Файл: Пучеров, Н. Н. Покоренная радиация.pdf

ствие разного рода ядерных процессов, рождают нейтро­ ны, которые и вызывают превращение ядер азота в ме­ ченые атомы углерода (последний входит в состав угле­ кислого газа воздуха).

Космические лучи бомбардируют воздух в течение миллиардов лет. Атомы радиоактивного углерода возни- ' кают и распадаются; за долгие годы установилось равно­ весие: количество радиоактивного углерода в воздухе не л меняется. Нет оснований считать, что поток космических! лучей как-то изменился за период существования Зем-;-; ли. Поэтому можно принять, что количество меченого углекислого газа в воздухе и сейчас и тысячи лет назад было постоянным. На этом и основывается углеродный метод определения времени.

Углекислый газ принимает участие в процессе обмена веществ в природе. Некоторое количество меченых угле­ родных атомов усваивается растениями. Когда растение погибает, обмен веществ прекращается и новые меченые атомы в него уже не поступают, а находившиеся в расте­ нии с момента гибели его начинают «отсчитывать время». Количество радиоактивных атомов будет постепенно, очень медленно уменьшаться. Через шесть тысяч лет их останется приблизительно половина, через 12 тысяч лет — четвертая часть и т. д.

Для определения времени гибели найденного при ра­ скопках куска дерева достаточно сравнить удельную ак­ тивность его с активностью современного дерева. «Угле­ родные часы» позволяют измерять промежутки времени до 20—25 тысяч лет. Распад атомов углерода продол­ жается и дальше, однако активность, которая остается, очень низкая и ее трудно определить.

Можно привести и другие примеры использования ме­ ченых атомов.

Не так давно стало известно, что почти весь находя­

76

щийся в человеческом организме иод сосредоточен в щи­ товидной железе. Установить этот важный факт помогли меченые атомы. К йодистому препарату добавляли опре­ деленное количество радиоактивного иода. Через неко­ торое время после введения препарата в организм чело­ века с помощью счетчика определяли, в какие органы или ткани попадал радиоактивный иод, где он и с какой скоростью сосредоточился. Теперь радиоактивный изотоп иода с успехом применяется для диагностики и лечения заболеваний щитовидной железы.

Меченые атомы применяют и при изучении диффузии и самодиффузии металлов. Если положить один на дру­ гой два куска металла, например золота и свинца, то через некоторое время обнаружится, что молекулы зо­ лота попадают в свинец и наоборот.

Что произойдет, если плотно соединить два одинаковых металла? Пусть один из образцов золота кроме обыкно­ венных атомов имеет какое-то количество атомов радио­ активного золота. Прижмем один к одному два образца металла. Вследствие диффузии атомы из одного металла переходят в другой и проникают на некоторую глубину. Это явление можно детально проследить. Если снять с по­ верхности металла слои, в которые проникли радиоактив­ ные атомы другого образца, и определить их активность, можно вычислить скорость самодиффузии. Перемещение одних атомов среди других происходит при механиче­ ской и термической обработке металлов. Внося в металл некоторое количество меченых атомов элемента, движе­ ние которого мы хотим проследить, и наблюдая затем за их перемещением, можно сделать вывод о движении атомов в металле. Этот метод позволяет выявить эффек­ тивность того или иного способа обработки металла.

Меченые атомы помогают выяснить роль и проследить за поведением разных химических элементов в живом

77

организме. Важную роль в растительных и животных организмах играет, например, фосфор. В организм жи­ вотного фосфор попадает с пищей, растения усваивают его из почвы. Мы уже рассматривали, как определяют усвоение растением фосфора. Однако может возникнуть вопрос, какими частями растения фосфор усваивается. I Введем в удобрение меченый радиоактивный фосфор, -т Через некоторое время срежем растение и в темноте при-^ ложим его к фотопластинке. Почернение последней будетд неравномерным: там, где царяду с обыкновенным фосфо-^ ром сосредоточился фосфор радиоактивный, будет наб­ людаться наиболее интенсивное излучение. Эти места на пластинке почернеют больше, нежели соседние. Ра­ стение как бы оставляет свой радиоавтограф, соответ­ ствующий распределению фосфора в разных его частях. Таким методом было показано, например, что в табаке, зараженном вирусной мозаикой, фосфор поглощается больными листьями; в плодах томатов он собирается в семени и т. д.

Аналогично было установлено, что в организме жи­ вотного накопление фосфора происходит в основном в костях.

Радиоактивные изотопы могут быть показателями границы разделения двух сред. Предположим, что одним и тем же трубопроводом перегоняют разные нефтепро­ дукты, например керосин и бензин. Между этими нефте­ продуктами в трубопровод накачивают топливо, имеющее какое-нибудь радиоактивное соединение. Как только на приемном пункте с помощью счетчика будет замечена радиоактивность, переключением кранов (возможно, ав­ томатическим) другой род топлива направляют в необ­ ходимый резервуар.

Радиоактивное излучение может быть использовано и для определения уровня жидкости в герметически закры­

78

том баке. Если радиоактивный источник поместить в со­ суде на поплавке, то с помощью счетчика, который нахо­ дится снаружи, можно определить положение поплавка, а следовательно, и уровень жидкости. Когда в баке очень агрессивная в химическом отношении жидкость (ядови­ тая или легковоспламеняющаяся и т. д.), да еще под дав­ лением,— задача не такая простая, как это кажется на первый взгляд. Радиоактивное излучение позволяет ре­ шить эту проблему, применить автоматику, более эф­ фективно использовать имеющиеся резервы.

Современные механизмы и машины работают в усло­ виях больших скоростей, давлений, температур. Требова­ ния к качеству продукции непрерывно повышаются. Не­ обходимы точные методы изучения различных факторов, влияющих на надежность и долговечность машин.

Один из таких методов с использованием меченых атомов состоит в том, что на поверхности интересующей нас детали создают радиоактивный слой. При изнашива­ нии детали радиоактивные атомы исчезают с поверх­ ности. По изменению активности можно судить о мере износа. Меченые атомы создаются в детали после облу­ чения ее частицами с большой энергией на ускорителях заряженных частиц или нейтронами в атомном реакторе. Частицы, проходящие на определенную глубину в ме­ талл, вызывают ядерные реакции, в результате которых возникают радиоактивные ядра.

Предположим, что испытывается поршневое кольцо двигателя. В атомном реакторе оно облучается, в нем возникает радиоактивный изотоп железа Ее59. Затем кольцо устанавливают в двигатель, где оно постепенно изнашивается. Частицы железа с радиоактивными ато­ мами попадают в масло, смазывающее детали двигателя. Если время от времени брать пробы масла и измерять их активность, можно следить за изнашиванием кольца.

79

Важно, что делать это можно не разбирая и не останав­ ливая двигатель. Аналогичный метод применяется для контроля за изнашиванием подшипников в разных меха­ низмах.

Радиоактивные изотопы помогают следить и за пере­ мещением металла на трущихся поверхностях. После на­ несения меченых атомов на поверхность трущихся дета­ лей легко обнаружить перемещение металла. Для этого может быть использована авторадиография. Как и при определении мест концентрации радиоактивного фосфо­ ра в растении, после определенного времени работы де­ тали в машине к поверхности металла прикладывают рентгеновскую пленку. Почернение ее укажет места ско­ пления радиоактивных атомов.

Примеров можно было бы привести множество. Мы для иллюстрации рассмотрели лишь наиболее характер­ ные случаи.

Невидимые лучи за работой

Методом меченых атомов не ограничиваются возмож­ ности использования радиоактивных изотопов. Излуче­ ния, которые они образуют, находят самое разнообраз­ ное применение.

Ядерные излучения и в первую очередь гамма-лучи имеют большую проникающую способность, то есть мо­ гут проходить сквозь толщу вещества. Это свойство дало возможность использовать гамма-лучи в промышлен­ ности с целью контроля за ходом производства.

Принцип такого контроля не отличается от техники обыкновенного рентгеновского просвечивания. Однако

80

рентгеновские лучи, способные проникнуть сквозь чело­ веческое тело, полностью задерживаются металлом тол­ щиной 2—3 см. А если взять радиоактивный изотоп ири­ дия (1г192), энергия гамма-излучения которого 0,6 Мэе, то можно просветить металл толщиной до 5 см. Гаммалучи радиоактивного кобальта Со60 с энергией 1,3 Мэе позволяют проникнуть в детали толщиной до 20 см.

Делается это так. В толстом защитном контейнере радиоактивный изотоп, посылающий гамма-лучи, разме­ щают перед деталью, подлежащей проверке. Через от­ верстие в стенке контейнера пучок лучей направляется на деталь. Гамма-лучи проходят через металл и попада­ ют на пластинку, помещенную на стороне детали, проти­ воположной источнику.

Предположим, что в детали, которую контролируют, при отливке образовалась внутренняя пустота — рако­ вина. В месте расположения раковины гамма-лучи прой­ дут более свободно, нежели в тех местах, где металл цельный, поскольку металл в большей степени, чем воз­ дух, поглощает гамма-лучи. Наличие раковины будет за­ фиксировано на фотопластинке (почернение) или с помо­ щью счетчика. Метод такого контроля очень прост, не требует сложной и громоздкой аппаратуры, позволяет использовать установки с гамма-лучами непосредствен­ но в цехе или в полевых условиях, например, при контро­ ле за качеством сварных швов.

Гамма-лучи могут быть использованы в толщиноме­ рах, когда измерение осуществляется без прикосновения к предмету. Толщину металлического листа в обычных условиях определить нетрудно. А как это сделать, если металл нагрет до нескольких сотен градусов и движется на прокатном стане с большой скоростью? Измерять тол­ щину необходимо для регулирования расстояния между

81

валками, где прокатывается металл. От этого расстояния зависит толщина листов, получаемых после прокатки.

Интенсивность гамма-излучений постепенно ослаб­ ляется с увеличением толщины слоя поглотителя, кото-

Рис. 16. Схема регулирования толщины металла при прокатке:

1 — источник; 2 — счетчик; 3 — прибор; 4 — валки; 5 — автомат, регу­ лирующий расстояние между валками.

рый они проходят. То есть, если изменяется толщина по­ глощающего слоя, то изменяется и интенсивность гаммалучей. Поместим с одной стороны металла, который под­ вергается прокатке, источник гамма-излучения (рис. 16), а с другой — прибор, регистрирующий интенсивность из­ лучения. Величина интенсивности излучения будет слу­ жить в этом случае мерой толщины материала. Толщина

82

листа контролируется в процессе прокатки непрерывно, больше того, можно расстояние между валками регули­ ровать автоматически.

Ядерные излучения вызывают ионизацию воздуха; это свойство полезно в борьбе с электрическими заряда- ^ми. Проблема нейтрализации электростатических заря-

гдов очень существенна в текстильной, химической, бу­ мажной, полиграфической и в кино- и фотопромышлен­ ности.

Представьте себе тысячи нитей, которые беспрерыв­ ной полосой движутся в прядильной машине. Во время движения нити трутся одна о другую, что вызывает по­ явление электрического заряда. Образуются электроста­ тические поля с напряжением в десятки тысяч вольт. За­ ряженные электричеством волокна отталкиваются друг от друга, путаются, возникают обрывы. Машины необхо­ димо останавливать. Между заряженными нитками появ­ ляются искры, может возникнуть пожар. Особенно опас­ ны искры на предприятиях, где используется бензин, например при производстве стекловолокна или прорези­ ненной ткани. Другое дело, если бы возникающий при трении заряд мог постепенно, в меру накопления, уда­ ляться, стекать на землю. Воздух можно сделать провод­ ником электричества, для чего достаточно ионизировать его. Ионизировать воздух можно очень просто при помо­ щи одного из радиоактивных изотопов. Наиболее подхо­ дят для этой цели изотоп серы Э35, тритий Н3 и др.

Применение ионизаторов, например, только на одном из московских комбинатов дало возможность повысить скорость сновальных машин почти вдвое, а производи­ тельность чесальных машин при производстве искусствен­ ного меха увеличить на 20%.

Скаждым годом ядерные излучения все шире исполь­ зуются в различных технологических процессах, особен-

83