История

Свойства

Применение

Опыты

         Радий

 
    Радий в настоящее время практически не используется в промышленности, хотя раньше это был практически единственно доступный для лабораторий источник мощного гамма и альфа излучения. Он применялся для лечения раковых опухолей (сейчас он вытеснен намного более мощными и дешевыми кобальтом-60 и цезием-137). Для изготовления люминесцентных красок постоянного действия (в которых сейчас используют более безопасные тритий и прометий). В радий-берилиевых источниках нейтронов (которые сейчас вытеснены полоний-бериллиевыми).

    Название элемента произошло от латинского слова «radius» («луч»), поскольку сам металл, его соли и смеси солей радия с некоторыми веществами испускают хорошо различимый свет (это было замечено еще супругами Кюри). Это происходит из-за радиолюминесценции – свечения веществ под действием радиации (особенно под действием альфа частиц). Несколько позднее, эту особенность соединений радия стали использовать для изготовления красок, которые светились в темноте. Впервые свечение сульфида цинка под действием излучения радия было обнаружено Беккерелем, а первая светящаяся краска была изготовлена Уильямом Хаммером в 1902 году. Такими красками, например, рисовали цифры на наручных часах, чтобы можно было видеть их в темноте. Приборы в кабинах самолетов и кораблей также размечали радиевыми красками. Известны даже случаи, когда выпускались детские книжки, все рисунки в которых светились в темноте.

    Что же представляют из себя такие краски? Как правило, это соединения цинка (в случае зеленой краски, это сульфид цинка) или других металлов с добавкой очень очень небольшого количества соли радия и активаторов люминесценции (например, марганца, меди, кадмия). Содержание радия в светосоставах составляет от 10 до 300 микрограмм на грамм краски. Содержание активатора – сотые или тысячные доли процента. От того, сколько радия содержал светосостав, зависела его цена (ведь радий в начале прошлого века был одним из самых дорогих металлов!) и яркость свечения, а в настоящее время, когда он уже не светится и ничего не стоит, зависит его активность.


    Например там, где требовалось яркое свечение, которое помогало бы легко считывать показания приборов (наример в самолете), использовалась краска с большим содержанием радия, а в карманных часах (как на фото слева) радиевая краска содержит намного меньше соли этого металла.

    Впервые радиевая краска начала применяться в Швейцарии, а затем и по всему миру. Всего было произведено несколько миллионов часов со стрелками и циферблатами, содержащими радий, и их производство прекратилось лишь в начале шестидесятых годов.

 
    Радий, вместе со своими продуктами распада, которые обязательно присутствуют в нем, испускают два вида радиоактивного излучения: гамма-лучи с энергией 0.188 МЭв и альфа-частицы с энергией 4.777 МЭв. За свечение люминофора отвечают альфа-частицы. Этот вид радиоактивного излучения практически полностью задерживается, например, стеклами часов или тонким слоем металла. Поэтому, пока прибор цел и герметичен, они не представляют опасности для здоровья. Гамма же лучи, испускаемые радием, напротив, не вызывают свечения краски, но задерживаются корпусами приборов очень слабо, поэтому если поднести к прибору с радиевой краской дозиметр, он покажет довольно высокий уровень радиации (как правило, от 100 до 10000 микрорентген в час, что в сотни раз превышает нормальный радиоактивный фон). Однако, стоит отметить, что уровень радиации достаточно быстро убывает с расстоянием и на расстоянии в один-два метра от прибора он практически равен природному. Если по каким-то причинам радиевая краска в виде пыли попадает в организм (была нанесена на открытые части прибора, или прибор был разобран), тогда все снова меняется местами. Гамма-лучи от радия хоть и легко проходят сквозь ткани, но влияют на них гораздо слабее, чем альфа-частицы. Те практически выжигают близлежащие клетки и вызывают образование злокачественных опухолей и другие неприятные последствия.
    Дозиметр показывает рядом с часами повышенный уровень радиации (100-120 микрорентген в час), но производители часов явно сэкономили на краске. В принципе, это не удивительно, поскольку сами часы практически полностью сделаны из штампованных деталей и без единого камня. Для сравнения: старые советские авиационные и военные приборы с радиевым светосоставом постоянного действия, на расстоянии в сантиметр дают фон 5 миллирентген в час (в 50 раз больше).

    Кстати, чего только не пишут журналисты про такие краски. И что радий «выдыхается со временем» и краски перестают светиться, и что в этих красках находится фосфор, который ядовит, и что фосфор радиоактивен и т.п. Попробую прояснить некоторые вопросы:
    Да, белый фосфор светится в темноте, фото светящегося кусочка фосфора есть на соответствующей странице. Но он светится за счет окисления кислородом, т.е. если нанести им надпись на что-нибудь, она перестанет светиться через несколько минут. К тому же, белый фосфор очень ядовит (смертельная доза – полграмма), обладает неприятным запахом и самовоспламеняется на воздухе. В общем, я никогда и нигде не слышал, чтобы им наносили светящиеся надписи в промышленных масштабах.
    Вторую неточность часто допускают, когда путают фОсфор и фосфОры. Первое - это вышеописанный элемент, а второе – это светящиеся составы, которые имеют длительное время послесвечения (несколько часов). Такие составы начинают светиться, например, после кратковременного освещения сильным светом (лампой накаливания или солнцем). Свечение фосфОров продолжается несколько часов, после чего им снова требуется «зарядка» от источника света. Иногда, например в кабинах самолетов, цифры на приборах рисуют люминофорами, которые светятся под воздействием ультафиолетового излучения. УФ свет поступает на них от специальной лампы, расположенной за спиной пилота.

 
    Очень часто цифры на старых приборах, нарисованные радиоактивными красками, или не светятся вообще или светятся очень слабо. Часто можно увидеть, как это объясняется тем, что радий или «давным-давно распался» или «весь улетел из краски». Это бред. Период полураспада радия – 1600 лет. За ту сотню лет, которые просуществовал даже самый старый прибор (радий был открыт в 1898 году, а светящиеся краски стали впервые использовать в 1902 году), распалась едва ли одна двадцатая его часть. Соединения радия не более летучи, чем поваренная соль, и никуда не исчезают из краски (о чем свидетельствует её радиоактивность). Свечение краски исчезает из-за деградации самого люминофора. Это может быть разрушение сульфида цинка или активатора краски под действием влаги воздуха (или паров веществ, содержащихся в нем), или разрушение под действием радиоактивного излучения. Но радий, который представляет основную опасность для здоровья, остается. На фото – свечение радиевой краски в темноте. Чтобы точно быть уверенным, что свечение вызвано радиолюминесценцией, а не фосфоресценцией, перед съемкой я хранил часы в темноте в течение суток и не допускал попадания света на циферблат до окончания съемки. Часы светятся, но очень слабо. Фотография сделана с максимальными экспозицией и чувствительностью матрицы и с полностью открытой диафрагмой.

    Как я уже писал выше, сейчас радий не используется для приготовления светосоставов постоянного свечения (в Советском Союзе производство светящихся красок на основе радия было прекращено примерно в начале 60-х годов). В настоящее время, в таких люминофорах используются тритий и прометий-147. В отличие от радия, прометий практически не излучает гамма-лучей (точнее излучает, но намного меньше), а выделяет только мягкие бета-лучи, которые задерживаются даже тонким стеклом часов. Бета-частицы трития с энергией до 18 килоэлектрон-вольт имеют длину максимального пробега в воздухе 5-6 мм, то есть практически полностью задерживаются парой миллиметров стекла (пример использования тритиевого люминофора можно посмотреть на страничке, посвященной водороду). Кроме того, период полураспада этих элементов гораздо меньше (2.64 года для ¹⁴⁷Pm и 12.33 года для трития), то есть после случайного попадания краски в окружающую среду они распадаются быстрее и причиняют меньше вреда экологии (а тритий применяется в виде газа и в случае разрушения источника света сразу же сильно разбавляется воздухом).