Урановое стекло в ультрафиолетовом свете. Uranium glass under ultraviolet light

Что такое урановое стекло? What is uranium glass?

Урановое стекло - стекло, в шихту которого были добавлены соединения урана, с целью придать стеклу специфическую зеленую или желто-зеленую флуоресценцию. Содержание урана может колебаться от следовых количеств до нескольких процентов (по массе), хотя некоторые изделия из уранового стекла, изготовленные в ХХ веке, содержат до 25% урана. Уран вводят в шихту в виде ураната натрия Na₂UO₄, нитрата уранила или одного из оксидов урана (U₃O₈, UO₂ и UO₃).

При увеличении содержания урана в стекле флуоресценция сначала усиливается, потом ослабевает. Причем, флуоресценция урановых стекол зависит не только от содержания в них урана, но и от состава матрицы. Например, содержащие уран свинцовые стекла не дают флуоресценцию вообще, поскольку свинцовые стекла поглощают ультрафиолетовые лучи. Урановые стекла на основе свинцовой матрицы используются, например, для имитации топаза в ювелирных изделиях. Но такое применение уранового стекла в художественном и ювелирном деле - скорее исключение, чем правило, поскольку уран в состав стекла вводили именно для придания ему яркой флуоресценции. Матрица стекла должна усиливать флуоресценцию урана или, по крайней мере, ее не гасить.

Урановое стекло является силикатным, для него рекомендуются различные кальциевые, цинковые и баритовые составы и предпочтительно с высоким содержанием калия и борного ангидрида, это обеспечивает более интенсивную флуоресценцию стекла. Как уже отмечалось, свинцовое стекло с ураном не дает флуоресценцию, но смешанные свинцово-бариево-цинковые стекла флуоресцируют.

Раньше урановое стекло также использовалось в электронных лампах, конденсаторах и аналогичных радиодеталях: оно служило в качестве промежуточного (переходного) стекла между герметизирующим стеклом, в которое впаивались металлические электроды, и основным стеклом корпуса лампы (первое имеет более высокий коэффициент термического расширения, второе - более низкий).

20-киловольтный вакуумный конденсатор (Jennings VC12) на 12-пикофарад с фрагментами из светло-зеленого уранового стекла. Этот 200-граммовый конденсатор имеет длину около 16.5 см и диаметр 6 см
12-picofarad, 20-kilovolt vacuum capacitor (Jennings VC12) with pale green uranium glass lead-in seals. This 200-gram capacitor is about 16.5 cm long and 6 cm in diameter.

Но главным применением уранового стекла являлось и является изготовление художественных изделий. Характерная флуоресценция придает изделиям из уранового стекла неповторимую красоту, особенно - при освещении их ультрафиолетовым светом.

Изготовление уранового стекла в промышленности особых трудностей не вызывает, но дело осложняется тем, что уран - радиоактивный элемент, который применяется в атомной технике, в частности - для наработки оружейного плутония. Отсюда - дороговизна и труднодоступность урана. До начала атомной эры, когда уран еще не был стратегическим материалом, он был более доступен.

Зато в прошлом урановое стекло часто делали в кустарных условиях. Кроме крупных фабрик, изделия которых приобрели мировую известность, было много маленьких стекольных мастерских. Разумеется, мастера серьезно рисковали здоровьем, работая с соединениями урана в неприспособленных для этого условиях. Дело в том, что уран - не только радиоактивный элемент, но и токсичный. Химическая токсичность обедненного урана в естественных условиях представляет примерно в миллион раз большую опасность, чем его радиоактивность. Более того, уран-238 является альфа-излучателем. При внешнем облучении альфа-частицы легко поглощаются внешним слоем кожи, что сравнительно безопасно. Но если альфа-активные изотопы попадают в организм, то имеет место внутреннее облучение: практически все альфа-излучение поглощается живыми тканями внутри тела. В результате энергия излучения идет на разрушение тканей. - В том числе - на разрушение жизненно-важных тканей и генетического материала. В процессе изготовления стекла в неприспособленных для этого условиях соединения урана попадали в организм с пылью через дыхательные пути и через желудочно-кишечный тракт, что вызывало, как химическое отравление, так и внутреннее облучение работников.

Нетрудно догадаться, что изделия из уранового стекла не представляют опасности для здоровья (альфа-лучи поглощаются самим же стеклом, в крайнем случае - вашей кожей, да и период полураспада урана-238 составляет 4.5 миллиарда лет). Зато их радиоактивный фон вполне ощутим (особенно - по бета-излучению, которое, впрочем, легко поглощается препятствиями вроде листа бумаги, одежды или стекла серванта). Можно привести аналогию: вспомните, что хрустальные изделия - популярные уже длительное время, содержат в своем составе свинец и барий, причем в довольно значительных количествах (десятки процентов), но опасности для здоровья они не представляют, поскольку свинец и барий содержится в нерастворимой форме. Нерастворимый сульфат бария не так давно пациенты употребляли внутрь - перед проведением рентгеновского обследования пищеварительной системы.

Наименее радиоактивен и наиболее доступен обедненный уран - уран, из которого был частично выделен более активный изотоп U-235. Стекло, изготовленное из природного урана (точнее, из его минералов), из которого не были отделены дочерние продукты распада, обладает более высокой активностью, поскольку именно дочерние продукты гораздо более радиоактивны, чем сам уран. Поэтому даже если изотоп U-235 не был отделен, желательно очистить уран, который идет на изготовление стекла, от продуктов распада.

Кстати, обедненный уран - один из материалов, который используется для защиты от губительного гамма-излучения. Дело в том, что чем элемент тяжелее (и чем сам материал плотнее), тем лучше его атомы поглощают гамма-кванты. Не случайно для этой цели используют свинец и соединения бария. Иногда - висмут. Но уран имеет еще бОльшую атомную массу, чем барий, свинец или висмут. В отличие от бария, свинца и висмута уран радиоактивен, но, как отмечалось, его собственная активность низкая.

Из-за трудностей с доступом к соединениям урана (стратегический материал), изделия из уранового стекла стали дефицитом во времена первой холодной войны (1940-е - 1990-е). В этот период старые изделия стали антиквариатом или, по крайней мере, приобрели коллекционную ценность, а новые - выпускались в ограниченном количестве (а временами не выпускались вовсе). Даже сейчас из уранового стекла делают в основном небольшие сувениры и безделушки, а не большие и массивные вазы, статуэтки и сервизы, как в прошлом. Кроме того, часть уранового стекла используется для научных целей.

Кстати, зеленый и желто-зеленый цвет стекла автоматически не означает, что оно содержит уран - вспомните обычное бутылочное стекло, которое окрашено соединениями железа. И даже флуоресценция тут не показатель: в годы экономической депрессии в шихту для изготовления уранового стекла добавлялось больше оксида железа, чтобы оно выглядело более зеленым при более низком содержании урана. Этот материал получил название "вазелиновое стекло", по-видимому, из-за его внешне сходного вида с вазелином (в том виде, в котором он продавался 1920-х годах). В наши дни термин "вазелиновое стекло" стал нечетким, иногда он используется для любого уранового стекла, особенно в Соединенных Штатах.

Кроме добавок солей железа есть масса других способов окрасить стекло в зеленый или желтый цвет. Поэтому признаком содержания в стекле урана можно считать разве что специфическую зеленую или желто-зеленую флуоресценцию (хотя и тут я не уверен: схожую флуоресценцию, например, дают органические красители: флуоресцеин и эозин - могут внедрить их в какую-то матрицу для имитации уранового стекла).

Ниже даны фотографии художественного уранового стекла, взятые из интернета. Во второй части статьи описаны опыты с шариком из уранового стекла, нитратом уранила и флуоресцеином (уранином).