Валерий Чолаков
Нобеловите награди (13) (Учени и открития (1901–1982))

Белязаните атоми

Голямата популярност на изотопите се дължи на едно щастливо откритие, направено от Георг фон Хевеши — един от асистентите на Ръдърфорд. Роден в Будапеща през 1885 г., учил във Фрайбург и работил в Цюрихската политехника, през 1912 г. той попадна в Манчестър при Ръдърфорд. Там именно се зароди идеята да се използват радиоактивните изотопи като маркери на химическите елементи. Хевеши разработи подробно този въпрос през 1915 година заедно с австрийския химик Фридрих Панет.

Първоначално методът на белязаните атоми бе приложен при изучаване на химически реакции. С индикатор на радиацията лесно можеше да се установи в кои молекули преминава белязаният атом. Впоследствие Хевеши успя да приложи радиоактивните изотопи и във физиологията. Примесването на тези вещества към храната на лабораторни животни или към почвата на растения даде възможност да се проследи пътят на атомите в метаболитните вериги на организма.

Дълги години широкото внедряване на белязаните атоми в химията и биологията се задържаше от факта, че природните радиоактивни изотопи са много малко и при това от елементи, които не са биологически активни. Прелом в тази област бе постигнат след откриването на изкуствената радиоактивност от Фредерик Жолио и неговата съпруга Ирен Жолио-Кюри. Това голямо откритие бе направено през януари 1934 г. Облъчвайки алуминиево фолио с алфа-частици, френските изследователи откриха, че мишената сама става след това източник на излъчване. Анализът показа, че се получават нови изотопи, които в болшинството си са радиоактивни. Още на следващата 1935 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри получиха Нобеловата награда по химия за откриването на изкуствената радиоактивност.

Възможността да се създават радиоактивни изотопи по желание на изследователя вдъхна нов живот на метода на белязаните атоми. Хевеши бе принуден да работи с радиоактивно олово, което е естествен продукт от разпадането на урана. След като стана възможно да се получават радиоактивен въглерод, азот, фосфор и т.н., белязаните атоми навлязоха широко в медицината и физиологията, но, разбира се, най-напред в химията и това направи Георг фон Хевеши лауреат на Нобеловата награда по химия за 1943 г.

С радиоактивните изотопи е свързано едно от забележителните открития на нашия век. Откритието, че Вселената има свой радиоактивен часовник. Всичко започна съвсем банално при едно изследване с цел да се установи съотношението между радиоактивни и обикновени изотопи на въглерода в живи същества.

През 1939 г. изследванията върху космическите лъчи показаха, че те предизвикват потоци от вторични частици в атмосферата. В резултат на това се извършва превръщане на азот-15 във въглерод-14. Този процес се извършва непрекъснато, но въпреки това количеството на радиоактивния въглерод в атмосферата е минимално. В момента на своето възникване тези атоми са с много висока енергия и веднага се свързват във въглероден двуокис. Този газ се усвоява от растенията и преминава от тях в животните. По такъв начин в цялата биосфера се поддържа постоянна концентрация на въглерод-14.

Всичко това бе установено към 1946 г. от изследователски екип, в който влизаше и американският физикохимик Уилард Либи. Този учен си зададе въпроса, какво става с радиоактивния въглерод след смъртта на организма. Тъй като обмяната на веществата спира, прекратява се и постъпването на ново количество въглерод-14. Изотопът, който е влизал в състава на организма, започва да се разпада, като половината от атомите изчезват за период от 5600 г. Очевидно по съотношението на въглерод-14 от изкопаеми останки и неговото съдържание в живи организми може да се съди за възрастта на останките.

Идеята звучи много просто, но за да се създаде точен и удобен метод, бяха необходими големи усилия. Съвременната датировка с въглерод-14 обхваща периода от преди 200 до 50 000 години. Атомите на изотопа се отделят вече с мас-спектрограф и анализът се прави само с няколко микрограма вещество. Днес това е един от основните методи за датировка в археологията.

Появата на радиохронологията с въглерод-14 оказа стимулиращо въздействие върху учените, които се заеха да търсят и други радиоактивни изотопи, удобни за тази цел. Вече са известни радиоактивни часовници, които измерват периоди от милиони и милиарди години. За пръв път датировката на археологически, геологически и космически събития стъпи на твърда основа.

За своето забележително откритие Уилард Либи стана Нобелов лауреат по химия за 1960 г. При връчването на наградата бе изказано мнението, че рядко се е случвало едно откритие в химията да има такова въздействие върху мисленето и идеите в толкова много области.