Сокровищница XXI века - Владислав Иванович Кузнецов

или даже миллиардах лет. Известный английский физик Вильям Томсон, позднее лорд Кельвин, подсчитал, что если в момент образования Земля была нагрета так же, как Солнце, то до теперешней температуры она должна была остывать 24 миллиона лет. Лорд Кельвин в своих расчетах не учитывал дополнительного тепла, выделившегося в Земле благодаря распаду радиоактивного вещества. А учесть следовало. Громадное количество тепла освободилось после распада радиоактивного калия-40 и других изотопов. Поэтому в дальнейшем оценка времени, которое пошло на образование на Земле твердой коры, непрестанно повышалась — сначала до 200 миллионов лет, а затем и до двух миллиардов.

Возраст самых древних горных пород и равен времени, прошедшему с момента образования устойчивой земной коры до наших дней. Теперь если к возрасту древнейших минералов прибавить время, необходимое для образования твердой коры на жидком земном сфероиде, вычисленное современной счетной машиной, то получится полный возраст Земли.

Древнейшие породы залегают под громадными толщами отложений. Только в некоторых местах они выходят на поверхность. Такие места геологи называют докембрийскими щитами. Есть они и на территории Советского Союза — в Карелии, на Украине. Возраст древнейшей гранитной плиты, исследованной на Кольском полуострове, насчитывает 3,4 миллиарда лет.

Получается, что полный возраст планеты, на которой мы обитаем, порядка пяти миллиардов лет.

Можно измерить и по-другому возраст Земли. Считается, что метеориты возникли одновременно с Землей. Будучи малыми по объему, они очень быстро остывали, и отсчитанное ядерными часами время жизни метеоритов практически совпадает с возрастом Земли. Ведь свинец затвердевшего метеорита, образовавшийся из урана, не мог переместиться куда-либо в другое место.

Когда измерили концентрацию урана и свинца в каменных метеоритах (только в них содержится уран), в их паспортах в графе «возраст» появились цифры, близкие к пяти миллиардам лет. Два разных способа дали одинаковые результаты. Ныне принято считать возраст Земли несколько большим пяти миллиардов лет, и вряд ли в будущем произойдут существенные уточнения.

Итак, распад атомного ядра помогает человечеству решить многие научные проблемы, связанные с историей Земли, строением земной коры, с изучением распределения полезных ископаемых.

«Мы перестали верить в неизменяемую вечность атомов, все течет, все изменяется, все разрушается и вновь создается, одно отмирает, другое рождается, — так течет история химических процессов мира во времени. Но даже и смерть атома человек сумел превратить в орудие познания мира и сделал из нее эталон времени», — писал академик Ферсман.

ЯДЕРНЫЕ ПРИБОРЫ

Для быстрого развития минерально-сырьевой базы Советского Союза, предусмотренного Директивами XXIV съезда КПСС, необходимо совершенствовать методы разведки полезных ископаемых, методы анализа минералов.

Приборы, основанные на ядерных излучениях, открыли новые пути к полезным ископаемым. Весьма эффективен для разведки так называемый нейтронный карротаж нефтяных пластов.

В нефтеносных районах пласты породы, пропитанные нефтью, могут залегать один над другим. Иногда ресурсы старых нефтяных скважин остаются неиспользованными до конца. Из глубокого пласта вся нефть откачана, а в верхних еще лежит нетронутая нефть, не замеченная когда-то геологами. Как обнаружить нефть в верхних пластах?

Стенки старой скважины защищены толстой стальной трубой. Нужно как-то ухитриться увидеть сквозь металлическую стенку нефть. Единственное средство, годное для зондирования, — нейтронные потоки. В скважину опускают специальный генератор быстрых нейтронов. Основа генератора — ускоренный высоким напряжением пучок ядер дейтерия, тяжелого водорода. Дейтерий падает на мишень, содержащую тритий, еще более тяжелый радиоактивный изотоп водорода. В столкновении ускоренных ядер дейтерия и трития возникают быстрые нейтроны. Генератор работает в импульсном режиме. Сгустки быстрых нейтронов легко проходят через стальную трубу и проникают в пласт породы, окружающей место заглубления генератора. Часть нейтронов отражается веществом пласта на нейтронный счетчик, который опускают вместе с генератором. Особенно много нейтронов попадает на счетчик, когда он достигает нефтяного пласта. И не только велико число отраженных нейтронов, но и поступают они на счетчик длительное время, в несколько раз больше длительности первичного импульса. По интенсивности и длительности геологи уверенно находят новый нефтяной пласт, изучают его структуру.

Нефть хорошо отражает нейтроны и затягивает отраженный нейтронный импульс, потому что в ее состав входят водородсодержащие молекулы. Водород, как мы знаем, эффективно замедляет нейтроны, и они надолго запутываются в сложных нефтяных молекулах. Поэтому импульс и растягивается во времени. Нефть не загрязнена примесями, жадно поглощающими нейтроны, и на счетчик приходит интенсивный импульс. На первый взгляд, нейтронный разведчик может спутать воду с нефтью. Чистая вода еще лучше, чем нефть, замедляет и отражает нейтроны. Но никаких ошибок не происходит. Дело в том, что в скважинах нефтяных месторождений вода основательно засолена, а в состав солей входят атомы металлов — активных пожирателей нейтронов. Поэтому отражает нейтроны засоленная вода очень слабо.

Ядерными методами выявляют в горных породах малейшие примеси элементов. И опять помогают нейтроны. Исследуемый образец облучают интенсивным нейтронным потоком. Стабильные ядра определенного сорта становятся неустойчивыми и, распадаясь, излучают присущие только им гамма-кванты. Радиоактивность регистрируется специальными кристаллами, преобразующими ядерные гамма-кванты в световые, или германиевыми полупроводниковыми счетчиками гамма-излучения, в которых энергия гамма-квантов переходит в электрические импульсы. И кристаллы и германиевые счетчики — хорошее средство для определения с очень большой чувствительностью изотопов по характеру их излучения. Таким способом несложно обнаружить присутствие в рудах редкоземельных элементов, легко производить анализы пород на медь, молибден, палладий. Недостаток нейтронного анализа ископаемых, долгое время сдерживавший его применение, связан с трудностью облучения минералов в полевых условиях достаточно интенсивным нейтронным потоком. Теперь созданы специальные перевозные ядерные реакторы-мультипликаторы, в которых цепная ядерная реакция поддерживается нейтронным источником. Мультипликатор безопасен в любых условиях эксплуатации и во время транспортировки. Как только внешний источник удаляют, реакция глохнет. На довольно сложном, громоздком мультипликаторе получают сравнительно скромный поток нейтронов — несколько десятков миллиардов в секунду. Столько же нейтронов генерирует крупинка искусственного элемента калифорния весом в несколько миллиграммов. Калифорниевый компактный источник нейтронов из вещества, накопленного в ядерном реакторе, — большая ценность для нейтронного анализа. Несомненно, что в определенных условиях с миниатюрными источниками можно будет вести и разведку нефтяных месторождений.

Нефтяные месторождения по земному шару распределены неравномерно, да и положение их, как правило, не совпадает с промышленными центрами. Нефти нет под Москвой, а на севере Тюменской области богатейшие запасы. У такой страны, как Италия, нет своих нефтяных месторождений промышленного значения. Поэтому зачастую нефть приходится доставлять на большие расстояния. На море транспортировка решается постройкой гигантских танкеров. Сложнее перевозить нефть по сухопутным дорогам. Самый лучший сухопутный способ доставки — нефтепровод. В прежние времена перекачка горючего разным потребителям