Растущая Земля: из планет в звёзды (стр. 37 )

Достоверные сведения о ядерных превращениях на Земле поставляет космохимия [171, 323]. Аномалии изотопного состава метеоритов и некоторых газов земной атмосферы и [171] объясняют ядерными превращениями, в которых, наряду с высокоэнергетическими частицами космических лучей, принимают участие тепловые нейтроны (см. § 4.4).

Космические лучиобнаруживаются на уровне моря, а потоки m–мезо-нов, по данным [110, с.196] обнаружены на глубине 6,4 км водного эквивалента. В состав космических лучей на уровне моря входят ядерно-активные частицы p-мезоны и нуклоны [110, с.73]: “Так, на уровне моря основную массу частиц в этом потоке составляют электроны, позитроны, фотоны и m–езоны, причем доля m-мезонов мала в центральной части ливня (примерно 1%) и весьма ощутима на его периферии. Помимо этого, в ливне содержится определенная, хотя и небольшая, доля нуклонов и p-мезонов очень высокой энергии (порядка 1012 эв и выше)”.

Поскольку часть вещества коры располагается выше уровня моря, в породах суши ядерные превращения генерируются космическими лучами. Нуклоны и p-мезоны космических лучей способны разрушать ядра, выби-вать из них отдельные нейтроны и группы нуклонов. Эти последние могут реагировать с другими ядрами и образовать новые химические элементы.

Превращения атомов типа нейтронного захвата могут осуществляться по схеме известных ядерных реакций [220].

45Rh103 + n ® 45Rh 104 (6.1)

В последующем b-распаде через 44 сек. Образуется изотоп палладия.

45Rh104 ® 46Pd104 + e (6.2)

Аналогичная реакция[220] протекает с образованием кадмия при захвате теплового нейтрона ядром серебра.

47Аg109 + n ® 47Аg110 ® 48Cd110 + e (6.3)

Захват нейтронов может осуществляться и более тяжелыми элементами.

92U238 + n ® 92U239 ® 93Np239 + e (6.4)

Рассматривая ядерные превращения в природе, [35] проводит целый ряд ядерных реакций с участием нейтронов, которые

140 Глава 6. Эволюция земного вещества .

использовались в лабораториях для расщепления и синтеза химических элементов, а также для получения различных изотопов. Так, с участием нейтронов естественных энергий происходят реакции с испусканием a–частиц

13Аl27 + n ® 11Na24 + 2He4 , (6.5)

11Na23 + n ® 9F20 + 2He4 ; (6.6)

с выделением протонов

13Al27 + n ® 12Mg27 + p+, (6.7)

c поглощением и излучением нейтронов

13Al27 + n ® 13Al28 , (6.8)

19K39 + n ® 19K38 + 2n . (6.9)

В ходе ядерных превращений вещество Земли пополняется свободны-ми нейтронами, но основным поставщиком для нуклеосинтеза является процесс рождения нейтронов (см. § 4.4). Рождение нейтронов и ядерные превращения атомов неразрывно связаны между собой, поэтому не без оснований можно считать, что наблюдаемое на Земле разнообразие пород, минералов, химических соединений образовалось на месте и во многом обязано ядерным превращениям. Вещество Земли, подвергаясь ядерным превращениям, непрерывно эволюционирует. В этой связи писал [35, с.63]: ”И несомненно, что в результате ядерных процессов, протекавших на протяжении геологической истории Земли, происходило изменение элементарного и изотопического ее состава”.

Для признания ядерных превращений в природе представляют интерес сведения [35] о том, что в течение многих лет, начиная с 30-х годов, когда еще не было ускорителей, ядерные реакции изучались с помощью a-частиц, испускаемых естественными радиоактивными элементами. В настоящее время эти реакции хорошо изучены.

7N14 + 2He17 ® 8O17 + 1H1 (6.10)

12Mg24 + 2He4 ® 13Al27 + 1H1 (6.11)

13Al27 + 2He4 ® 15P30 + n (6.12)

14Si28 + 2He4 ® 15P31 + 1H1 (6.13)

4Be9 + 2He ® 6C12 + n (6.14)

3Li7 + 2He4 ® 5B10 + n (6.15)

Ядерные реакции типа (6.10-6.11) и им подобные происходят при воздействии на вещество излучений, сопровождающих процесс радиоактивного распада в естественных условиях. Это значит, что

§ 6.1. Развитие взглядов на эволюцию земного вещества 141

продукты распада радиоактивных элементов генерируют последующий ряд ядерных превращений и производят неизмеримо большие эффекты, чем обнаруженные в лабораториях. Но даже того, что известно сегодня о ядерных превращениях, достаточно, чтобы считать, что ядерные превращения - весьма распространенный и весьма мощный геологический процесс, непосредственно участвующий в генезисе пород и полезных ископаемых [199].

Приведенные типы ядерных реакций синтеза и известные реакции радиоактивного распада, естественно, не исчерпывают всей картины ядерных превращений в природе. Со временем обнаруживаются все новые типы радиоактивного распада [236] и различные парадоксы изотопного состава химических элементов [266], выразившиеся в виде ”феномена Окло” [253]. Парадоксы метасоматизма [264], аномально высокие концентрации гелия в земной коре [410] и неожиданно мощное его выделение из недр [252], составляющее 20 т в сутки, необъяснимы с позиций неизменности земного вещества. Если же исходить из существования широкого спектра ядерных превращений в земном веществе, то аномалии изотопного состава гелия, как и прочие парадоксы, естественно объясняется постоянно протекающими ядерными реакциями.

Кроме известных ядерных реакций простейшего типа, существуют более сложные ядерные превращения. К известным превращениям этого типа относятся реакции синтеза трансурановых элементов. В данном слу-чае физики синтезируют не отдельные нуклоны, а многократно иони-зированные ядра химических элементов. Опыты по искусственному синте-зу трансурановых атомов указывают на тот вероятный путь, по которому идут ядерные превращения в природе. И если в лабораториях для придания ионам энергии используются ускорители, то в природе естественные катализаторы помогают преодолевать энергетические барьеры.

О существовании ядерных реакций синтеза с участием изотопов и ионизированных ядер косвенно указывает обнаруженная [236] реакция радиоактивного распада

Ra223 ® Pb209 + C14. (6.16)

Поскольку ядерные реакции обратимы, то вполне возможно протекание реакций обратных (6.16), т. е. реакций синтеза отдельных ядер, которые играют роль ядерных молекул. Понятие о ”ядерных молекулах” или кластерах широко использовано и [240], причем эти исследователи особое значение придавали энергетически устойчивым сочетаниям нуклонов, в том числе магическим ядрам, среди которых особо выделяются ядра 2Не4, являющиеся своеобразными компонентами ядер с числом нуклонов кратным 4. Так, в качестве примера ими приведены ядра углерода и кислорода, состоящие соответственно из трех и четырех ядер гелия, и ядра магния, как бы построенные из двух ядер углерода, т. е.

С12 ® 3Не4 ; О16 ® 4Не4 ; Мg24 ® С12 + С12 (6.17)

142 Глава 6. Эволюция земного вещества .

Связи между ядерными молекулами слабее внутренних, поэтому эти комбинации из нуклонов чаще участвуют в ядерных превращениях вещества. Аналогичные представления о структуре ядер и трансмутациях отстаивали Л. Кервран [438] и [400].

- физик из Дубны,- продолжительное время исследовав-ший ядерные превращения в природе [103, 104 и др.], соединения ядерных молекул назвал квазиатомами, обосновывая это название тем, что энергия связи в квазиатомах меньше, чем в обычных атомах. Меньшая ”прочность”квазиатомов позволяет использовать их для получения энергии [103], причем способ получения энергии представляется менее опасным и экологически более чистым по сравнению с обычной ядерной энергетикой. Многочисленные ядерные превращения с участием квазиатомов записывал в виде обратимых процессов.

6С12 + 8О16 СО N2 ® 7 + 7Si28 (6.17а)

При рассмотрении ядерных превращений в природе нельзя не упомянуть о естественном нейтронном (радиационном) фоне [91], существующем благодаря протеканию ядерных реакций. Фон этот будет существенно меняться в пространстве и времени при изменении условий протекания ядерных реакций. В качестве примера можно привести аварии на атомных станциях, места сосредоточения ядерных исследований и радиоактивных элементов, к которым также относится и природный ”феномен Окло” [253]. Нельзя также не вспомнить о сенсационных попытках получения энергии путем холодного ядерного синтеза [368]. И хотя эти попытки не привели к успеху (для промышленного получения энергии необходимы эффективные катализаторы), сама по себе идея холодного ядерного синтеза имеет прочную физическую базу и лежит в русле новейших исследований [103, 368].

§ 6. 3. Трансмутации химических элементов в геологии

Из § 6.2 отчетливо видно, что ядерные реакции не могут не протекать в геологической среде. Несмотря на это, до недавнего времени проблема ядерных превращений в геологии исключалась из обсуждения как нереальная. Для изменения химического состава пород и минералов настойчиво предлагался процесс метасоматизма - химического замещения одних элементов другими путем механического привноса и выноса вещества. Реальность такого процесса в природе отрицать нельзя. Однако им невозможно объяснить наблюдаемое разнообразие химического состава пород, руд и минералов, особенно в тех случаях, когда миграция химических элементов ослаблена или невозможна. Затруднения при объяснении изменений вещественного состава пород только химическими превращениями отразились в названии монографии, частью которого стали слова ”Парадоксы... метасоматоза”.