Однако с помощью описанных приборов можно «увидеть» лишь радиоактивные атомы. А как же быть, если нужно различить отдельные радиоактивные изотопы в смеси? Например, уран и радий — оба альфа-излучатели, и спинтарископ не покажет нам отличия альфа-частиц урана от альфа-частиц радия. Так же вместе будут регистрироваться и бета-частицы, если у нас, скажем, исследуется смесь радиоактивных изотопов фосфора и йода.
Оказывается, решить такую задачу, вообще говоря, можно, лишь определив основные характеристики присутствующих радиоактивных элементов или изотопов, их периоды полураспада. А для этого в большинстве случаев необходимо отделить их друг от друга.
Помните, как в известной детской сказке Золушке пришлось выбирать чечевицу из мешка золы? Братья Гримм великолепно рассказали о трогательной судьбе сироты. Но вряд ли они представляли, сколь трудна была работа Золушки.
Давайте немного посчитаем. Пусть каждая пылинка золы в тысячу раз меньше зерна чечевицы. Тогда, если равномерно перемешать мешок золы и мешок чечевицы, на каждую тысячу пылинок золы приходится лишь одно зернышко чечевицы. Трудная, конечно, задача — разобрать такую смесь.
Но представьте себе, что в современных условиях, при работе ядерного реактора на 1 грамм урана получается 10–6 грамма какого-нибудь радиоактивного изотопа. Ведь это соответствует тому, как если бы злая мачеха один мешок чечевицы смешала с тысячью мешков золы!
Золушке помогли волшебные голуби. У современных радиохимиков таковых нет. И, кроме всего прочего, выделение радиоактивных изотопов при таких соотношениях усложняется тем, что в растворах они присутствуют в исключительно малых концентрациях, порядка 10–10–10–16 грамма в литре. В этих условиях элементы теряют многие специфические свойства (обычно полезные) и приобретают новые, далеко не способствующие их выделению. Такие количества нельзя, например, выделить в виде осадка обычными химическими методами. Необходимо еще добавить, что в результате реакций деления образуется не один радиоактивный изотоп, а более трех десятков, принадлежащих различным элементам периодической системы (от цинка до гадолиния). Это уже во много раз хуже тысячи мешков золы. Однако современные «Золушки» нашли выход из положения.
В начале нашего столетия немецкий химик Отто Ган попытался отделить радиоактивный свинец от нерадиоактивного. Два года продолжалась напряженная работа, и, наконец, Ган отступил. Никакими химическими опытами нельзя было отделить их друг от друга.
Как раз это обстоятельство часто используют сейчас для выделения радиоактивных изотопов. Чтобы получить радиоактивный изотоп, присутствующий в смеси в крайне малых количествах, к нему добавляют стабильный изотоп этого же элемента, а затем уже используют химические реакции, характерные только для него.
Допустим, у нас в смеси радиоактивные изотопы цезия, бария и серебра. В таком случае в раствор добавляют их стабильные изотопы, а затем последовательно выделяют из него серебро, прибавляя какой-либо растворимый хлорид, в виде хлористого серебра и барий, добавляя карбонат; в растворе остается лишь цезий. Метод такого выделения получил название осаждения с носителями. Кстати, не всегда обязательно добавляют в раствор, содержащий радиоактивный элемент, стабильный изотоп именно этого элемента. Можно заменить его элементом, который лишь частично по свойствам похож на него. Так, для отделения плутония от урана первоначально использовалась способность четырехвалентного плутония соосаждаться с фторидом лантана. Таким образом, выделение изотопов в радиохимически чистом виде (то есть свободных от примеси других радиоактивных изотопов) оказалось не слишком тяжелой задачей для радиохимиков.
Одним из первых методов выделения радиоактивных изотопов без носителя был метод отдачи. Суть его заключается в следующем. При взаимодействии ядра атома с какой-либо бомбардирующей частицей оно получает дополнительную кинетическую энергию, то есть энергию движущейся частицы, которая помогает ему, грубо говоря, «вырваться из объятий» химических связей с другими атомами. Поскольку вырвавшийся атом обычно ионизирован, лишен части своих электронов, то, используя свойства ионов притягиваться к противоположным зарядам, такие атомы можно «собирать» на пластинах, заряженных отрицательно. Именно так были впервые выделены и идентифицированы всего 17 атомов элемента менделеевия. Порой удается применить и более простые методы. Так, при облучении окиси магния дейтронами по реакции