Радиоактивные изотопы и их применение

Точно так же можно исследовать строение самых разнообразных сплавов, выявив расположение и величину отдельных кристаллов при радиографировании. На рис. 21 дан радиоавтограф стали, содержащей большое количество радиоактивного фосфора (белые пятна).

Рис. 21. Радиоавтограф стали, богатой фосфором (позитив увеличен в 60 раз). Фосфор радиоактивен

Изучение металлургических процессов. Для изготовления качественной стали, то есть стали, обладающей какими-либо особенно ценными свойствами, например нержавеющей или подшипниковой, при плавке добавляют те или иные металлы. Процесс плавки стали связан с выгоранием и отшлаковыванием вредных примесей, таких, как сера и фосфор.

Все эти процессы легко контролировать с помощью меченых атомов. Степень и скорость удаления серы и фосфора из стали, например, можно определить путем введения в плавку определенного количества радиоактивного фосфора и серы. Используя радиоактивный кальций, можно также найти степень загрязнения стали шлаком и материалами футеровки печи. Количество радиоактивного кальция в выплавленном металле показывает степень загрязнения металла шлаком и материалами печи. Так, советские ученые установили, что 12% примесей, имеющихся в подшипниковых сплавах, попадает в них из шлака и до 20% из футеровки печи.

Методом меченых атомов можно решать и многие другие вопросы металлургии и металловедения, например распределение легирующих металлов в сплавах, изменение структуры сплавов при термической и механической обработке и т. п.

8. Меченые атомы в технике

Радиоактивные изотопы в технике находят все большее и большее применение. Это применение развивается главным образом по линии использования излучения радиоактивных изотопов, поэтому основные примеры будут описаны в главе «Применение радиоактивных изотопов как излучателей». Однако несколько примеров целесообразно дать в главе «Меченые атомы».

Изучение износа деталей машин от трения. Движущиеся части машины при работе изнашиваются из-за трения. При смазывании трущихся частей маслом трение и износ уменьшаются.

Вспомните поездку по железной дороге. Узловая станция. Вдоль поезда проходит смазчик и заливает масло в каждое гнездо у колес вагонов, в подшипники. Многие из вас видели дым, идущий от горящих подшипников. Это бывает при плохой смазке: трение возрастает, металл сильно нагревается и масло загорается. Без смазки металл быстро изнашивается и деталь теряет прочность.

Как найти металлы, которые менее всего изнашиваются? Как найти смазки, лучше всего предохраняющие металл от износа? Метод меченых атомов дает в руки исследователей этих вопросов необходимое оружие.

Для испытания износа того или другого металла приготовляют из него платформу и ползун (брусок). В ползун вводят радиоактивный изотоп металла, а затем заставляют его двигаться по платформе. При движении атомы металлов вследствие трения переходят с одной поверхности на другую. Вместе с нерадиоактивными атомами перемещаются и радиоактивные, и это перемещение можно проследить, исследуя поверхность платформы с помощью специального счетчика или радиографии. В последнем случае после проведения опыта по трению на платформу накладывают фотопластинку и, выдержав определенное время, проявляют ее. Чем больше металла перенесено на платформу, тем сильнее почернеет фотопластинка. Испытания проводятся в отсутствии смазки, с различными сортами смазывающих материалов и при различных нагрузках на ползун.

Эти испытания дают важный материал для выбора металлов и смазок. Испытания трудно провести без помощи меченых атомов, так как при трении в условиях испытания переносятся столь ничтожные количества вещества, что они не могут быть обнаружены никакими другими методами.

С помощью меченых атомов можно испытывать качество не только куска металла или сплава, но и готовых деталей машин.

Например, для испытания автомобильного двигателя на его поршень надевают кольцо, облученное нейтронами, в котором образовалось радиоактивное железо. Двигатель пускают в ход. При этом частички металла, отрывающиеся от кольца, попадают в масло, которым смазывается машина. Масло приходит в соприкосновение со счетчиком, с помощью которого легко определить количество радиоактивного железа, по последнему судят об износе поршневых колец (рис. 22). Здесь же можно установить, как влияет качество топлива на износ поршневых колец. Если топливо содержит в своем составе большое количество серы, то износ деталей резко увеличивается.

Рис. 22. Схема установки для изучения износа поршневых колец двигателя:

1 — поршень с радиоактивным поршневым кольцом; 2 — механизм подачи масла; 3 — маслопровод; 4 — счетчик