Сокровищница XXI века - Владислав Иванович Кузнецов

В наши дни на разные сорта горючего научились ставить радиоактивное тавро. Так, скажем, когда кончается подача горючего на завод, в трубопровод добавляют малое количество радиоактивного вещества. У приемного резервуара стоит счетчик, регистрирующий излучение примешенного изотопа. Как только появилась радиоактивость, резервуар отключают, а горючее направляется другому потребителю. Распределение осуществляется автоматически, приводы, управляемые радиоактивными счетчиками, сами переключают нужные вентиля.

Для маркировки подбираются такие изотопы, излучение которых не грозит опасностью человеку. Обычно их периоды полураспада невелики, и радиоактивность после их применения быстро исчезает.

Сравнительно недавно ответственные детали проверяли выборочным способом. Вместо двух отливок ротора электрического генератора делали три. Одну из них разрезали на части, и если в ней не было дефектов, то считалось, что и две другие, изготовленные в таких же условиях, не содержат ни трещин, ни раковин. Нечего и говорить, насколько дорог и вместе с тем ненадежен такой способ контроля. Конечно же, хорошее качество одной детали или даже нескольких не обеспечивает полностью высокое качество остальных. Во многих случаях желательна полная гарантия. Представьте себе, что в роторе современной турбины есть трещина. Центробежные силы непременно разорвут вращающийся с огромной скоростью ротор. Его массивные части разлетятся со скоростью артиллерийского снаряда, разрушат здание, могут погубить людей.

Сегодня таких катастроф не происходит. Любое ответственное изделие из металла — будь то сварные швы котла высокого давления или ротор турбины, надежно проверяется гамма-дефектоскопом. Нет нужды резагь швы или разрушать поковку ротора, чтобы убедиться в надежности изготовленных узлов. Гамма-лучи радиоактивного кобальта проникают сквозь большие толщи металла. Контролируемая деталь помещается между кобальтовым источником и фотопленкой. «Кобальтовые» лучи проходят сквозь деталь и поглощаются металлом. В тех частях детали, где находятся пустоты и трещины, поглощение меньше, и пленка облучается неравномерно. Напротив мест, где были трещины и раковины, на проявленной фотоэмульсии появляются темные пятна, потому что сюда попадают более интенсивные пучки гамма-лучей.

Гамма-дефектоскопия — хорошее средство проверки прочности элементов мостов, корпусов кораблей, герметичности газопроводов.

Быстро летит между вальцами прокатного стана стальная лента. И все малейшие изменения ее толщины известны оператору, хотя у него нет ни микрометра ни других мерительных инструментов. Да и как измерить толщину ленты, не останавливая ее бег? Вдоль прокатного стана устанавливают источник гамма-лучей и счетчик радиации. Между счетчиком и источником движется прокат. Интенсивность импульсов излучения, регистрируемая счетчиком, возрастает с уменьшением толщины ленты, приборы преобразуют полученные данные в миллиметры и передают на пульт управления или автоматическое устройство, регулирующее работу стана.

В процессе золочения изделий желательно наносить золотое покрытие вполне определенной толщины. Но как измерить золотой слой, уже нанесенный на контакты электронных блоков современного компьютера? Золоченую поверхность облучают быстрыми бета-частицами — ядерными электронами, испускаемыми радиоактивным изотопом. Золото тяжелый металл. В его атомном ядре 79 протонов — значительно больше, чем в покрываемых металлах. Вещество тем сильнее отражает электроны, чем больше протонов в его атомных ядрах. Поэтому отражательная способность золоченой поверхности в сильной степени зависит от толщины золотого покрова. Приборы регистрируют число электронов и по степени их отражения измеряют микронные покрытия с большой точностью, скоростью и, главное, без всяких повреждений защитного золотого слоя.

Производительность многих важнейших процессов текстильной промышленности зависит от скорости подачи ткани. Барабаны с тканью могли бы вращаться с очень большой скоростью, но... барабан напоминает старинную электрическую машину, построенную немецким изобретателем Отто фон Герике. В машине Герике электричество накапливалось на большом изолированном крутящемся шаре, когда его поверхность натирали сукном. Так же как и шар старинной электрической машины, барабан при большой скорости вращения заряжается до высокого электрического потенциала. Рано или поздно между бобиной барабана и другими деталями проскакивает электрическая искра и возникает пожар.

Нельзя ли найти способ постепенно разряжать барабан, без остановки производственного процесса?

Выручает мощный источник альфа-частиц, помещенный рядом с бобиной. Альфа-частицы ионизируют окружающий воздух, его проводимость возрастает, и заряд стекает на землю. Такой способ не только обеспечивает безопасность. Увеличивается скорость подачи ткани, а значит, и производительность фабрики.

Многие тысячи жизней спасены излучением радиоактивного кобальта. Но ядерные излучения служат основой и для более тонких медицинских приборов. За последние годы созданы стимуляторы сердечной деятельности, рассчитанные на непрерывную работу в течение многих лет. Главный элемент стимулятора — миниатюрный источник ядерной энергии, заряженный легким изотопом плутоний-238. Легкий плутоний испускает интенсивные потоки альфа-частиц. Энергия альфа-частиц рассеивается в веществе и переходит в тепло.

При распаде одного атомного ядра плутония выделяется громадная энергия. Столько же тепла освобождается при окислении нескольких миллионов атомов углерода. В ампуле с пятьюдесятью граммами плутония-238 развивается тепловая мощность 28 ватт. Заметим для сравнения, что максимальная мощность свинцового аккумулятора такого же веса — всего четверть ватта. Велик запас энергии в плутониевом аккумуляторе. Он уменьшается наполовину лишь за 90 лет. Поэтому вживленный в организм больного стимулятор не требует перезарядки — его энергии хватает на всю жизнь.

Существует немало ядерных излучателей с подобными энергетическими характеристиками, но одна особенность делает легкий изотоп плутония незаменимым. Обычно альфа-распад сопровождается сильным гамма-излучением, проникающим через большие толщи вещества. Плутоний-238 — одно из немногих исключений. Энергия гамма-квантов, излучаемая после его альфа-распада дочерними ядрами, сравнительно невелика, и защититься от плутониевых гамма-лучей несложно — их поглощает тонкая металлическая стенка контейнера малого веса.

За последние годы был создан проект искусственного сердца, питаемого энергией альфа-частиц плутония-238.

В некоторые приборы иногда помещают небольшие количества америция-241. Вылет альфа-частицы из ядра америция сопровождается гамма-излучением с энергией 60 тысяч электрон-вольт. Крошечный препарат америция и детектор гамма-лучей, расположенные должным образом, позволяют определить по поглощению гамма-квантов толщину металлической пластины и уровень жидкости. Если из ближайших к атомному ядру электронных орбит каким-то образом удален электрон, то за очень короткое время его место займут периферийные электроны. Перемещение электронов не проходит бесследно, атом испускает квант рентгеновского излучения, энергия которого пропорциональна квадрату атомного номера элемента. Поток таких квантов называют рентгеновским характеристическим излучением.

Америциевым препаратом можно надежно определять концентрацию того или иного элемента. Его мощность излучения не зависит ни от каких внешних факторов. Поток гамма-квантов медленно изменяется во времени— период полураспада америция 475 лет, и можно пренебречь уменьшением активности препарата благодаря распаду.

Если кусочек америция поднести к щитовидной железе человека, то гамма-лучи америция начнут вырывать электроны из атомов щитовидной железы. Химические элементы каждого ее участка будут испускать свои характеристические рентгеновские лучи. По числу иодных характеристических квантов, отобранных и сосчитанных полупроводниковым детектором, можно определить концентрацию иода в тканях того или иного участка. В руках врача окажется картина распределения иода по железе.