Спрос на металлический кадмий растет год от года, но рост этот неравномерен. Наиболее резкий скачок в производстве этого элемента пришелся на 40-е годы нашего столетия. Именно в это время кадмий превратился в стратегический материал — из него стали делать регулирующие и аварийные стержни атомных реакторов.
В популярной литературе можно встретить утверждение, что если бы не эти стержни, поглощающие избыток нейтронов, то реактор пошел бы «вразнос» и превратился в атомную бомбу. Это не совсем так. Для того чтобы произошел атомный взрыв, нужно соблюдение многих условий (здесь не место говорить о них подробно, а коротко это не объяснишь). Реактор, в котором цепная реакция стала неуправляемой, вовсе не обязательно взрывается, но в любом случае происходит серьезная авария, чреватая огромными материальными издержками. А иногда не только материальными. Так что роль регулирующих и аварийных стержней и без преувеличений достаточно велика.
Столь же неточно утверждение (см. например известную книгу П. Р. Таубе и Е. И. Руденко «От водорода до...»), что для изготовления стержней и регулировки потока нейтронов кадмий — самый подходящий материал. Если бы перед словом «нейтронов» было еще и «тепловых», вот тогда это утверждение стало бы действительно точным.
Нейтроны, как известно, могут сильно отличаться по энергии. Есть нейтроны низких энергий — их энергия не превышает 10КэВ (кило-электрон-вольт). Есть быстрые нейтроны — с энергией больше 100КэВ. И есть, напротив, малоэнергичные — тепловые и «холодные» нейтроны. Энергия первых измеряется сотыми долями электрон-вольта, у вторых она меньше 0,005эВ.
Кадмий на первых порах оказался главным «стержневым» материалом, прежде всего, потому, что он хорошо поглощает тепловые нейтроны. Все реакторы начала «атомного века» (а первый из них был построен Энрико Ферми в 1942 году) работали на тепловых нейтронах. Лишь много лет спустя выяснилось, что реакторы на быстрых нейтронах более перспективны — и для энергетики, и как производители ядерного горючего — плутония-239. А против быстрых нейтронов кадмий бессилен — он их не задерживает.
Поэтому не следует преувеличивать роль кадмия в реакторостроении. А еще потому, что физико-химические свойства этого металла (прочность, твердость, термостойкость — его температура плавления всего 321°С) оставляют желать лучшего. А еще потому, что и безо всяких преувеличений роль, которую кадмий играл и играет в атомной технике, достаточно значима.
Кадмий был первым «стержневым» материалом. Затем на первые роли стали выдвигаться бор и его соединения. Но кадмий легче получать в больших количествах, чем бор — кадмий получали и получают как побочный продукт производства цинка и свинца. При переработке полиметаллических руд он — аналог цинка — оказывается в основном в цинковом концентрате. А восстанавливается кадмий еще легче, чем цинк, и температуру кипения имеет меньшую (767 и 906°С, соответственно). Поэтому при температуре около 800°С нетрудно разделить цинк и кадмий.
Кадмий мягок, ковок, легко поддается механической обработке. Это тоже облегчало и ускоряло его путь в атомную технику. Высокая избирательная способность кадмия, его чувствительность именно к тепловым нейтронам также были на руку физикам. А по основной рабочей характеристике — сечению захвата тепловых нейтронов — кадмий занимает одно из первых мест среди всех элементов периодической системы — 2400 барн. (Напомним, что сечение захвата — это способность «вбирать в себя» нейтроны, измеряемая в условных единицах — барнах.)
Природный кадмий состоит из восьми изотопов (с массовыми числами 106, 108, 110, 111, 112, 113, 114 и 116), а сечение захвата — характеристика, по которой изотопы одного элемента могут отличаться очень сильно. В природной смеси изотопов кадмия главный «нейтроноглотатель» — это изотоп с массовым числом 113. Его индивидуальное сечение захвата огромно — 25000 барн!
Присоединяя нейтрон, кадмий-113 превращается в наиболее распространенный (28,86% природной смеси) изотоп элемента №48 — кадмий-114. Доля же самого кадмия-113 — всего 12,26%. К сожалению, разделить восемь изотопов кадмия намного сложнее, чем два изотопа бора.
Регулирующие и аварийные стержни — не единственное место «атомной службы» элемента №48. Его способность поглощать нейтроны строго определенных энергий помогала и помогает исследовать энергетические спектры полученных нейтронных пучков. С помощью кадмиевой пластинки, которую ставят на пути пучка нейтронов, определяют, насколько этот пучок однороден (по величинам энергии), какова в нем доля тепловых нейтронов и так далее.
О токсичности кадмия
Сведения о токсичности кадмия довольно противоречивы. Вернее, то, что кадмий ядовит — бесспорно. Споры ученых вызывает степень опасности кадмия. Известны случаи смертельного отравления парами этого металла и его соединений— так что пары кадмия представляют серьезную опасность. При попадании в желудок кадмий тоже вреден, но случаи смертельного отравления соединениями кадмия, попавшими в организм с пищей, науке неизвестны. Видимо, это объясняется немедленным удалением яда из желудка, предпринимаемым самим организмом. Тем не менее, во многих странах применение кадмированных покрытий для изготовления пищевой тары запрещено законом.
© Химия и Жизнь, №9 за 1970 год
 В 1948 году врач и биохимик Анатолий Трофимович Качугин высказал смелое предположение о том, что с помощью специальных веществ можно влиять на течение ядерных превращений, происходящих в раковой опухоли. Качугин предложил использовать элементы с выраженной реакцией на радиоактивность — кадмий-113 и гадолиний-155, 157. Качугин назвал действие подобных медикаментов «нейтронзахватная терапия». Как это может работать?
В природе существуют вещества, которые активно реагируют на нейтронное излучение. Этими свойствами обладают всего несколько элементов таблицы Менделеева и их изотопы (см. справочник Дж. Эмсли «Элементы»). К ним относятся кадмий, гадолиний и бор — их используют в реакторах для управления ядерной реакцией.
Кадмий, бор и гадолиний имеют свойство накапливаться в быстрорастущих раковых клетках, где они взаимодействуют с нейтронами. Торможение нейтронов кадмием, гадолинием или бором приводит к коротким импульсам локального излучения внутри самой опухоли, что вызывает серьезные повреждения в клетках, накопивших эти вещества.
При этом относительно здоровые ткани почти не повреждаются, поскольку их чувствительность к кадмию существенно ниже. Очевидно, такой подход радикально эффективнее и безопаснее рентгена, которым облучают раковых больных. И хотя все это происходит в живом организме, принцип действия подобных веществ тот же, что и в ядерном реакторе.
См. также:
Качугин Анатолий Трофимович
Нейтрон-захватная терапия рака
«У супругов Качугиных не было под рукой синхрофазотрона. Анатолий Трофимович строил свой способ лечения иначе — на естественном радиоактивном фоне земли. И метод работал». (источник)
Некторые патенты Качугина времен СССР
Качугина Белла Яковлевна — патенты | 
