным хотя бы потому, что не­обходимо говорить и о радиоактивных изотопах.

В определении Камерона и Содди не учитывалась также одна из основных особенностей радиоактив­ных изотопов — чрезвычайно малые их концентрации, при ко­торых начинают играть роль некоторые свойства, не имеющие значения при больших концентрациях. Наконец, наличие радио­активных методов в настоящее время не может являться харак­терным для радиохимии, так как они применяются во всех об­ластях химии.

По И.Е.Старику радиохимия есть область химии, в которой изучаются химические и физико-химические свойства радиоактивных изотопов. Характерной особенностью радиохимии является то, что она изучает состояние и законы поведения ультрамалых количеств вещества и имеет собственные методы исследования.

Более позднее определение радиохимии по Несмеянову (Андрей Николаевич):

Радиохимия это область химии, изучающая химию радиоактивных изотопов, элементов и веществ, их физико-химические свойства, химию ядерных превращений и сопутствующих им физико-химических процессов

Радиохимию можно подразделить на теоретическую и при­кладную.

Теоретическая радиохимия занимается:

а) установлением общих физико-химических закономерностей поведения радиоактивных веществ при процессах сокристаллизации, адсорбции, коллоидообразования, изотопного обмена и т. п.;

б) изучением физико-химических свойств естественных и искусственных радиоактивных элементов (технеция, прометия, полония, актиния, тория, протактиния, урана и актинидов) и их соединений;

в) выделением и исследованием свойств продуктов различ­ного рода ядерных превращений;

г) изучением химических изменений, индуцируемых ядер­ными процессами (химия «горячих» и многократно ионизован­ных атомов).

К прикладной радиохимии следует отнести:

а) получение естественных и искусственных радиоактивных элементов, изотопов и их соединений;

б) применение радиоактивных изотопов в разнообразных областях химических исследований.

Радиационная химия (изучение воздействия излучений на ве­щества) и применение меченых соединений в различных обла­стях науки, техники, медицины и сельского хозяйства близко соприкасаются с радиохимией, но не составляют предмета по­следней.

Проблемы технологии ядерного горючего хотя и выделяются в самостоятельную область техники, но в своей основе пол­ностью опираются на принципы радиохимии и в ряде случаев тесно переплетаются с последней.

Исторические вехи в развитии радиохимии.

Возникновение радиохимии как науки связано с открытием первых естественных радиоактивных элементов и изучением их свойств. Выдающиеся исследования Марии и Пьера Кюри заложили осно­вы новой области знаний, возникшей на границе физики и химии. По мере изучения явлений радиоактивности и свойств радиоактив­ных веществ отчетливо начали вырисовываться и обособляться два тесно взаимодействующих направления исследований в этой облас­ти.

Одно из них — чисто физическое — изучало природу и свойства радиоактивности, законы радиоактивных превращений и т. д. Раз­витие этого направления привело к возникновению ядерной физики.

Другое направление первоначально ставило своей основной за­дачей исследование химической природы радиоактивных веществ и продуктов их превращений. Развитие этого направления привело к созданию радиохимии.

По И.Е.Старику в истории развития радиохимии прослеживаются два периода: ранний (1898—1933) и современный (по настоящее вре­мя).

Все достижения раннего периода связаны с открытием и изуче­нием естественной радиоактивности, естественных радиоактивных элементов и радиоактивных нуклидов. Объекты изучения радиохи­мии в этот период — естественные радиоактивные семейства, т.е. родо­начальники этих рядов и продукты их самопроизволь­ного распада.

Ранний период развития радиохимии включает два этапа.

Первый этап (1898—1913) характеризуется возникновением и становлением радиохимии как науки, открытием собственных объектов изучения — естественных радиоактивных элементов и естественных радиоактивных нуклидов. Важнейшими событиями этого этапа являются:

1) открытие первых естественных радиоактивных элементов — радия и полония (М. и П. Кюри, 1898); установление природы яв­ления радиоактивности и основных законов радиоактивного рас­пада (М. и П. Кюри, Ф. Содди, Э. Резерфорд, 1900—1903);

2) установление закономерностей изменения химической приро­ды элементов в результате радиоактивного распада; формулировка правила сдвига (Ф. Содди, К. Фаянс, 1909—1912); открытие и изу­чение явления изотопии (Ф. Содди, А. Флэк, 1911 —1913);

3) размещение радиоактивных элементов в периодической си­стеме (Ф. Содди, К. Фаянс); формирование представлений о есте­ственных радиоактивных рядах.

Второй этап (1913—1934) характеризуется сосредоточени­ем внимания на проблеме специфики поведения ничтожно малых количеств радиоактивных элементов при различных физико-хими­ческих процессах и особенно при образовании в растворах твердых фаз. Важнейшими событиями этого этапа явились:

1) формулировка правил, определяющих поведение ничтожно малых количеств радиоактивных элементов (радиоактивных ну­клидов) при выделении твердых фаз (носителей) из растворов, со­держащих эти элементы (К. Фаянс, П. Бэр, Ф. Панет, Д. Стремгольм, Т. Сведберг, О. Ган, 1913—1926);

2) установление количественных закономерностей, управляю­щих процессами сокристаллизации ничтожно малых количеств ра­диоактивных нуклидов; закон Хлопина (В. Г. Хлопин, 1924—1933); разработка термодинамической теории изоморфной сокристаллизации и адсорбции радиоактивных нуклидов (А. П. Ратнер,)

3) открытие явления радиоколлоидообразования и исследова­ние электрохимического поведения радиоактивных нуклидов
(Ф. Панет, Т. Годлевский, И. Е. Старик, М. Гайсинский, 1913 —1933);

4) открытие и исследование процессов изотопного обмена (Д. Хевеши, 1920).

Результатом исследований, выполненных на этом этапе разви­тия, явилась разработка методологических основ радиохимии и возникновение ее важнейших разделов (общая радиохимия, химия радиоактивных элементов и прикладная радиохимия).

Современный период развития радиохимии начинается с 1933г. Основные достижения этого периода связаны с открытием искусственной радиоактивности, процессов деления тяжелых ядер и получением трансурановых элементов. Эти открытия были сделаны на основе использования радиохимических методов исследования, развитых в первом периоде, и в особенности метода изотопных носителей.

Во втором периоде развития радиохимии имели место следую­щие важнейшие события:

1) радиохимическая идентификация радиоактивных нуклидов, возникающих при ядерных реакциях, происходящих при облучении альфа-частицами легких элементов (бора, магния, алюминия). Результатом этих исследований явилось открытие искусственной радиоактивности (И. и Ф. Жолио-Кюри, 1934);

2) радиохимическая идентификация радиоактивных нуклидов, образующихся при воздействии нейтронов на ядра стабильных эле­ментов; открытие и изучение химических эффектов, индуцируемых радиационным захватом нейтронов (Л. Сциллард, Т. Чалмерс,1934);

3) открытие ядерной изомерии среди искусственных радиоак­тивных нуклидов* (И. В. и Б. В. Курчатовы, Л. В. Мысовский, Л. И. Русинов, 1935); исследование химических последствий при изомерных переходах; изучение химических последствий бета -распада атомов в составе молекулярных систем (В. Д. Нефедов, М. А.Торопова, Е. Н. Синотова, 1953—1984). Интенсивное развитие ме­тода радиоактивных индикаторов и его применение во всех облас­тях химии;

4) идентификация первого искусственно полученного радиоак­тивного элемента — технеция (К. Перрье, Э. Сегрэ, 1937). Откры­тие и радиохимическое изучение франция (М. Перей, 1939) и ас­тата (Д. Корсон, К. Маккензи, Э. Сегрэ, 1940);

5) радиохимическая идентификация радиоактивных нуклидов, возникающих при облучении ядер урана медленными нейтронами. Открытие деления ядер урана (О. Ган, Ф. Штрассман, 1939);

6) синтез и изучение свойств трансурановых элементов (Э. Мак-Миллан, П. Абельсон, Г. Сиборг, 1940); создание актиноидной теории (Г. Сиборг, 1945—1949);

7) развитие ядерной химии; интенсивное изучение продуктов
реакций деления и глубокого расщепления; создание первых тех­нологических схем производства плутония; возникновение ядерной энергетики (1940—1954);

8) исследования в области сверхтяжелых элементов; получение
и радиохимическое изучение трансактиноидных элементов вплоть
до № 107 (Г. Н. Флеров, И. Звара, Ю. Ц. Оганесян, Г. Сиборг,
А. Гиорсо, с 1962 г.).

В итоге исследований, выполненных в этом периоде, получили интенсивное развитие все ранее сложившиеся разделы радиохимии. Кроме того, возникли новые области, такие, как ядерная химия и химия процессов, индуцированных ядерными превращениями. Этот период характеризуется практической реализацией наиболее важ­ных достижений радиохимии.

Основной вклад в становление радиохимии как науки внесли ученые Франции (школа М. и П. Кюри), Англии (школа Э. Резерфорда — Ф. Содди), Германии (школа О. Гана), Советского Союза (школа В. Г. Хлопина), Италии (школа Э. Ферми) и Соединенных Штатов (школа Г. Сиборга).

Развитие радиохимии в Советском Союзе обязано многим вы­дающимся ученым-радиохимикам. В создании основ этой науки исключительно важная роль принадлежит исследованиям В. И. Вернадского, В. Г. Хлопина, В. И. Спицина, Б. А. Никитина, А. Е. Полесицкого, А. П. Ратнера, И. Е. Старика, В. И. Гребенщиковой, М. С. Меркуловой, С. 3. Рогинского и др.

Развитие химии естественных и особенно искусственных радио­активных элементов связано с именами Г. Н. Флерова, Викт. И. Спицына, А. Д. Гельман, Н. Н. Крота, В. М. Вдовенко, Д. М. Зива, В. А. Халкина и др.

Исследования в области ядерной технологии и радиоаналитиче­ской химии тесно связаны с именами А. П. Виноградова, Б. П. Ни­кольского, Б. В. Курчатова, Ю. М. Толмачева, Н. Е. Брежневой, В. П. Шведова, И. П. Алимарина, В. А. Легасова, Б. Ф. Мясоедова, 3. В. Ершовой, А. К. Лаврухиной и др.

Наиболее важные исследования в области химических послед­ствий ядерных превращений принадлежат Ан. Н. Несмеянову, В. И. Гольданскому, А. Н. Мурину, В. Д. Нефедову и др.