Чем так интересен и богат элемент таблицы Менделеева
Калифорний — искусственный радиоактивный химический элемент. Всего один грамм этого металла стоит $70 000 000, а годовой объем производства — десятки миллиграммов. По своим возможностям он уникален. Всего один микрограмм калифорния испускает 2 млн нейтронов в секунду. Иначе говоря, элемент, размещенный на кончике иглы, обладает силой, способной победить злокачественную опухоль или найти запасы золота в недрах земли. Наибольшее применение нашел изотоп калифорния-252. Сейчас его производят на реакторе СМ-3 в Научно-исследовательском институте атомных реакторов (АО «ГНЦ НИИАР», входит в научный дивизион Госкорпорации «Росатом»). В чем особенность уникального элемента? Почему именно реактор СМ стал местом рождения калифорния? Есть ли спрос на этот металл? Об этот и многом другом «МК» рассказал начальник управления коммерческой деятельности АО «ГНЦ НИИАР» Юрий Топоров.
Работа химической лаборатории НИИАР. Фото: Мария Мурзина/НИИАР — Реактор СМ-3 можно назвать местом рождения калифорния-252. Аббревиатура СМ расшифровывается как «самый мощный». Почему? Есть ли причины его так называть?
— Есть разные версии. Так, например, один из создателей этого реактора — физик Савелий Моисеевич Фейнберг. Многие шутили, что СМ можно расшифровать как Савелий Моисеевич. Другой вариант расшифровки СМ — самый мощный.
Сам реактор является исследовательским. В отличие от энергетических атомных станций, он не вырабатывает электроэнергию и предназначен для облучения материалов. Его полезное действие — генерить нейтроны. Мощность реактора всего 100 МВт и ее нельзя назвать рекордной. Например, атомные станции — это тысячи мегаватт, что намного больше. И тут расшифровку как «самый мощный» надо понимать не в буквальном смысле. Реактор СМ генерит рекордный поток нейтронов, поэтому его можно назвать самым мощным. Более того, в реакторе есть специальная область, так называемая нейтронная ловушка, где достигается пик потока нейтронов. Таких реакторов в мире по пальцам пересчитать.
— В НИИАРе получают около 30 изотопов, большую часть — в реакторе СМ-3. В чем главное преимущество этой установки?
— Есть такое понятие, как удельная активность. Чем она выше, тем миниатюрней источник можно сделать, не потеряв его полезные свойства. Источник — это, грубо говоря, двойная (для безопасности) металлическая капсула, внутри которой расположено соединение калифорния. В НИИАРе производится и сам калифорний, и эти «железочки», которые называются закрытыми источниками. Иногда удельная активность является критическим параметром. Например, в медицине, где источник вводится в пациента. Там необходимо, чтобы источник был как можно меньше и при этом давал сильное излучение. В этом смысле «самый мощный» реактор СМ-3 позволяет получать изотопы с уникальной удельной активностью, что открывает пути к изготовлению изделий, которые при другой удельной активности не могли бы быть изготовлены: маленькие, но мощные.
— На СМ-3 получают калифорний. Почему этот металл называют самым дорогим?
— Статьи с заголовками типа «Топ-10 самых дорогих металлов в мире: сколько стоит калифорний-252» — это лукавство. В американском реакторе, который можно считать аналогом нашего, в Ок-Риджской национальной лаборатории за 53 года в сумме было накоплено всего 10 граммов калифорния. И это за 53 года! Когда калифорний вынули из реактора, он начал распадаться. Период распада этого элемента – 2,6 года. К слову, в России первый калифорний был получен в 1970 году — 100 микрограммов. К 1972 году мы накопили 1 микрограмм. В настоящее время мы продаем источники из калифорния для разных целей. Так вот, стоимость калифорния в этих источниках — несколько сотен долларов за микрограмм. Это означает, что грамм будет стоить примерно $70 млн. Сумма огромная. Но дело в том, что этот элемент не измеряется в граммах. Профессионалы всегда улыбаются, когда слышат про стоимость калифорния в граммах. Наш институт в год производит десятки миллиграммов калифорния. Это далеко не грамм.
Пульт управления реактора СМ — Как калифорний получается?
— Если посмотреть на таблицу Менделеева, то последний элемент, существующий в природе, это уран. Все, что тяжелее урана, производится искусственно, путем облучения исходного материала в реакторе. При облучении, поглощая нейтроны, исходный элемент становится тяжелее и трансформируется в другой. До превращения в калифорний элементу приходится пройти большую цепочку изменений. Чтобы получить один миллиграмм, придется затратить около килограмма материала: в процессе облучения что-то распадается, что-то исчезает. Если говорить о реакторном времени, то оно измеряется годами. Например, чтобы от плутония дойти до калифорния и получить его значимое количество, должно пройти 7–8 лет. В итоге мы имеем большой расход стартового материала и длительность облучения. Это определяет стоимость калифорния. Но в цену заложены не только затраты, но и польза, которую элемент приносит. Потребительская, рыночная ценность калифорния очень высока. Элемент уникален по своим возможностям. Всего один микрограмм испускает 2 млн нейтронов в секунду, а поместится этот объем на кончике иглы.
— Где используют калифорний?
— Из этого изотопа можно сделать миниатюрные, но очень мощные источники излучения, которые, например, применяются в медицине. И в России, и в США используют миниатюрные нейтронные источники для облучения раковых опухолей в гинекологии, проктологии и т. д. В пациента вводится миниатюрный источник, который разрушает раковые клетки. Другой пример использования калифорния: нейтроны облучают материал и вызывают его ответную реакцию. Они его активируют. По обратному отклику можно судить о химическом составе того, что вы облучаете: железо, серебро, золото. Называется эта процедура элементный анализ. В СССР был популярен такой анализ. В ходе выполнения горно-буровых работ проводилось каротажное исследование скважины. В пробуренное в породе отверстие опускали нейтронный источник, и по отклику становилось понятно, сколько в скважине содержания золота или серебра. Исходя из результатов исследования (много в скважине золота или мало) делали заключение о ее эффективности.
Центральный зал реактора СМ. Фото: НИИАР — Оцените перспективы использования этого изотопа.
— Россия поставляет калифорний, например, в Китай. Превалирует промышленное применение, но есть и медицинский спрос. В принципе, этому изотопу сложно найти новое применение. В основном речь может идти о поддержании мощностей его производства на заданном рынком уровне. Калифорний нельзя перевезти на склад. Через 2,6 года его половина исчезает. Буквально с колес надо делать источники. Наша задача — следовать потребностям рынка и производить столько самого калифорния и его источников, сколько нужно.
Отмечу, что СМ — реактор достаточно возрастной. Он проходил несколько реконструкций, и последняя масштабная модернизация была всего два года назад. Срок действия реактора был продлен еще на 20 лет, а это означает, что «Росатом» смотрит в будущее с оптимизмом. С реакторной точки зрения, наше будущее, будущее наших детей обеспечено.
Поставки калифорния – лишь одно из направлений работы Росатома по производству изотопов для промышленных и медицинских применений. Миниатюрные источники делают возможными диагностику и эффективное лечение онкологических заболеваний, неразрушающий контроль сварных соединений, повышение срока хранения сельхозпродукции. Эта деятельность в полной мере отвечает мировому тренду на реализацию ESG-принципов, достижение Целей устойчивого развития ООН. Росатом намерен и впредь развивать изотопное направление, приближаясь к поставленным ESG-целям.
Реклама. Информация о рекламодателе на сайте www.myatom.ru
_Yalta_naberezhnaya.jpg/dw900h500.jpg)
