«МЛАДШИЙ БРАТ» АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
СКОЛЬКО СТОИТ ШАПКА ДЫМА?
В начале нашего века к владельцу одного большого металлургического завода в Англии явился представитель какой-то химической фирмы и предложил купить... дым, огромное' количество которого плотной завесой постоянно окутывало завод и отравляло жизнь его рабочим и окрестному населению. Заводчик, раздраженный штрафами и неприятностями с профсоюзом, охотно подписал договор, по которому он бесплатно на 99 лет отдавал странному покупателю весь дым своего предприятия, а покупатель, в свою очередь, брал на себя расходы по переустройству дымоходов завода.
Необычная сделка долго служила предметом насмешек газет, юмористических журналов, не скупившихся на остроты по поводу того, в какой посуде унес покупатель свою драгоценную покупку, сколько стоит в текущем году на бирже шапка дыма, и т. п.
Вскоре рядом с заводом выросли корпуса химического комбината, а через несколько лет владелец металлургического завода рвал на себе волосы за свое легкомыслие и близорукость — предприимчивый сосед, организовав извлечение исключительно ценных веществ, уносимых с дымом, стал без большого труда и особых затрат получать за них ненамного меньше прибылей, чем владелец завода за основную продукцию.
Оказывается, невесомый, никому не нужный и даже вредный дым содержал в себе множество продуктов, начиная от серной кислоты и кончая платиной.
Аналогичная картина повторилась и в век атомной энергии. «Зола», образовавшаяся после сгорания ядерного горючего, то есть продукты деления урана-235 и плутония-239, являющиеся, по существу, отходами при работе ядерных реакторов, нашли широкое применение в современной науке, технике и промышленности. В Москве даже существует необычный магазин, на вывеске которого написано «Изотопы».
Когда в ходе ядерной реакции делится некоторое количество урана-235, то вместо него образуются примерно 250 новых элементов, масса которых лежит в пределах от 72 до 162. Рисунок (стр. 266) показывает распределение продуктов деления урана-235 в зависимости от их массы и приблизительное количество каждого из них, а в таблице (стр. 267) перечислены главнейшие из этих изотопов. Часть из них быстро погибает, сразу же переходя в устойчивый, стабильный изотоп. Как можно убедиться, в сколько-нибудь значительных количествах образуется лишь сравнительно немного долгоживущих радиоактивных элементов.
На атомной электростанции даже мощностью в 100 тысяч киловатт их образуется в год от 90 до 140 кг.
Активность излучения изотопов принято измерять единицей, называемой кюри. Такое излучение дает 1 г радия. Каждый килограмм радиоактивных продуктов, образующихся при работе атомной электростанции, соответствует по своей радиоактивности приблизительно 2000 кг радия. Чтобы оценить грандиозность этой цифры, достаточно вспомнить, что весь мировой запас радия до 40-х годов нашего века едва составлял 2—3 кг!
В отличие от естественных радиоактивных веществ, продукты деления не испускают альфа-частиц. Однако и приведенного небольшого количества радиоактивных изотопов вполне достаточно, чтобы убедиться, какое широкое применение они могут найти в науке, технике, медицине, промышленности. Исследователь имеет возможность практически избрать для своих целей изотопы, излучающие или только бета-частицы, или только гамма-лучи, а при надобности и то и другое.
Для каждого вида излучения можно выбрать и подходящую энергию, начиная от энергии около 30—150 тысяч электронвольт и кончая бета-частицами с весьма высокой энергией, порядка 3,0—3,5 Мэв. Наконец, в зависимости от характера применения этих излучений период полураспада выбранных изотопов может также измеряться от секунд до нескольких лет.
Какие радиоактивные «отходы» и в каких количествах образуются в результате деления урана-235.
Важнейшие продукты деления урана-235
Примечания: 1. Стрелка слева означает, что одновременно образуется еще и другой элемент — дочерний продукт.
2. Ядро бария-137 находится в возбужденном (неустойчивом) состоянии, из которого оно переходит в основное состояние только после испускания гамма-кванта.
Можно подметить и общее правило — самой высокой энергией излучения обладают в основном короткоживущие изотопы.
К некоторым из этих особенностей радиоактивных изотопов — главнейшим их характеристикам — мы в дальнейшем будем возвращаться неоднократно.
Несмотря на относительное разнообразие свойств радиоактивных изотопов, получающихся в процессе деления урана-235, современная наука и техника достигли такого уровня, когда всего этою стало уже явно недостаточно. Биология, медицина, сельское хозяйство, химия и многие другие отрасли требуют радиоактивные изотопы, которые в качестве продуктов деления урана не встречаются вовсе или получаются лишь в ничтожно малых количествах.
Поглотив нейтрон, кобальт-59 становится сильным радиоактивным веществом — кобальтом-60.
Например, металлургия, некоторые области медицины и другие нуждаются в изотопах, энергия гамма-излучения которых значительно превышает энергию продуктов деления урана.
Поэтому пришлось искать пути создания нужных науке и технике более мощных радиоактивных изотопов.
Один из самых распространенных методов получения этих веществ — облучение обычных, неактивных изотопов в ядерном реакторе с большой плотностью нейтронов.
Так, например, из обычного кобальта-59 получают один из самых распространенных искусственных радиоактивных изотопов — кобальт-60.
Для этого слитки кобальта-59, придав им предварительно нужную форму, помещают в ядерный реактор.
Поглотив нейтрон, ядро кобальта становится неустойчивым, радиоактивным изотопом — кобальтом-60. Полученный источник испускает слабые бета-частицы и мощные проникающие гамма-лучи (1,16 и 1,30 Мэв).
Период полураспада кобальта-60 довольно велик — он равняется 5,3 года, поэтому радиоактивный кобальт широко используется в различных промышленных установках.
ДРАГОЦЕННЫЕ ОТХОДЫ
Говорить о промышленном применении радиоактивных изотопов — значит изложить основы многих отраслей современной науки и техники. Недаром известный американский физик У. Либби шутил, что каждые 5 минут можно придумать по крайней мере два возможных применения радиоактивных изотопов.
Мы расскажем здесь только о наиболее интересных, как нам кажется, применениях этих веществ в некоторых областях современной науки и техники.
Защита οι электрических зарядов. Как мы уже говорили, под действием радиоактивных излучений происходит ионизация различных веществ, попадающих под эти излучения. В газах при этом возникает проводимость — это свойство лежит в основе работы ряда измерительных приборов.
Это же свойство радиоактивных изотопов используется и в устройствах, предназначенных для устранения опасных электрических зарядов.
В сухой день вы расчесываете волосы гребнем из пластмассы. Если это делается в темноте, то будут видны большие красивые фиолетово-желтые искры и слышно легкое потрескивание. Гребень и волосы таким путем превратились в электростатическую машину, создающую электрические заряды довольно высокого напряжения.
Таким путем можно избежать образования электрических искр во взрывоопасных отраслях производства (мука, сахарная и угольная пыль и т. д.).
Если в двигателях внутреннего сгорания, окруженная металлическими стенками цилиндра, такая же электрическая искра в точно определенное время поджигает сжатые пары бензина, делая тем самым полезное дело, то в ряде случаев эти невинные красивые искры могут явиться причиной тяжелых катастроф.
Тончайшая пыль, которая часто образуется на мукомольных и сахарных заводах, может взорваться с силой мощной бомбы и разрушить огромное железобетонное здание.
А сколько неприятностей создают трущиеся, а тем самым и заряжающиеся электричеством большие поверхности в производстве, где изготовляются или применяются листовые пластические материалы, оберточная бумага, нитки на ткацких станках, бесконечная лента материи! Если все эти крошечные заряды не устранить, они могут создать хаос в автоматически работающих аппаратах и станках: заставят заряженные поверхности прочно слипаться или, наоборот, расходиться в стороны, к ним будут притягиваться частицы пыли и всевозможные соринки, превращая в брак изготовленный материал.
Достаточно, однако, поместить возле таких непрерывно электрически заряжающихся в работе материалов и изделий безопасный для окружающих радиоактивный источник — бета-излучатель (стронций-90, прометий-147 и др.), как картина тотчас же изменится.
Бета-частицы, пронизывая по всем направлениям окружающий воздух, ионизируют его, делают проводящим, вследствие чего образующиеся электрические заряды сразу же стекают на землю и не могут накопиться до величины, способной породить искру.
Все, что где-либо оказывается электрически заряженным, в присутствии источника радиоактивного излучения немедленно разряжается.
Радиография.
Рентгеновы лучи уже давно используются для просвечивания различных предметов с целью обнаружения в них возможных внутренних дефектов. Однако до недавнего времени применяемые для этих целей рентгеновские аппараты были сравнительно маломощны; электрическое напряжение на аноде трубки у них редко превышало 30—75 тысяч вольт, хотя во многих случаях этого было совершенно недостаточно.
Внешний вид и схема устройства рабочей головки промышленной гамма- установки для просвечивания толстых слитков и металлических листов.
Специальные высоковольтные аппараты с напряжением на трубке 100 тысяч и 250 тысяч вольт позволили просвечивать лишь сравнительно тонкие металлические изделия. Аппараты же с напряжением миллион вольт и выше, которыми можно было пользоваться для контроля массивных предметов, оказались настолько сложными и дорогими, что и до сих пор насчитываются буквально единицами.
Исключительно простой выход из положения был найден, когда для этих целей стали применять радиоактивные вещества, созданные в ядерных реакторах. Они гораздо дешевле рентгеновских установок и обладают достаточно мощным излучением.
Радиоактивный кобальт- 60 сравнительно просто изготовить, он дешев, но испускаемые им лучи обладают проникающей способностью, равной рентгеновым лучам, которые можно получить лишь от огромных и сложных установок, работающих с напряжением на аноде трубки, равным примерно 2 миллионам вольт.
Кобальт-60 позволяет легко просвечивать сталь толщиной до 150 мм, а в ряде случаев — и до 250 мм. Удобство работы с ним заключается и в том, что, например, в заводских условиях подлежащие проверке изделия могут быть оставлены под лучами кобальта на всю ночь, и наутро контролер уже будет иметь готовые снимки внутренности изделия.
Интересно устройство одного из типов кобальтовой «пушки».
Схема устройства одного из типов кобальтовой «пушки».
Ее толстостенный металлический корпус в обычном положении (горлом вверх) является контейнером для хранения одного или нескольких слитков кобальта-60. Для того чтобы привести установку в рабочее состояние, необходимо лишь перевернуть контейнер горлом вниз. Тогда слиток кобальта по специальному каналу опускается к самому горлу «пушки», и перед ним под действием тяжести сами собой открываются две толстые свинцовые заслонки. Испускаемые кобальтом гамма-лучи направляются непосредственно на проверяемое изделие, а сзади изделия устанавливается кассета с пленкой, чувствительной к гамма-лучам.
На рисунке, внизу, показан типичный снимок, сделанный при помощи таких установок. Там, где слой металла был тоньше, поглощение гамма-лучей было меньше. На снимке эти места темнее.
Главными преимуществами и достоинствами метода радиографии является исключительная гибкость и простота работы с гамма-установкой.
Пожалуй, самой лучшей иллюстрацией удобств, создаваемых гамма-радиографией, является показанная на рисунке (стр. 273) карманная установка, по силе действия эквивалентная большому рентгеновскому аппарату. В свинцовом цилиндре длиной 115 мм и диаметром 50 мм по оси расположен искривленный канал диаметром 3,5 мм.
Типичный снимок детали, сделанной с помощью гамма-лучей.
В этом канале может свободно перемещаться небольшой алюминиевый стаканчик длиной около 10 мм. На дне стаканчика укреплена круглая пластинка толщиной 0,25 мм, сделанная из искусственного радиоактивного тулия-170. При нажатии спускового тросика, подобного применяемым в фотоаппаратах, стаканчик с тулием выдвигается из сердцевины свинцового цилиндра к его торцовой поверхности, закрытой крышкой из пластмассы.
В этом рабочем положении стаканчика гамма-лучи от пластинки тулия излучаются узким пучком перпендикулярно торцовой поверхности аппарата.
Когда аппарат не работает, стаканчик автоматически уходит внутрь канала. Излучаемые тулием-170 гамма-лучи не проникают наружу, так как вследствие изогнутости канала целиком поглощаются в свинце.
Вся установка весит около 2,5 кг, безопасна в обращении, и ее можно применять для медицинских целей (просвечивание и лечение) и для целей промышленной дефектоскопии, так как радиоактивное излучение тулия способно проникать сквозь сталь толщиной 2,5 см.
Определение толщины предметов.
Светлые и темные места, получаемые на рентгеновских снимках человеческого тела или какого-либо предмета, означают, что те или
При помощи радиоактивных изотопов можно измерить толщину любого ленточного материала.
иные участки просвечиваемого объекта пропускают или задерживают эти лучи в большей или меньшей степени. Общее правило в этом случае гласит: чем плотнее, то есть тяжелее, вещество, стоящее на пути лучей, тем сильнее оно их задерживает. Отсюда рентгеновский снимок может служить одновременно и мерой плотности вещества. Путем сравнения самых светлых и темных мест полученного изображения с заранее промеренным образцом можно определить толщину облучаемого предмета.
В гамма-установке, сконструированной для подобной цели, на место фотопленки ставят любой прибор, измеряющий интенсивность дошедших до него гамма-лучей, например ионизационный счетчик.
На рисунке показана схема прибора, непрерывно измеряющего толщину ленточных материалов: бумаги, пластмасс, тонких металлических лент и т. п.
Изменение электрического тока можно использовать и для автоматического управления работой станка, изготовляющего материал. Когда, например, толщина листа становится тоньше требуемой, этот ток приводит в действие специальный механизм, который немедленно разводит валки станка — и прокатываемая пленка или лист утолщается. Таким же образом можно и уменьшать толщину проката.
Радиоактивность и химическая промышленность.
Полимеризацией в химии органических веществ и главным образом в химии искусственных пластмасс называются такие химические реакции, при которых большое количество молекул объединяется в длинную цепочку, образуя одну гигантскую молекулу, называемую полимером. В ряде случаев радиоактивные излучения способствуют началу процесса полимеризации, который очень трудно или совершенно невозможно осуществлять какими-либо другими методами.
Совершенно необычайные свойства приобретают под действием излучения некоторые пластмассы. Так, например, полиэтилен, широко применяемый для изготовления деталей радиотехнических и электротехнических устройств с повышенными изоляционными свойствами, после облучения гамма-лучами резко увеличивает свою электрическую прочность при высоких температурах.
Если же пропитать дерево некоторыми видами пластмасс, а затем облучить очень жесткими (коротковолновыми) гамма-лучами, то получается новый материал, в семь раз более прочный, чем дерево, и который к тому же отлично склеивается и сопротивляется короблению.
До сих пор единственным способом получения бензина были различные формы перегонки нефти с применением высоких температур и давлений. Недавно было установлено, что если бомбардировать газ ацетилен бета-частицами большой энергии, то ацетилен полимеризуется в бензин, выход которого в самом начале опытов оказался не ниже 20%, а сам процесс можно вести при температуре не выше 25°.
Под действием радиоактивных излучений некоторые вещества, например пластмассы, приобретают совершенно неожиданные свойства.
Как мы уже знаем, гамма-лучи являются чрезвычайно короткими электромагнитными волнами, то есть, говоря упрощенно, светом, только не видимым, каждый фотон которого обладает значительно большей энергией, а следовательно, и большей способностью производить работу, чем фотон видимого света.
Известно, что химический процесс соединения некоторых веществ, называемых галогенами (фтор, хлор, бром, йод), с другими химическими элементами затруднен тем, что в темноте он протекает слишком медленно и для его ускорения необходимы источники яркого света. Сейчас многие такие процессы удалось ускорить при помощи ламп ультрафиолетового света. Применение гамма-лучей, обладающих во много раз большей активностью, чем ультрафиолетовые лучи, позволяют еще больше увеличить скорость многих процессов получения галоидных химических соединений.
В основе громадного количества химических реакций лежат процессы окисления, важнейшими из которых являются цепные реакции в присутствии кислорода. Однако многие из них происходят или слишком медленно, или их очень трудно регулировать в нужном направлении.
В последнее время ученые столкнулись с явлениями, пока еще полностью не разгаданными. Например, если горючее для ракетных двигателей, такое, как пропан, до того, как оно попадает в камеру сгорания, пропустить через сетку с отверстиями диаметром 0,001 см, вытканную из проволочек облученного в реакторе золота, с общей радиоактивностью порядка 10 тысяч кюри, то эффективность сгорания этого горючего повышается на 50% против обычного.
«МЕЧЕНЫЕ» АТОМЫ
Предположим, вам для каких-то целей понадобилось определить, какие люди посещают театр, стадион, парк или библиотеку.
Вы сравнительно легко узнаете в толпе военных — по форме, учащихся — по форме и возрасту, пионеров — по красным галстукам, и т. д. Среди массы военных ориентироваться еще легче. Воинские звания определяются по знакам различия, а специальности — по эмблемам, установленным для различных родов войск, и по форме.
Получить хотя бы небольшую часть нужных сведений, наблюдая толпу одинаково одетых людей, например большую группу спортсменов, участвующих в массовых гимнастических упражнениях, уже невозможно. Все они, кроме внешнего вида и возраста, будут казаться совершенно одинаковыми, Но достаточно одеть их в различную форму со знаками спортивных обществ, как снова, хотя и приблизительно, можно определить, кто участвует в выступлении.
В практике ученых, инженеров и производственников встречаются сходные задачи. Часто нужно определить, как ведут себя, где находятся, куда попадают вещества, не видимые глазом. Например, каким образом распределяются в смеси две одинаковые на вид жидкости или невидимые газы: где располагаются молекулы какой-либо примеси в слитке металла; куда и как быстро попадает лекарство, введенное в организм человека или животного, и т. п. Тут уж определить все эти отличия и различия простым глазом невозможно — нужны более или менее сложные способы косвенного определения.
Однако задача становится особенно трудной, а часто и совершенно невыполнимой, если надо все эти измерения проделать в движении. Нужно, например, исследовать, как течет в реке вода: где быстро, где медленно, где ровно, где с завихрениями, где потоки воды как бы сжимаются, где расходятся и т. п. В таком случае воду приходится метить. Высыпают в нее разноцветные краски, стеклянные или пробковые бусинки, в темноте пускают множество корабликов со свечками и наблюдают исследуемый участок реки с высоты. Но как быть, когда требуется исследовать процессы еще более сложные и труднодоступные?
В свое время великий русский химик А. М. Бутлеров мечтал найти вещество, которое позволило бы проникнуть в недра молекул самых сложных веществ — белка, высокомолекулярных углеродистых соединений и др., «увидеть», где и в каком порядке располагаются атомы в этих молекулах, как они движутся, куда и когда переходят при химических реакциях.
Правда, в настоящее время уже есть приборы, которые косвенным путем позволяют считать и даже увидеть отдельные молекулы и атомы, но нам нужно научиться непрерывно следить за их изменениями и превращениями: в движении и в покое, в твердых веществах и в газах, в жидкостях, в живых организмах и в клетках.
А это много труднее, чем просто обнаружить или даже сосчитать их.
Короче говоря, ученым очень нужно было перенести в мир атомов и молекул те же методы, какие применяют при изучении путей перелета и мест пребывания птиц, движения рыб, пчел и других животных, то есть метить их. Выловивший рыбу рыбак или убивший птицу охотник пересылает обнаруженную метку в соответствующую научную организацию. Там на специальной карте отмечают, где была окольцована птица или рыба и где, при каких обстоятельствах они были добыты. Множество таких повторяющихся меток и позволяет ученым не только делать те или иные выводы, но даже ставить прогнозы на будущее.
Открытие радиоактивности позволило осуществить и эту мечту человека. Атомы радиоактивного вещества оказались на редкость большими «скандалистами». Где бы они ни были, куда бы ни двигались, в какие бы химические реакции ни вступали, непрерывно выбрасывая из своих ядер частицы или излучая гамма-лучи, они ведут себя столь «шумно», что позволяют при помощи довольно простых средств непрерывно их обнаруживать Ионизационный счетчик считает пролетающие через него отдельные частицы, камера Вильсона и фотографическая эмульсия позволяют увидеть следы движения этих частиц. Причем вовсе не обязательно вводить в исследуемое вещество какие-то чужие, инородные ему атомы, которые могли бы исказить, нарушить в какой-то степени ход того или иного физического или химического процесса, — можно пользоваться только радиоактивными изотопами самого исследуемого вещества.
Так, например, в массу обычного расплавленного железа вводят некоторое количество радиоактивного железа и исследуют распространение радиоактивности в расплаве. Это сразу показывает, как идет перемешивание железа при плавке в зависимости от температуры. Можно, наоборот, ввести в расплавленное железо некоторое количество другого радиоактивного вещества и после получения готовой отливки изучить, где, в каких местах собрались молекулы или атомы примеси. Это очень удобно, потому что атомы этих веществ непрерывно подают сигналы: «Я тут!», «Нас столько-то!»
Удобство и легкость, с какой радиоактивные изотопы или меченые атомы могут вводиться в любые вещества, химические соединения, сплавы, смеси, сложные органические вещества и организмы живых существ, а затем обнаруживаться в них, позволили в весьма короткий срок создать совершенно новый метод исследования буквально во всех отраслях науки, техники и промышленности.
Вот несколько примеров.
Представьте себе, что в зарытой на большой глубине и проходящей под оживленными улицами города линии труб водопровода или газа где-то образовалась небольшая, но опасная трещина, могущая впоследствии вызвать серьезную аварию. Обнаружить ее точное местонахождение очень трудно, почти невозможно. Как быть в этом случае? Вскрывать всю трассу протяженностью в несколько километров? Ждать большей, уже заметной утечки?
Радиоактивные изотопы позволяют отыскать место повреждения трубы глубоко под землей, не прибегая к раскопкам.
Однако если к воде или газу, проходящему поэтому трубопроводу, примешать небольшое, безопасное для потребителей количество радиоактивного изотопа с коротким периодом полураспада, то спустя некоторое время в районе утечки жидкости или газа в окружающий грунт проникнет достаточное количество «громко кричащих» о своем присутствии радиоактивных атомов. Их можно сравнительно легко обнаружить при помощи счетчика, укрепленного в конце специального щупа, последовательно погружаемого в землю вдоль всей трассы. Место аварии находится сразу. Или же сигналы, поступающие от счетчика, который везут вдоль трассы на тележке, записываются на магнитную пленку или проволоку, длина которой равна длине трассы. Затем в лаборатории магнитная пленка устанавливается для «проигрывания» в магнитофон. Зарегистрированные сигналы радиоактивных излучений воспроизводятся в громкоговорителе в виде страшного шума. Пленку останавливают, измеряют ее длину и на соответствующий участок трассы посылают аварийную бригаду.
Атомы-сигнализаторы, показывающие свое местонахождение в веществе и все этапы своего движения и преобразования, являются очень ценным средством контроля, наблюдения и исследования, и им принадлежит большое и блестящее будущее в науке, технике и производстве.
Но это самые простые, так сказать, элементарные формы применения метода «меченых» атомов, первоначальная школа «малой» атомной энергии. А ее можно усложнить — из пассивной сделать активной. Особенно широкое применение активные методы использования радиоактивных изотопов нашли в химии, биологии и медицине.
Рассмотрим некоторые из них.
ИЗОТОПЫ В БИОЛОГИИ
Еще со времен широкого применения в биологических исследованиях рентгеновых лучей было установлено, что облучение живых организмов очень слабыми дозами лучей во многих случаях действует исключительно благоприятно на эти организмы, ускоряя их рост, развитие, размножение и т. д.
И, наоборот, облучение более сильными дозами лучей действует на организм сначала угнетающе, а при увеличении дозы облучения разрушающе и даже приводит к гибели.
Наиболее надежным способом стерилизации различных веществ, то есть уничтожения всевозможных бактерий, в течение долгого времени был нагрев до сравнительно высоких температур: 100° и выше.
Однако многие вещества, особенно скоропортящиеся продукты, претерпевают при этом столь большие химические и вкусовые изменения, что в ряде случаев применение высоких температур исключается вовсе.
Тот факт, что под действием ионизирующих излучений живые организмы разрушаются, а затем и гибнут, натолкнул на мысль использовать эти излучения для так называемой холодной стерилизации.
И действительно, полное уничтожение всех живых организмов, присутствующих в большинстве обычных продуктов питания, может быть осуществлено потоком бета-частиц и особенно успешно гамма-лучами непосредственно в упаковке — в целлофане, картонных коробках, стеклянных банках и даже в жестяных консервных банках. Такая стерилизация после упаковки продуктов устраняет возможность их загрязнения при облучении.
Облучение особенно удобно производить на конвейере. Попадая в сферу действия мощного источника излучения, микробы или погибают, или же становятся бесплодными, и их дальнейшее размножение и развитие прекращаются.
Конвейер для холодной стерилизации медикаментов.
Радиоактивные излучатели применяются и для обеспложивания вредителей сельскохозяйственных растений, например для предохранения зерна от наиболее опасного вредителя — долгоносика.
Этот способ ценен тем, что при нем не требуется столь больших доз облучения, какие нужны для полного уничтожения вредителей (в 100—1000 раз меньше), что весьма важно, когда облучение производится на конвейере или требуется обработать в сравнительно короткий срок очень большое количество продуктов.
Этот способ ценен тем, что при нем не требуется столь больших доз облучения, какие нужны для полного уничтожения вредителей (в 100—1000 раз меньше), что весьма важно, когда облучение производится на конвейере или требуется обработать в сравнительно короткий срок очень большое количество продуктов.
Особенно нужны эффективные, простые, дешевые, но мощные средства стерилизации в медицине — для абсолютно надежного обеззараживания лекарств, фармацевтических и медицинских препаратов, которые часто должны быть совершенно стерильными на всем протяжении их существования — от времени приготовления до момента применения.
На рисунке показана схема установки для стерилизации медикаментов гамма-лучами.
Облучаемые ампулы на конвейерной ленте вводятся в установку сверху. Все время обходя источник излучения, они выходят из нижней части камеры уже в стерилизованном виде.
Очень много неприятностей для работников пищевой промышленности и общественного питания доставляет прорастание картофеля при длительном его хранении. И какие бы меры ни принимались, какие бы условия для его хранения ни соблюдались, наступает момент, когда картофель начинает прорастать. В результате слишком большая часть заложенного на хранение картофеля гибнет, не попадая к потребителю как раз в самое важное время года, лишая его ценного продукта питания, бесполезно загружая склады и транспорт.
Облучая картофель гамма-лучами, можно без вреда для его питательных свойств задержать срок прорастания до 18 месяцев, что практически полностью разрешает проблему хранения этого важного продукта без обычных чрезмерных потерь.
Не останавливаясь на этих пассивных формах использования радиоактивности в биологии, ученые осторожно пошли дальше — в частности, в опытах, направленных на повышение урожайности и создание новых сортов сельскохозяйственных культур. Например, в результате гамма-облучения был выведен сорт овса, устойчивый к некоторым грибковым заболеваниям; ячмень, дающий урожай на 5—6% больше обычного, и др.
Облучая семена перед посевом малыми дозами гамма-лучей, удается при благоприятных климатических условиях добиться более раннего цветения и быстрого развития растений. Иногда для этого семена перед посевом вымачивают в радиоактивном растворе.
Облучение гамма-лучами позволяет предохранять картофель от прорастания.
Непосредственное облучение некоторых растений строго дозированными радиоактивными изотопами ускоряет их развитие и созревание. Это обстоятельство имеет большое значение для продвижения ценных южных культур в северные районы страны, где лето очень коротко, вследствие чего многие из них просто не успевают созреть.
В малых дозах радиоактивное облучение способствует росту и развитию растений.
Огромную помощь ученым оказывают «меченые» атомы в исследованиях самых тонких физиологических функций растений и живых организмов: в частности, в изучении обмена веществ — каким образом растения усваивают удобрения, помещаемые в почву на разную глубину и в различное время года. Радиоактивные изотопы помогли ученым открыть способ внекорневой подкормки растений путем опрыскивания их питательными веществами, что можно делать даже с самолета. А ведь раньше считалось, что питательные вещества должны вноситься только в почву, к корням растений.
ИЗОТОПЫ В МЕДИЦИНЕ
Воспользовавшись длительным и широким опытом применения радия и рентгеновых лучей в исследованиях и лечении живого человеческого организма, ученые, правда соблюдая должную осторожность и, мы бы сказали, в ряде случаев сдержанность, начали применять радиоактивные вещества, вводя их в организм человека.
Для оправдания этой осторожности следует напомнить, что известен случай, когда работницы одной часовой фабрики в США, раскрашивавшие стрелки и циферблаты часов светящимся составом, брали кончик кисточки в рот, чтобы смочить его слюной.
Радиоавтограф лягушки после введения ей в кровь радиоактивного фосфора: а — через 20 мин; б — через 48 мин; в — через семь суток.
А в светящейся краске содержалось ничтожное количество радия, излучение которого и вызывало свечение веществ, заключенных в краске. Так как организм человека задерживает ряд попавших в него веществ, в том числе и радий, то даже ничтожно малых количеств этого элемента, попавших в организм, оказалось достаточно, чтобы под действием непрерывного радиоактивного излучения началось разрушение кроветворных органов, и пострадавшие работницы этой фабрики погибли.
Однако возможность получать искусственные изотопы с самыми различными периодами полураспада и энергией излучения в корне перевернули все привычные представления и существовавшие ранее опасения на этот счет. Например, давно было известно, что молодые, очень быстро размножающиеся клетки раковой опухоли под действием облучения рентгеновыми лучами разрушаются скорее, чем окружающие ее и более медленно размножающиеся здоровые клетки. На этом и основано успешное лечение рака рентгеновыми лучами. Но этот метод наиболее результативен лишь при наружных формах страшной болезни — раке кожи, слизистых оболочек и т. п.
Окружающие опухоль здоровые ткани мешают гамма-лучам проникнуть на достаточно длительное время к внутренним органам. В этом случае на разросшиеся злокачественные клетки приходится меньше лучей, чем на здоровую ткань.
Радиоактивные изотопы открыли пути к атаке больного органа в соответствии со старой поговоркой, что «крепости берутся предпочтительно изнутри».
Еще ранее было установлено, что целый ряд внутренних органов человека и животных концентрируют в себе определенные химические элементы, попадающие разным путем в организм. Например, йод собирается главным образом в щитовидной железе, фосфор — в костях, марганец — в печени, и т. д. Среди радиоактивных изотопов, получаемых в результате деления урана или приготовляемых искусственным путем в ядерном реакторе, можно подобрать такие, которые обладают достаточно коротким сроком жизни и избирательно поглощаются больным органом.
Эти изотопы и вводят в организм человека. Спустя короткое время большая часть их собирается в органе, который поражен злокачественной опухолью.
В нормальном состоянии щитовидная железа поглощает сравнительно небольшое количество радиоактивного йода (а); пораженная же раком, она начинает накапливать его очень мною (б).
В этом случае излучение радиоактивных изотопов будет направлено изнутри наружу — им уже не придется пробиваться сквозь толщу здоровой ткани. Первой на их пути станет больная ткань, которая и будет разрушена до того, как начнут страдать здоровые клетки. Если тщательно учесть и точно подобрать период полураспада радиоактивного изотопа, то к моменту окончания своего полезного действия он должен целиком распасться. Так сейчас и лечат рак щитовидной железы и рак кроветворных органов.
Медицинский реактор, при помощи которого обычные вещества, предварительно введенные в организм и собравшиеся в пораженном болезнью участке, облучают потоком нейтронов и превращают в радиоактивные изотопы, излучения которых разрушают опухоль изнутри.
Иногда приходится поступать иначе. В те органы, которые не обладают способностью накапливать какие-либо определенные элементы, вводят или крошечную ампулу, или жидкий (коллоидный) раствор не реагирующего с тканями человека радиоактивного вещества. Быстро распадаясь, эти вещества облучают больной участок, а по прекращению излучения остаются в организме, не причиняя ему вреда.
На рисунке показан радиоактивный пистолет. При его помощи крошечную песчинку радиоактивного вещества (золота) можно выстрелить внутрь заболевшего органа на точно заданную глубину. Микроскопическая песчинка причиняет боль во много раз меньшую, чем укол самой тонкой иглы. Ранка мгновенно затягивается и заживает. Радиоактивный снарядик начинает свою разрушительную работу над смертельной опухолью, а спустя положенное время он превращается в безвредный кусочек металла.
Большие надежды врачи возлагают на радиоактивные изотопы тех веществ, которые хотя и накапливаются в различных частях организма, но сравнительно быстро растворяются и выводятся из него. Таковы, например, натрий, тантал и другие элементы. Применение их может оказаться полезным и в тех случаях, когда очень слабому радиоактивному излучению необходимо подвергнуть или весь организм, или некоторые его части (кровь, печень, желудочно-кишечный тракт, легкие, мозг и др.).
В этом случае такие вещества вводятся в организм человека и, после того как они попадут в заболевший орган, последний подвергается действию бомбардировки нейтронами. Поглощая нейтроны, эти вещества становятся на короткий срок радиоактивными и облучают заболевшее место.
Чтобы не поражать без нужды соседние органы, кобальтовая «пушка» может вращаться вокруг больного.
Например, бор накапливается в раковой опухоли в три раза больше, чем в обычных клетках мозга.
Если ввести через вену в кровь больного небольшое количество бората натрия, а спустя некоторое время облучить участок мозга, пораженный опухолью, медленными нейтронами из специально сконструированного для этой цели ядерного реактора, то, захватывая медленный нейтрон, ядро атома бора-10 возбуждается и выбрасывает альфа-частицу, которая сильно ионизирует и быстро разрушает только клетки ткани мозга, содержащие бор. Действие этого излучения столь кратковременно, что здоровые клетки, содержащие меньшее количество бора (1\3), остаются неповрежденными.
Так активно используются радиоактивные изотопы в борьбе за жизнь человека.
ПРОБЛЕМЫ ОПАСНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЙ
В чем же заключается действие любых видов излучения на вещество? Что можно считать сильным, средним и слабым облучением и облучением вообще? Как и чем его определять и измерять?
Бета-частицы. Воздействие заряженных частиц на любое вещество в первую очередь основано на ионизирующем действии, когда летящая с большой скоростью и энергией частица, например электрон (бета-частица), выбивает из атома облучаемого вещества другой электрон, создавая тем самым положительно заряженный атом (положительный ион) и свободный электрон (отрицательный ион), а вместе — пару ионов. Если под действием источника излучений в 2 см3 воздуха при нормальных условиях и давлении образуется 2 миллиарда пар ионов в 1 сек, то интенсивность такого облучения считают, по аналогии с действием рентгеновых лучей, равной 1 рентгену (р).
Как видно из таблицы на стр. 267, важнейшими, наиболее удобными продуктами деления, излучающими только бета- частицы, являются стронций-90, иттрий-91, технеций-99 и прометий-147.
Эти изотопы сравнительно легко получить в особо чистом виде, вследствие чего можно избежать опасности, что в них могут оказаться примеси, способные излучать гамма-лучи, а тем самым избежать и необходимости в контейнерах с очень толстыми защитными стенками, применяемых для хранения веществ, излучающих гамма-лучи.
Поскольку бета-частицы обладают малой способностью проникать сквозь вещества, защита от них весьма несложна, и можно обойтись довольно тонкой оболочкой. Однако существует одна несколько неожиданная опасность. Резкое торможение летящих с очень большой скоростью электронов, когда их поток направлен на какое-либо плотное вещество (металл), вызывает появление рентгеновых лучей с большой проникающей способностью — так называемое тормозное рентгеновское излучение.
Проникающая способность этого излучения увеличивается по мере увеличения скорости электронов, а также плотности (атомного веса) вещества, через которое оно проходит.
Поэтому, чтобы ослабить это весьма неприятное вторичное рентгеновское излучение, необходимо защитную оболочку вокруг радиоактивного изотопа, излучающего только бета- частицы, делать тем не менее двухслойной: внутренний тонкий слой — из вещества с самым низким атомным весом, например из пластмассы, для остановки бета-частиц; наружный слой — из вещества с высоким атомным весом (свинец)—для поглощения возникающих рентгеновых лучей.
Какому суммарному облучению подвергается в наше время человек за первые 30 лет своей жизни (в рентгенах) от разных источников.
Гамма-лучи.
Самое ценное свойство этих лучей заключается в их способности проникать на большую глубину почти во все существующие в природе вещества.
В отличие от бета-частиц, гамма-лучи, являющиеся электромагнитными волнами с чрезвычайно короткой длиной волны, не могут быть полностью задержаны в каком-либо определенном слое вещества. Они могут быть только ослаблены.
Гамма-лучи также способны ионизировать атомы вещества, сквозь которые они проходят.
Вследствие того, что радиоактивные излучения — будь то поток частиц или гамма-лучи — вызывают ионизацию атомов веществ, находящихся на пути их распространения, такие излучения, даже в очень малых дозах, крайне вредны и опасны для человека и любых живых организмов. Особенно вредно сказывается это на здоровье будущих поколений, так как вредное действие излучений передается потомству.
Со дня рождения люди и так подвергаются непрерывному воздействию всевозможных излучений. Их пронизывают космические лучи. Окружающие скалы и почва в крошечных дозах содержат радиоактивные вещества, которые непрерывно излучают. Эти вещества имеются в пище, воде и воздухе.
С начала XX века к этим неизбежным и неустранимым врагам людей прибавились другие, создаваемые уже их собственными руками. На рисунке показано ориентировочное количество всех видов радиоактивных излучений, которое, по мнению советских ученых, без заметной опасности для грядущих поколений может получить за период первых 30 лет своей жизни молодой человек. Эта норма равна 10 рентгенам (р). Из нее лишь 3,1 р человек набирает за счет космического излучения и радиоактивных излучений в окружающей природе, к которым его организм за многие тысячелетия своего развития в какой-то мере приспособился.
В медицинской практике сейчас широко применяются рентгеновы лучи для просвечивания легких, желудка, зубов и других внутренних органов. За 30 лет за счет этих как будто невинных и безопасных облучений набегает в среднем еще 3 р.
Такой пустяковый прибор, как часы со светящимся циферблатом, для изготовления которого применяется ничтожное количество радиоактивных веществ, при регулярном их ношении добавляет до 0,5 р — количество из общей суммы 10 р достаточно заметное.
Итого набирается 8—10 р, то есть почти вся и без того небезопасная норма, причем не исключена возможность, что многие могут получать количество радиации, превышающее средние количества. В этой связи огромную опасность представляют испытания атомного оружия. Если они не будут полностью прекращены, для будущих поколений людей норма радиации будет значительно превышена.
Облучения, полученные в больших количествах за один раз, представляют прямую и безусловную опасность для животных и человека. Лучевой удар в 600—800 р для человека смертелен, хотя различные организмы сопротивляются ему по-разному. Морская свинка гибнет при 300, собаки — при 600, кролик — при 1250 р. При 350 р погибает лишь 10% крыс, многие из них выдерживают до 700 р. Существуют бактерии, выдерживающие дозу радиации, в 10 тысяч раз превышающую смертельную дозу для человека.
Имеет значение и то. сразу или постепенно, большим или малым дозам облучения подвергается организм. Так, если ту же морскую свинку облучать по 4—5 р в день, она гибнет не раньше, чем получит 2900—3000 р.
Там, где людям приходится работать с источниками излучений (реакторы, ускорители, радиоактивные вещества, рентгеновские установки), принимаются особо тщательные меры предосторожности и контроля.
Благодаря им практически устранена возможность заболевания лучевой болезнью, которое если и происходит, то только в случаях очень редких аварий или грубой неосторожности.
Во всех опасных местах введен строгий учет количества излучений, получаемых человеком. Для этой цели служат приборы, непрерывно и автоматически контролирующие уровень излучения в помещениях, где работают люди. В случае, если этот уровень по каким-либо причинам повышается, подается сигнал всем немедленно покинуть помещения. Кроме того, каждый работник постоянно носит с собой индивидуальный контрольный прибор, по которому в конце рабочего дня можно определить, какую общую дозу излучения получил тот или иной человек. И если он по каким-либо причинам эту дозу перебрал, его на соответствующее время отстраняют от работы.
ЧАСЫ, ВЕДУЩИЕ СЧЕТ ТЫСЯЧЕЛЕТИЯМ
Возможности использования «малой» атомной энергии на благо человечества поистине неисчерпаемы.
С большим сожалением нам приходится ограничиться только небольшим числом примеров использования «малой» атомной энергии в современной науке и технике.
Чтобы показать, насколько широки границы применения радиоактивных изотопов, мы не можем не привести в заключение еще один очень увлекательный пример.
Если бы исходные вещества трех ветвей радиоактивных элементов: урана, тория и актиния—имели сравнительно короткий период полураспада, то совершенно ясно, что они очень давно перестали бы существовать на Земле, и мы сегодня даже и не подозревали бы, что у хорошо всем известного свинца были столь знатные предки. Возможно, что в давнопрошедшие времена на Земле существовали какие-то другие радиоактивные элементы, нисходящие цепочки которых полностью распались, и многие из хорошо известных сейчас устойчивых и безобидных элементов являются их менее счастливыми потомками. Как знать!
Теперь же мы точно знаем, что период полураспада урана-235 равен 710 миллионам лет, урана-238 — 4,5 миллиарда лет, а тория — даже 13,9 миллиарда лет. Следовательно, полный срок их существования простирается в глубь времен на значительно более длительный срок.
И чем точнее удается ученым измерить время существования тех или иных радиоактивных элементов, тем чаще при определении сроков существования геологических образований Земли прибегают к этим далеко не безмолвным свидетелям, которые па протяжении миллиардов лет отсчитывают свое особое время, не забегая вперед и не отставая.
Радиоактивные «часы», которые идут без завода миллиарды лет. (0,000137 г. свинца)
Там, где ученые обнаруживают уран, находятся и продукты его распада. Подсчитано, что за миллион лет в 1 г природного урана накапливается 0,000137 г свинца.
Тщательно установив количество того и другого, удается с большой точностью определить и время образования данного минерала.
Этот метод позволяет определять возраст горных пород также и по соотношению урана-235 и свинца-207 или тория-232 и свинца-208, наконец, свинца-206 и свинца-207.
Более точный метод возраста Земли дает калий-аргоновый метод.
Природный калий состоит из двух стабильных изотопов: калия-39 (93,08%) и калия-41 (6,91%), а также одного радиоактивного изотопа — калия-40 (0,01%). В природе калий очень распространен и входит в состав главнейших породообразующих минералов, отличаясь завидным постоянством своего изотопного состава.
Радиоактивный калий-40 распадается двумя путями: 88% его атомов в результате бета-распада образуют устойчивый изотоп кальция-40, а 12% атомов калия-40 превращаются в неустойчивый изотоп — аргон-40, который после испускания гамма-кванта переходит в основной, стабильный изотоп аргона-40. Период полураспада калия-40 равен 1,30 · 109 годам.
Распад калия-40 постепенно ведет к убыванию его в природном элементе и к накапливанию продуктов распада: арго- на-40 и кальция-40. Измеряя и сопоставляя оставшиеся количества этих изотопов, удается определить абсолютный возраст тех или иных горных образований.
Но счет на миллиарды лет ведут только геологи, геофизики, астрономы и еще некоторые сравнительно немногочисленные специалисты славной когорты ученых мира.
Остальная, большая часть ученых не менее первых заинтересована в точном определении более коротких отрезков времени, исчисляемых уже не миллионами, а сотнями и десятками тысяч, а часто и тысячами лет.
Здесь приходится обращаться к методу совсем иного, космического происхождения — к применению радиоактивного углерода-14.
Откуда берется этот сравнительно редко встречающийся на Земле изотоп углерода?
Наша планета с момента ее зарождения непрерывно подвергается бомбардировке космическими лучами — частицами, обладающими огромной энергией, измеряемой десятками и сотнями миллиардов электронвольт. Космические частицы разбивают подвернувшиеся им ядра атомов, составляющих атмосферу Земли, выбивая вместе с другими осколками нейтроны. В свою очередь, эти блуждающие нейтроны захватываются ядрами азота-14. Происходит ядерная реакция, в результате которой появляется один атом радиоактивного углерода-14 и выбрасывается один атом водорода (протон). Период полураспада такого углерода равен примерно 6000 лет.
Углерод является одним из наиболее активных элементов в природе. Поэтому, едва образовавшись, он тут же подвергается «нападению» атомов кислорода и, соединившись с ними, образует углекислоту — двуокись углерода-14. Вездесущий ветер, а также взаимная диффузия газов основательно перемешивают молекулы этого непрерывно образующегося в природе «меченого» газа с молекулами обычного углекислого газа.
Дальше все идет обычным порядком: углекислота поглощается растениями, а животные и люди потребляют эти растения в пищу вместе с попавшим в них радиоактивным углеродом.
На этом простом обстоятельстве, собственно говоря, и основана техника измерения при помощи радиоактивного углерода-14.
Где-то и когда-то заболело, прекратило принимать пищу и пало животное. 5000 лет спустя ученый-палеонтолог обнаружил при раскопках сохранившуюся кость этого животного. Произведя соответствующие измерения, ученый установил, когда жил ископаемый зверь. Каким образом ему удалось это сделать?
Радиоактивный углерод-14, накопившийся в теле животного, начинает исчезать после его гибели. Ядра атомов распадаются с определенной скоростью, и половина первоначально накопленного количества исчезнет через 5568 лет, половина оставшегося количества исчезнет еще через 5568 лет, через 18 тысяч лет останется только 1/8 часть, и т. д.
Следовательно, установив количество остаточной радиоактивности в костях, ученый и смог определить время гибели животного.
Но какое количество радиоактивности он принял за исходное? Ответ на этот вопрос и является иллюстрацией изящества и точности данного метода. Дело в том, что содержание в обычном углероде его радиоактивного изотопа в течение миллионов лет не изменилось, потому что в природе существует равновесие между вновь образующимися и распадающимися атомами углерода. Следовательно, количество радиоактивного углерода, которое следует взять за исходное, как раз равно его процентному содержанию в существующем в настоящее время «живом» углероде окружающей нас природы.
Установив исходное число наших необычных часов, остается только определить разницу между активностью углерода-14 в углероде окружающих нас живых веществ и активностью углерода-14 в остатках животных или растений, существовавших и погибших несколько тысяч лет назад.
Любое животное или растение, живущее сегодня, содержит в 1 г своего тела столько углерода-14, сколько содержало их и упомянутое выше животное 5000 лет назад, а именно около 50 миллиардов атомов. Но теперь в костях ископаемого животного оно уменьшилось ровно наполовину. Если бы их осталось 1/4, то мы могли бы сказать, что животное жило и погибло 10 тысяч лет назад, и т. д. Просто?
Этот метод был проверен на образцах ткани, взятых от египетских мумий, время погребения которых было точно известно. Результаты подтвердили правильность этого метода.
В пределах до 20 тысяч лет такой метод определения возраста остатков животных и растительных ископаемых дает надежные результаты. Увеличение этого числа станет возможным по мере создания все более и более чувствительной аппаратуры, отмечающей наличие атомов радиоактивных изотопов. Дело в том, что через 60 тысяч лет — время, равное 10 периодам полураспада углерода-14, — в исследуемом образце остается всего лишь 0,1% радиоактивного изотопа. Обнаружить и точно измерить его излучение существующими сейчас методами пока очень трудно.
«ГОРЯЧАЯ» ЛАБОРАТОРИЯ И «ЖЕЛЕЗНАЯ РУКА»
Прежде чем переходить к следующей главе, необходимо остановиться на одной интересной области техники, связанной с радиоактивными изотопами.
Извлеченный из ядерного реактора изотоп какого-либо элемента, став радиоактивным, настолько «горяч», что в первые секунды, минуты или часы по количеству и интенсивности излучаемых им частиц и гамма-лучей он может равняться десяткам и сотням килограммов чистого радия. Пока это вещество находилось за надежными бетонными стенами реактора, особой проблемы, что с ним делать, не возникает. Но вот он в специальном контейнере доставлен туда, где его предполагают использовать. И сразу же возникают десятки проблем: как его использовать, как с ним обращаться?
Привычными способами вести исследования с такими материалами, естественно, невозможно. Поэтому пришлось создавать специальные «горячие» лаборатории, в которых можно без всякой опасности для людей выполнять все положенные исследования с подобными изотопами.
Обычно это отдельное здание, имеющее целый ряд камер, соединенных между собой длинным коридором для внутри- лабораторного транспорта. Все помещения — лаборатории — отделены одно от другого толстыми бетонными стенами, непроницаемыми для любых излучений. Двери между ними сделаны из многослойных стальных листов с прокладками, поглощающими опасные излучения.
В лабораториях изучают или всевозможные свойства облученных в реакторах изотопов, или их воздействие на другие вещества. Поэтому лаборатория должна иметь в своем распоряжении устройства, позволяющие обрабатывать полученные вещества, проводить их механические, физические и химические исследования, выполнять большое число сложных измерений. Делать все это необходимо издалека, за надежной защитой, при помощи сложных автоматических и телемеханических устройств, включая и установки телевидения.
Одна из камер представляет собой механическую мастерскую, в которую в первую очередь и поступают по специальной подъездной дороге слитки изотопа, погруженные в толстостенные свинцовые ящики (контейнеры). Здесь при помощи автоматических устройств контейнеры распаковывают и извлекают изотопы. На фрезерных и иных станках из них изготовляют образцы нужной формы и размеров.
Рядом с механической мастерской находится раздаточная камера, в которой хранятся приготовленные для исследования образцы. Дальше располагаются камеры для металлографических и физических исследований и камеры механических испытаний.
Передачу образцов из камеры в камеру, от прибора к прибору производят с помощью тележки-транспортера, передвигающейся по транспортному коридору и управляемой из операторских комнат соответствующих «горячих» камер.
В тех камерах, где обрабатывают и испытывают не очень «горячие» — «полугорячие» — образцы, наблюдение из операторских комнат ведут через смотровые окна, закрытые толстым специальным свинцовым стеклом, надежно защищающим оператора от радиоактивных излучений. Вся внутренняя поверхность «горячих» камер облицована нержавеющей сталью, облегчающей мойку и очистку их от радиоактивных загрязнений. Каждая камера, операторская и все вспомогательные помещения оборудованы специальными приборами, позволяющими следить и контролировать степень радиоактивности в них.
«Железные руки» (дистанционные манипуляторы) — непременная принадлежность «горячих» лабораторий.
Что можно сделать при помощи особо мощных манипуляторов
Управление всеми этими процессами производят из операторской комнаты, связанной с мастерской манипулятором — очень интересным инструментом, являющимся как бы продолжением рук оператора, простертых через толстую защитную стенку в «горячую» камеру.
С помощью такого манипулятора ученый, экспериментирующий с радиоактивными веществами, может, находясь за толстой защитной стеной, предохраняющей его от мощных и опасных излучений, точно и безошибочно выполнять самые сложные движения, которые обычно выполняются руками человека. За годы после появления ядерных реакторов «железная рука» прошла интересный путь развития и совершенствования. Сначала это были различного рода мостовые и подвижные краны, рычаги и автоматические устройства. Однако, несмотря на все усовершенствования, работа с ними оставалась трудной, движения приспособлений — неуклюжими и неудобными, до тех пор, пока им не стала придаваться форма и характер движения руки и пальцев человека. Манипуляторы, повторяющие естественные движения экспериментатора, могут выполнять не только грубые работы и перемещения внутри «горячей» лаборатории, но и осуществлять движения, порой недоступные даже человеческой руке. На приводимых здесь рисунках показаны некоторые элементы и идеи, на основе которых конструируются подобные устройства.
Точность их действия поразительна!
Пользуясь, например, манипулятором, можно очистить от скорлупы сваренное яйцо, не повредив белка, или завязать в узел толстую полосу железа. Они позволяют взвесить образцы на аналитических лабораторных весах, измерить деталь при помощи микрометра, отвинтить винт или гайку, и т. д.
Наблюдение за своей работой оператор ведет при помощи перископа — системы зеркал, расположенных в специальном изогнутом канале, проходящем через толстую бетонную стену.
В случае необходимости показания приборов в камере можно рассматривать при помощи сильного бинокля, микроскопа или телевизионной установки.
На этом, пожалуй, мы и закончим главу о новых чудесных помощниках человека — радиоактивных изотопах.
