Ядерные реакторы

Рис. 92. Получение электрического тока с помощью радиоактивного стронция. Электроны, вылетающие при распаде стронция⁹⁰, размножаются в кремнии и будут поддерживать разность потенциалов на границе двух сред

Вместо одного поглощенного электрона в нем образуется лавина, состоящая в среднем из 200 тысяч электронов, которые будут поддерживать разность потенциалов между нижней и верхней пластинками даже тогда, когда мы замкнем эти пластинки нагрузочным сопротивлением. Из соединенных последовательно пар таких пластинок была изготовлена батарея напряжением около двух вольт и силой тока в несколько миллиампер. Размеры этой батареи очень малы и составляют примерно один кубический сантиметр. Это позволяет надеяться на возможность изготовления небольших по размерам, но достаточно мощных батарей для питания ламп радиоприемников или для домашнего освещения. Период полураспада стронция — 25 лет, следовательно, за это время мощность подобной батареи уменьшится только наполовину. Правда, коэффициент полезного действия такой установки очень мал, но это не столь существенно, так как для изготовления батарей можно использовать «осколки» деления ядер урана, то есть отходы производства атомной энергии.

Проведенные в последнее время исследования действия радиоактивных излучений на пластические материалы показали, что при облучении резины и некоторых пластмасс чрезвычайно увеличивается их теплостойкость и прочность. Здесь также могут быть использованы отходы, получающиеся в ядерных реакторах.

Кроме того, можно непосредственно использовать энергию радиоактивных излучений «осколков» ядер урана, превращая ее в теплоту. Один килограмм «осколков» дает около двух миллионов киловатт-часов энергии в виде гамма- или бета-лучей. Если поглощать эти лучи водой, то выделяется такое количество тепла, которого достаточно для небольшой энергетической установки. Расчет показывает, что добавлять такое горючее потребуется не чаще чем раз в два — три месяца.

Меченые атомы. Огромные перспективы для научных исследований открывает метод меченых атомов. Этот метод напоминает способ кольцевания птиц или рыб, при помощи которого биологи наблюдают за их передвижением. Ученые прикрепляют кольца к пойманным рыбам или птицам и выпускают их. Окольцованные экземпляры, пойманные через несколько месяцев за тысячи километров от места окольцевания, показывают, как перелетала вся стая птиц или передвигался косяк рыб.

Атомы радиоактивного изотопа, примешанные к большому количеству химического элемента, играют роль окольцованных птиц. Это буквально меченые атомы, так как такие чувствительные приборы, как, например, счетчики Гейгера-Мюллера, легко могут обнаружить ничтожно малые количества радиоактивных атомов. Например, можно обнаружить миллиграмм радиоактивного железа в тонне металла.

По своим химическим свойствам радиоактивный изотоп ничем не отличается от основного химического элемента. Поэтому, наблюдая за движением меченых атомов, мы можем очень точно исследовать, как ведет себя химический элемент в различных процессах.

Таким путем можно исследовать, например, скорость износа материалов подшипника. Медные детали подшипника облучают нейтронами, при этом часть ядер меди⁶³ превращается в радиоактивный изотоп меди⁶⁴. Свойства медного вкладыша подшипника не изменились, но ядра меди⁶⁴ распадаются, излучая электроны и гамма-лучи, которые могут быть обнаружены счетчиком Гейгера-Мюллера. При работе подшипника вследствие износа вкладыша частицы меди будут переходить в смазку, туда же будут попадать и радиоактивные атомы меди⁶⁴. Измеряя радиоактивность смазки, мы может быстро и точно определить износ подшипника.

Большое значение имеет метод меченых атомов в металлургии. Применяя радиоактивный фосфор, можно быстро узнать во время плавки стали, насколько полно прошла очистка металла от фосфора — одной из самых вредных примесей. Раньше химический анализ на фосфор длился около 30 минут, и все это время металл сверх нормы выдерживался в мартеновской печи, снижая ее производительность. Теперь же степень очистки металла определяют очень быстрым измерением радиоактивности шлака, в который переходит фосфор. Таким образом, время плавки значительно сокращается.

Можно обнаружить происхождение загрязнения металла, если добавлять разные радиоактивные изотопы в огнеупорный материал, из которого изготовлена ванна мартеновской печи, в футеровку[10] разливочного ковша и другие места. Определяя характер радиоактивности выплавленной стали, можно найти, из какого места попали в сталь радиоактивные изотопы, и легко обнаружить источники загрязнений.

Для того чтобы взвесить расплавленную сталь в разливочном ковше, достаточно добавить в металл небольшое количество радиоактивных изотопов, атомы которых равномерно распределяются по всей жидкой стали, и каждый грамм металла будет давать излучение определенной интенсивности. По общему излучению разливочного ковша можно узнать вес всего горячего металла.