Радиоактивные изотопы и их применение

Следовательно, атомы в металлах также способны к диффузии или, как принято называть этот процесс, к самодиффузии. Но диффузия в твердых телах происходит гораздо медленнее, чем в жидкостях и газах.

Металлургам очень важно знать скорость диффузии различных атомов в сплавах, так как сплав меняет свои свойства, если составляющие его атомы изменяют взаимное расположение.

Советскими учеными за последние годы разработан ряд методов измерения скорости диффузии металлов в твердом состоянии. Эти методы основаны на использовании радиоактивных изотопов. Один из методов заключается в следующем. На исследуемый металл путем электролиза наносится тонкий слой металла, содержащего радиоактивный изотоп. Металл подвергается в печи отжигу при определенной температуре заданное время. В результате диффузии атомы радиоактивного изотопа проникают внутрь металла. Чем глубже мы будем удаляться от поверхности металла, тем меньше должно быть там радиоактивного изотопа. Для определения содержания радиоактивного изотопа на разных глубинах в металле, с его поверхности электролитическим методом снимают тонкие слои металла, сначала один, затем второй такой же слой, третий и т. д. Для этой цели пластинку металла присоединяют к положительному электроду источника постоянного тока и опускают в раствор кислоты. При пропускании тока определенной силы в течение определенного времени происходит растворение пластинки и снятие с нее слоя определенной толщины. Далее определяют радиоактивность каждого снятого слоя, выделяя растворенный металл химическим путем и измеряя радиоактивность на счетчике. На основании полученных данных вычисляют скорость диффузии.

Другой метод заключается в том, что по мере отжига пластинки металла с нанесенным на нее слоем радиоактивного металла радиоактивность, измеренная сначала со стороны, на которую был нанесен слой радиоактивного металла, а затем с противоположной, будет меняться. Радиоактивность стороны, на которую был нанесен слой радиоактивного металла, будет уменьшаться, а противоположной стороны — увеличиваться вследствие того, что радиоактивные атомы будут проникать вглубь, и излучение, идущее с лицевой стороны, будет поглощаться в слое металла. Излучение же, идущее с противоположной стороны пластинки, будет расти, так как слой металла, препятствующий прохождению бета-лучей, по мере проникновения изотопа внутрь пластинки будет уменьшаться. Данные измерения радиоактивности обеих сторон пластинки со временем при постоянной температуре дают возможность вычислить скорость диффузии.

В помощь металловедам. С диффузией в твердом состоянии связаны многие свойства сплавов металлов.

Что такое обыкновенная сталь? Это сплав железа с углеродом. Небольшая примесь углерода делает железо твердым. Атомы железа и углерода в стали располагаются в определенном порядке.

Если приготовить закаленную сталь, содержащую радиоактивный углерод, и гладкую поверхность куска стали приложить к фотопластинке, завернутой в черную бумагу, то на пластинке получится изображение куска. Излучение радиоактивного углерода засвечивает фотопластинку, и поэтому места вкрапления радиоактивного углерода будут отмечены более темными пятнами.

Теперь нагреем сталь, а затем медленно охладим. От этого она станет более мягкой. Повторим радиографирование. Новый снимок покажет уже иное расположение атомов радиоактивного углерода в куске.

С течением времени атомы углерода в куске стали перемещаются. Сталь, как говорят, стареет, ее прочность изменяется.

За перемещением атомов в сплавах можно легко проследить с помощью меченых атомов. Эти исследования очень важны для всех отраслей промышленности, использующих сплавы.

Сплавы — тела кристаллические. От величины отдельных кристаллов и их расположения зависят многие свойства сплавов. Как же выявить строение сплава? Как определить величину кристаллов? Для этого применяют различные способы. Один из них заключается в следующем. Гладко отшлифованную поверхность сплава подвергают действию кислоты, травят. Кислота по-разному действует на различные части сплава. После травления поверхность сплава рассматривают в микроскоп и устанавливают размеры отдельных кристаллов.

Меченые атомы также позволяют определить структуру сплава. Кроме того, они позволяют установить, какие кристаллы выделяются из расплавленной массы первыми. Опыт производится таким образом. Кусок стали помещается в закрытом сосуде над радиоактивным элементом радиоторием. Радиоторий после ряда превращений образует атомы тория В с периодом полураспада 10,6 часа. Атомы тория В осаждаются на поверхности стали.

Подготовленный таким образом кусок стали расплавляют, а затем металлу дают остыть. В жидком расплаве начинается образование кристаллов. Торий В выделяется из расплава только к концу затвердевания слитка и располагается по границам кристаллов или в примесях. Поверхность металла шлифуют и прикладывают к фотопластинке, которая засвечивается в тех местах, где расположен торий В.