Протактиний Pa

Открытие

Когда в 1871 году Дмитрий Менделеев выстраивал свою периодическую таблицу, он оставил между торием и ураном пробел для элемента, которого ещё никто не видел. Первого «жильца» нашли в 1913 году Казимир Фаянс и Освальд Гёринг в Карлсруэ. Изучая цепочку распада урана, они обнаружили мимолётный изотоп, исчезавший примерно за минуту (ныне известный как протактиний-234m), и назвали его «бревием» — от латинского «короткий».

В 1917–1918 годах Отто Ган и Лиза Мейтнер в Берлине нашли гораздо более долгоживущий изотоп — протактиний-231. Фредерик Содди и Джон Крэнстон в Великобритании примерно в то же время независимо пришли к тому же результату.

Получение чистого образца заняло десятилетия. Аристид фон Гроссе выделил оксид в 1927 году, а металл — в 1934 году. В начале 1960-х годов Управление по атомной энергии Великобритании переработало около 60 тонн отходов переработки урана, чтобы извлечь немногим более 100 граммов.

Происхождение названия

Ган и Мейтнер соединили греческое protos (первый, предшествующий) с названием «актиний», получив «протоактиний», поскольку протактиний-231 путём альфа-распада превращается в актиний-227 — то есть, по сути, является «родителем» актиния. В 1949 году ИЮПАК убрал одну букву, чтобы название легче произносилось, и получилось «протактиний». Символ Pa образован из первых двух букв.

Основные применения

• Фундаментальные исследования: почти весь очищенный протактиний идёт в лаборатории. Находясь там, где начинает заполняться 5f-оболочка, он служит ключевым тестом для понимания того, как меняется химия актиноидов по ряду.
• Океанология и климатология: уран, растворённый в морской воде, с постоянной скоростью порождает протактиний-231 и торий-230, но они по-разному прилипают к оседающим частицам. Измеряя их соотношение в кернах осадков, исследователи восстанавливают, насколько интенсивной была глубинная циркуляция Атлантики в климатах прошлого.
• Исследования ториевых реакторов: в ториевом топливном цикле торий-232 захватывает нейтрон и через протактиний-233 превращается в делящийся уран-233. Поведение протактиния важно для проектирования ториевых реакторов.

Изотопы

Стабильных изотопов у протактиния нет. Самый долгоживущий, протактиний-231, имеет период полураспада около 32 800 лет и встречается в природе как член ряда распада урана-235. В паре с торием-230 он позволяет датировать морские осадки и кораллы возрастом до нескольких сотен тысяч лет. Протактиний-233 с периодом полураспада около 27 дней — важнейшая промежуточная ступень ториевого топливного цикла. Изотоп, впервые замеченный Фаянсом, протактиний-234m, в среднем живёт лишь около 1,2 минуты.

В повседневной жизни

Вероятность когда-либо встретить протактиний крайне мала. В тонне урановой руды его намного меньше грамма, хотя следы есть в каждом урановом минерале и в почве вокруг таких месторождений. Это сильный альфа-излучатель и химически токсичное вещество, которое, попав в организм, может откладываться в костях, поэтому в лабораториях с ним работают только в герметичных перчаточных боксах.