Все элементы конца таблицы Менделеева, начиная с полония, радиоактивны. Но лишь уран и торий сохранились и по сей день с той поры, как образовалась солнечная система. Существующие в природе их изотопы (торий-232, уран-235, уран-238) имеют периоды полураспада, превышающие возраст Земли, равный 5 миллиардам лет. Остальные же радиоактивные элементы — полоний, радий, актиний и другие — гораздо менее долговечны. Те их количества, которые мы сейчас обнаруживаем в земной коре, представляют собой продукты распада долго живущих изотопов урана и тория. Они являются вторичными элементами. Супруги Кюри выделили из иоахимстальской руды вторичные радий и полоний, Дебьерн открыл вторичный актиний.

Чему же обязаны уран и торий своей сравнительно огромной долговечностью? Казалось бы, чем дальше расположен элемент в периодической системе, тем он неустойчивее. А на деле периоды полураспада изотопов урана и тория превосходят периоды полураспада всех прочих изотопов радиоактивных элементов в миллионы и десятки миллионов раз.

Ответ дадут нам некоторые закономерности ядерной физики.

46 радиоизотопов входят в ряды радиоактивных превращений урана-238, урана-235 и тория-232; 34 из них являются альфа-активными.

Испускание ядер гелия — главный вид распада у тяжелых элементов, и именно у них альфа-распад проявляется весьма энергично. Для каждого альфа-активного изотопа характерна своя величина энергии распада. Чем выше эта энергия, тем менее долговечен изотоп, тем меньше период его полураспада.

Физики измеряют эту энергию в специальных единицах — электроновольтах. Так, у астата-213 эта энергия составляет 9,2 миллиона электроновольт (Мэе), а у тория-232 — 4,05 Мэе. Первый погибает, не успев родиться, живет сотые доли секунды; второй теряет половину атомов за астрономически большой срок — 10 миллиардов лет. Как будто противоречие: более легкий элемент оказывается куда менее устойчивым, чем более тяжелый. Парадокс. Но физика, и особенно ядерная, гораздо богаче парадоксами, чем какая-нибудь другая наука.

И вот как он решается. Изучая атомное ядро, ученые пришли к выводу, что в ядрах имеются особые протонные и нейтронные оболочки. Восьмиэлектронные оболочки инертных газов оказываются весьма устойчивыми. Это и обуславливает «благородство» инертных газов. Ядра, содержащие заполненные протонные или нейтронные оболочки, также резко выделяются по своим качествам. Например, ядра со 126 нейтронами значительно устойчивее своих соседей. Изотопы полония, астата, радона, франция находятся, выражаясь на языке ядерной физики, в области нейтронной оболочки из 126 нейтронов. Что для нас особенно важно, этот факт сильно влияет на величины энергий альфа-распада.