Путешествие в Страну элементов

Друзья или враги?

Это произошло весной 1954 года. Крохотное японское суденышко рыбачило на просторах Тихого океана. Рыбакам везло: в трюмах уже плескалось 40 тонн рыбы, а погода обещала оставаться по-прежнему прекрасной. Недаром же судно называлось «Дайго фукурю-мару», что значит «Счастливый дракон». Хозяин уже потирал руки, мысленно прикидывая сумму выручки, как вдруг улыбка фортуны сменилась зловещей гримасой.

Несчастье свалилось словно снег на голову.

В 4 часа утра 1 марта небо на горизонте внезапно осветилось заревом необыкновенной яркости. Спустя несколько мгновений донесся оглушительный грохот. Между 6 и 7 часами утра солнце померкло, скрытое аркой туч, а с неба посыпался какой-то удивительный снег, сухой, как бумага. Белые хлопья летели так плотно, что за их завесой нельзя было ничего разглядеть даже в двух шагах. Они покрыли сплошным налетом палубу корабля, забились во все щели, запорошили глаза и уши моряков, осели в волосах, проникли в легкие, попали под одежду, застряли в ее складках. Не прошло и 3–4 часов, как у рыбаков началась ужасная головная боль, тошнота, рвота. Команда почувствовала себя настолько скверно, что уже не могла продолжать работу. Раздосадованному хозяину ничего не оставалось делать, как повернуть к берегам Японии.

Путь от Маршалловых островов до маяков Страны Восходящего Солнца для скорлупки, на которой не осталось ни одного здорового члена экипажа, был не легок и не скор. Только 13 марта добрался «Счастливый дракон» до порта Яидзу. Выслушав короткий рассказ капитана, власти сразу же смекнули, в чем дело. Пострадавших тут же поместили в больницу, а «Счастливого дракона» пришлось сжечь.

Странный снег оказался радиоактивным пеплом.

Через семь месяцев, несмотря на все принятые меры, от тяжелого поражения печени скончался радист судна Аикиши Кубояма. Очень тяжело протекала болезнь и у 22 других моряков. Да это и понятно. По расчетам ученых, страшный пепел обладал активностью чистого радия. Полтонны такой пыли вполне хватит, чтобы уничтожить всякую жизнь на территории в 250 тысяч квадратных километров, а это превышает площадь Великобритании. За много часов доза облучения составила несколько сот рентген, а уже 600 рентген, как известно, абсолютно смертельны для человека. Правда, симптомы лучевого поражения были усилены тем, что немало радиоактивных веществ попало внутрь организма с загрязненной пеплом пищей в течение почти двухнедельного плавания, пока рыбаки добрались, наконец, до японского порта. Но ведь изрядное количество радиоактивных осадков было смыто водой за борт. А что бы произошло в таких же условиях на суше?

Причиной трагедии была операция «Кастл». Под таким шифром в секретных американских документах фигурировало проведение испытательного взрыва смешанной атомно-водородной бомбы у атолла Бикини, что в архипелаге Маршалловых островов. После «успешного» проведения операции на месте кораллового островка осталась зияющая воронка диаметром более 2 километров и глубиной 60 метров. Над Тихим океаном выросло грибообразное облако колоссальных размеров: его высота составляла 40 километров, а ширина в верхней части («шляпка» гриба) — 160 километров.

Многокилометровый огненный шар, вспыхнувший подобно тысяче солнц через несколько секунд после взрыва, имел в центре температуру порядка миллиарда градусов. Не мудрено, что эту ослепительную вспышку рассмотрели рыбаки, находившиеся на расстоянии 130 километров от эпицентра.

20 миллионов тонн грунта взметнулось в воздух — такова была чудовищная сила взрыва. Специальная экспертиза установила впоследствии, что радиоактивный пепел состоял из карбоната кальция с осевшими на нем продуктами деления. Это означает, что коралловый островок расплавился при взрыве и был мгновенно превращен в пыль страшной ударной волной. Через час после взрыва радиоактивность облака достигла неимоверных масштабов: 1000 миллиардов кюри. Чтобы получить такое излучение, понадобился бы целый миллион тонн радия!

Не в первый раз вставал над планетой зловещей грибовидной тенью призрак смерти и разрушения. Человечество не забудет роковое утро 6 августа 1945 года, когда первая атомная бомба, доставленная к цели на борту американского самолета «Б-29» «Энола-Гей», превратила Хиросиму в груду безжизненных развалин. Три дня спустя ядовитый гриб атомного взрыва вырос над другим японским городом — Нагасаки. Сотни тысяч людских жертв — таков результат этой грандиозной катастрофы.

А за три года до Хиросимы жизнерадостный итальянец Энрико Ферми на американской земле запустил первый в мире атомный реактор. Это было торжественное событие в жизни ученых: наконец-то человеку удалось обуздать сокрушительную силу разбуженного атома! Люди, сами того не подозревая, вступили в атомный век. Человек стал властелином огромных запасов энергии, спрятанных в недрах крупинки вещества. Даже дальновидному взгляду было трудно охватить необъятные горизонты, которые открылись перед человечеством с победой над атомом.

Но уже тогда радужные чаяния ученых омрачились предчувствием чего-то недоброго. Темные силы поспешили прибрать к рукам атом, только что вышедший из колыбели, чтобы тут же напялить на него военный мундир. Атом стал узником в секретных казематах Пентагона. Протесты ученых оказались бессильными. И вот от первых же шагов младенца Геркулеса, каким показал себя новорожденный атом, дрогнула наша планета. Атомный век начался с атомных бомб. Тогда потрясенное человечество спросило с тревогой и надеждой: кто же он, этот новый Геркулес, друг или враг?

Неужели чудовищная сила раскованного атома призвана сеять смерть и разрушение? Разве не способна она своротить горы в грохоте созидательного труда?

Вся история человечества — от первобытных костров до взрыва водородной бомбы — это многотрудный путь поисков новых источников энергии. Энергия, пожалуй, — самое показательное мерило богатства любой страны. Энергия двигает машины, дает свет, кормит нас, согревает, вооружает в борьбе с природой. Каждая ступенька на пути к прогрессу и цивилизации связана с отысканием нового источника энергии. Вспомните водяное колесо, мельничные крылья, паровую машину, наконец электромотор. Это они привели к промышленной революции, неузнаваемо изменившей за несколько столетий расстановку сил в извечной драме борьбы человека со слепыми силами стихии. Так неужели новый триумф человеческого разума — овладение атомной энергией — означает конец этого пути? Да разве найдется хоть один здравомыслящий человек, который в силах поверить этому?!

Сколько чаяний, сколько планов связывает с атомом миролюбивое человечество!

По свидетельству французского ученого-атомника Ф. Рэна, в наши дни четыре пятых всей вырабатываемой в мире энергии производится за счет сжигания топлива: каменного угля, нефти, газа, торфа, горючих сланцев. Гидроэлектроэнергия, как и мускульная сила человека, покрывает не более 2 процентов в общем энергетическом балансе. Остальная доля энергии, то есть около 15 процентов, получается от сжигания древесины и отходов сельскохозяйственного производства. Чтобы обеспечить постоянно растущий спрос на энергию, добыча горючих ископаемых должна непрерывно возрастать. Но ведь запасы топлива в земной коре далеко не безграничны!

По подсчетам Ф. Рэна, в 2000 году мировые потребности в энергии будут в 6–8 раз выше, чем теперь. Если верить некоторым прогнозам, через несколько столетий в Земле не останется ни крошки угля, ни капли нефти, ни самомалейшего пузырька газа. Все запасы топлива, накапливавшиеся в кладовых природы чуть ли не четверть миллиарда лет, будут полностью исчерпаны.

И кому, как не атому, суждено стать избавителем человечества от топливного «голода»!

Мировые запасы урана и тория — главных видов ядерного «горючего» — соответствуют такому количеству энергии, которое в 20–30 раз превосходит энергетические ресурсы, заключенные в имеющихся сейчас запасах обычного топлива у нас под ногами. Иными словами, атомное «горючее» выручит человечество на сотни лет.

Уже сейчас атом дает возможность зажечь солнце электрического света, «запрячь» лошадиные силы электромоторов. Вырабатывает промышленный ток первая в мире атомная электростанция, построенная в нашей стране. Со скрежетом ломая льды, прокладывает водные трассы в арктических морях атомоход «Ленин». Созданы атомные подводные лодки. Ведутся работы по созданию атомного самолета. Дальность перелетов атомных птиц будет ограничена лишь физическими возможностями экипажа. Что касается использования атома в двигателях наземного транспорта, то здесь придется, по-видимому, набраться терпения и подождать. Пока идут разговоры лишь об атомных локомотивах. Но кто может поручиться, что наши внуки не будут кататься в атомных автомобилях? Не подлежит сомнению, что атом в космической упряжке рано или поздно понесет человека в неизведанные бездны вселенной.

Конечно, атомное сырье тоже в один прекрасный день будет израсходовано. Не беда: людей выручит тот же самый атом, правда в несколько ином «амплуа».

Уран и торий представляют собой источник энергии, высвобождаемой в процессе деления ядра. Иное дело — термоядерная энергия. Она основана на синтезе — соединении, слиянии ядер легких элементов, например изотопов водорода. Изотопы водорода — дейтерий ²₁H и тритий ³₁H — поистине волшебное по своим качествам «топливо». При слиянии ядер этих изотопов друг с другом на свет появляются нейтроны ¹₀n и ядра нового элемента — гелия ²₄He:

Скромная приписка «17 Мэв» означает, что рождению каждого грамма гелия сопутствует мгновенное выделение чудовищного количества энергии: 120 тысяч киловатт-часов!

Такого рода процессы протекают в недрах Солнца и далеких звезд. «Звездная» реакция все чаще встречается и в земных условиях. Яростный, ослепляющий, испепеляющий клубок взрыва водородной бомбы — не что иное, как миниатюрное солнце на Земле. К сожалению, оно скоротечно и разрушительно. Вот когда бурный и непокорный термоядерный взрыв удастся заменить спокойным управляемым «горением», тогда проблема энергетического голода будет упразднена. И впрямь: дейтерия в природе — хоть отбавляй! На каждые 6 тысяч ядер водорода Мирового океана приходится одно ядро дейтерия. Зачерпнув ведро воды, мы и не подозреваем, что в нем спрятана энергия, равноценная теплу от сжигания 4 тонн нефти! Такого топлива хватит бесчисленным поколениям наших потомков на сотни миллионов лет, даже при самом бурном развитии энергетики.

Прекрасный античный миф повествует о подвиге Прометея, похитившего у неба огонь, чтобы научить людей обращаться с ним. Физики XX века, которые также похитили у природы тайну термоядерного «пламени», пока еще не научились укрощать его строптивый характер. Но наука не стоит на месте.

Разве не казались несбыточными каких-нибудь четверть века назад мечты скромного калужского учителя, слывшего неисправимым чудаком? А теперь? Весь мир с замиранием сердца следил за полетами Юрия Гагарина, Германа Титова, Андрияна Николаева, Павла Поповича и американских космонавтов.

Наступит день, и жаркое термоядерное солнце, скрученное в огненный жгут магнитными силовыми линиями так, что оно уже не в силах будет расплавить и испарить далекие от него стенки камеры, станет услужливо отдавать человеку огромные запасы энергии, добытой из обыкновенной воды. Не исключено, что лет через 20 — такой срок назвал академик Николай Николаевич Семенов — эта проблема будет решена. Тогда совесть ученых будет спокойна. Их перестанет терзать сознание того, что величайшее открытие науки нашего столетия может использоваться лишь во вред людям. Огонь новоявленного Прометея не превратится в смертоносный бумеранг, возвращающийся затем, чтобы поразить своего изобретателя.

Разведчики ядерных недр по-современному нетерпеливы. Не дожидаясь, пока заработают термоядерные электростанции, они уже сейчас изучают возможности мирного применения военного атома.

В самом деле, ведь при помощи взрывов термоядерных бомб можно создать гигантские подземные резервуары тепла, которые способны в течение многих месяцев питать выделенной энергией теплоэлектростанцию, равную по мощности Братской ГЭС. Кроме того, в огромные воронки, образованные взрывами термоядерных бомб, можно направить морскую воду и заставить ее вращать установленные у края воронок турбины. Наконец, атомный взрыв может стать подспорьем при инженерных работах. Ведь проводят же взрывные работы с обычной взрывчаткой, скажем с тротилом. А одна атомная бомба, умещающаяся в школьном портфеле, может заменить 1000 тонн тротила, для перевозки которого потребовался бы целый железнодорожный состав.

Неисчислимые возможности таит в себе расщепленный атом. И все они могут и должны быть направлены на благо человечества. Неистребима вера простых людей в то, что победа над атомом никогда не приведет человечество к кошмару атомной войны. Переворот, связанный с овладением атомной энергией, намного более грандиозен, чем великие промышленные революции прошлого, вызванные изобретением паровой машины и открытием электричества.

Ну, а как быть с радиоактивными излучениями? Не постигнет ли тех, кто командует мирным атомом, участь Аикиши Кубояма? Ведь смертоносные лучи, испускаемые атомом, подкрадываются тихо, тайно, не причиняя боли, вредно сказываясь на здоровье подчас многие годы спустя. Об этом коварном свойстве атома было известно задолго до того, как слово «атом» стали отожествлять с понятием «бомба». Если ты беззащитен, то даже с мирным атомом шутки плохи, — это знали еще пионеры науки об атоме, прокладывавшие нехоженые тропы в тайны ядерных глубин.

На Всемирной выставке в Брюсселе демонстрировался интересный экспонат. Счетчик, укрепленный на специальном стенде, непрерывно регистрировал сильное радиоактивное излучение, исходившее от расположенной рядом пары старинных дамских перчаток. Это были перчатки Марии Кюри. Под ними скрывались когда-то руки, совершившие бессмертный научный подвиг, руки, пораженные радиоактивными излучениями. Незаживающие язвы на руках самоотверженной женщины-ученого — это ли не предупреждение о враждебной силе атомных излучений?

Таким образом, за 50 лет до страшного пепла Бикини атом предупредил, что его лучи оказывают на организм сильнейшее физиологическое действие. Теперь мы знаем, что облучение приводит к изменению структуры молекул, участвующих в жизнедеятельности организма. На пути вторгшихся в недра живой клетки атомных частиц остаются обломки «покалеченных» молекул. Эти осколки очень активны. В итоге может наступить серьезное нарушение обмена веществ. Но если даже атомное облучение заканчивается безболезненно, оно может плачевно отразиться на здоровье наших потомков, ибо в недрах клеток происходят изменения наследственных свойств организма.

Быть может, эта мрачная перспектива является уделом каждого, кто работает с радиоактивными веществами? Кто так думает, тот наверняка ошибается. Нет и еще раз нет.

Люди научились полностью обезвреживать радиоактивные излучения. На пути невидимого врага воздвигаются непробиваемые заслоны в виде экранов из свинца, бетона и других материалов. Врагу бесполезно рассчитывать на такие лазейки, как невежество и халатность, — они навсегда изгнаны из радиохимической лаборатории.

В наше время радиочувствительность человеческого организма изучена достаточно хорошо. На основании накопленных фактов во многих странах принята величина толерантной, то есть вполне переносимой, дозы радиации. В Советском Союзе она составляет 0,03 рентгена за весь рабочий день. Но даже эту, можно сказать, безвредную дозу снижают в тысячи раз с помощью различных остроумных приспособлений (экраны, манипуляторы, автоматические «руки»).

При умелом, грамотном обращении с мирным атомом его излучения никогда не станут врагом человека. Более того, радиоактивное облучение во многих случаях оказывает благотворное влияние на человеческий организм.

Казалось бы, атом и медицина — что может быть более далеким? Помня трагическую судьбу японских рыбаков, как-то трудно увязать представление о смертоносной силе радиации с гуманным характером древнейшей профессии человечества. И тем не менее это реальный факт.

Еще 6 июня 1905 года Пьер Кюри, выступая с нобелевской речью перед собранием Стокгольмской академии наук, сообщил, что под действием излучений радия разрастание тканей, пораженных раком, приостанавливалось, а порой и прекращалось вовсе. Оказывается, молодые, быстрорастущие клетки злокачественных опухолей отличаются повышенной чувствительностью к радиации. На них радиоактивное излучение действует убийственно, щадя в то же время соседние здоровые ткани.

В наши дни лечение раковых заболеваний с помощью радиоактивных «эскулапов» выросло в самостоятельную область медицины — радиотерапию. Только на смену радию и рентгену пришли более действенные и менее дорогие средства, скажем радиоактивный кобальт. 30 граммов кобальта-60 испускают такое же количество излучения, что и солидный кусок радия весом в несколько килограммов. При этом не следует упускать из виду, что во всем мире до сего дня было добыто всего лишь около двух с половиной килограммов радия.

Различают два главных метода радиотерапии: внутритканевое и внешнее облучение. В первом случае в опухоль вводят источник излучений, например в виде игл из специальной кобальто-никелевой проволоки, облученной предварительно нейтронами. Нейтроны превращают обычный кобальт в его радиоактивного «тезку» — кобальт-60. Этот метод находит применение главным образом для лечения наружных опухолей. Во втором случае используют особую установку для облучения на расстоянии — так называемую кобальтовую «пушку». Перед ней не в силах устоять даже самые страшные враги здоровья: рак легкого, рак пищевода, саркома костей и другие заболевания внутренних органов.

Так в борьбе двух призраков смерти — радиоактивного излучения и ракового недуга — победу одерживает жизнь. И надо сказать, что радиотерапия до сих пор остается наиболее многообещающим методом лечения злокачественных опухолей, обрекавших ранее человека на неминуемую гибель.

И право же, белый халат врача идет атому гораздо больше, чем военная форма.

Не только в стенах медицинского кабинета работает на человека укрощенный гамма-квант. Наука и техника, сельское хозяйство и промышленность — где только не применяются радиоактивные излучения!

Всем известно, какой ущерб приносят сельскому хозяйству насекомые-вредители. Летающие и ползающие твари по своей прожорливости не уступят знаменитому Гаргантюа: они пожирают такое количество продовольствия, которым можно было бы дополнительно прокормить 200 миллионов человек! Правда, насекомых и их личинки можно уничтожать химическими средствами. Однако не секрет, что многие химикалии далеко не безобидны для человеческого организма.

На выручку приходит гамма-квант. Подвергая гамма-облучению целые зернохранилища, можно полностью избавиться от нежелательных нахлебников. Под действием гамма-лучей или потока электронов погибают и микроорганизмы, вызывающие порчу, гниение. Например, картофель после гамма-облучения может с успехом храниться в течение чуть ли не двух лет. Это позволяет обойтись без дорогостоящих холодильников. Еще важнее применение радиационных методов для стерилизации медикаментов.

От своих коллег — атома-врача и атома-агронома — не отстает

…Космический корабль приближается к цели. И вдруг давление в кабине астронавта резко падает. Все ясно: в обшивке космического корабля образовалась щель. Ничего не попишешь, приходится возвращаться на Землю и стать в ремонт. Оказывается, причиной аварии были невидимые снаружи раковины в обшивке ракеты. Из-за какой-то раковины авария в космосе! Если бы не «всевидящий глаз» атома-инженера, это могло бы случиться на самом деле. Именно он позволяет заглянуть внутрь детали и выяснить, нет ли в ней предательских трещин или раковин.

Метод проверки однородности внутренней структуры металлических деталей с помощью гамма-излучения — это и есть «всевидящий глаз» атома. Инженеры называют этот метод гамма-дефектоскопией. В чем его суть?

Каждому из нас приходилось бывать в рентгеновском кабинете. По изображению на экране опытный глаз врача тут же определит, в порядке ваши легкие или нет. Рентгеновское просвечивание применяется и в промышленности — там оно называется рентгенодефектоскопией. Так вот, гамма-дефектоскопия — не что иное, как разновидность промышленного рентгена, только лучше, надежнее. Посудите сами. Во-первых, дорогая рентгеновская установка заменена дешевым препаратом радиоактивного кобальта. Во-вторых, гамма-излучение кобальта проникает в металл на глубину до 15 сантиметров, тогда как рентгеновские лучи не более чем на 1 сантиметр. А это очень важно. Можно контролировать качество изделий, скажем литья или сварных швов, имеющих солидную толщину. Придирчиво ощупывая толщу металла, атом тотчас же видит пустоты, трещинки или другие дефекты, создающие неоднородность материала. Сигнал тревоги подает специальный счетчик, регистрирующий все изменения мощности потока гамма-излучения.

Такого рода «всевидящий глаз» занимает ведущее место среди промышленных способов применения радиоизотопов. На всех трассах газопроводов, строящихся в Советском Союзе, используется гамма-дефектоскопия. Экономисты подсчитали, что если перейти от традиционных выборочно-механических методов проверки качества бетонных опор к гамма-дефектоскопическому способу контроля, то одно это принесет стране выгоду в размере 400 тысяч рублей.

А вот другой пример. Машинисту забойной машины трудно, а подчас и попросту невозможно уследить за правильным положением режущего инструмента. Малейшая неточность в управлении, случайный недосмотр — и челюсти машины попадают в пустую породу. Уголь засоряется никчемной породой, обрываются цепи машины, а это вызывает длительные простои.

Между тем аварии легко избежать. Радиометрический прибор, созданный Институтом горного дела Академии наук СССР, без вмешательства человека следит за положением режущего инструмента забойных машин. Атомный «поводырь» не пускает режущий орган комбайна в пустую породу, четко ведет комбайн по нужную сторону межи «уголь — порода».

Трудно сыскать такую область техники, где не могли бы нести мирную службу излучения атома. Спросите геолога-разведчика, что такое нейтронный каротаж. Едва ли он удержится от похвал в адрес этого эффективного и удобного способа разведки на нефть. Да и не только на нефть: марганец и вольфрам, кобальт и кадмий, ртуть и бор — целый ассортимент сокровищ, запрятанных в подземных тайниках природы, открывается «всевидящему глазу» атома. И что самое удивительное, для обнаружения подземных кладов вовсе не нужно доставать пробы пород из земных глубин. Все, что требуется для разведки, — это опустить в скважину вслед за буром крошечный атомный зонд. Метод основан на способности пород по-разному рассеивать поток нейтронов, испускаемых источником. Результаты облучения встречных пластов нейтронами регистрируются счетчиком и передаются по электрическим проводам на поверхность земли. Там по характеру кривых, вычерчиваемых самопишущими приборами, геологи сразу же определяют, какие слои проходит зонд.

По данным Института экономики Академии наук СССР, только на нефтепромыслах Азербайджана и Западной Украины с 1950 года с помощью нейтронного каротажа за счет восстановления заброшенных скважин получено более 2,2 миллиона тонн первосортной нефти. А теперь, когда в нашей стране вынашиваются грандиозные планы сверхглубинного бурения (5 скважин, глубиной около 15 километров каждая), атому предстоит сыграть решающую роль в прощупывании «внутренностей» Земли.

Измерение уровня жидкости в закрытых резервуарах, определение износа режущих инструментов, обнаружение утечек газа из подземных трубопроводов, проверка состояния огнеупорной футеровки, выстилающей раскаленную пасть доменной печи, контроль за обмелением портов, отыскивание источников водоснабжения, нейтрализация зарядов статического электричества, угрожающих пожаром, — все эти задачи решаются проще и надежнее, когда за дело берется атом-инженер с его невидимыми «щупальцами» — радиоактивными излучениями.

Радиоактивные излучения — поистине чудодейственное средство и в руках химика. С ними происходят изумительные метаморфозы. Под действием радиации сахар превращается в кислоту, касторовое масло затвердевает, кожа становится непромокаемой, парафин видоизменяется в похожее на каучук вещество, бензин запросто соединяется с хлором, давая сильный инсектицид. Если воздействовать ядерными излучениями на воду, то молекула воды H₂O распадается на осколки. Осколки реагируют друг с другом, образуя водород Н₂, кислород O₂ и перекись водорода H₂O₂. В водных растворах эти частицы реагируют не только между собой, но и с растворенными веществами. Именно так из бензола получают фенол — незаменимое техническое сырье.

Недавно советские ученые сделали интересное открытие. Оказывается, способность воды расщепляться под действием гамма-излучения можно использовать для получения электрического тока. В раствор серной кислоты погружают два электрода, сделанные из разных материалов. Образующиеся при облучении раствора осколки — атомы водорода и гидроксильные радикалы — благодаря диффузии попадают на разные электроды. Атомы водорода, отдав свой электрон одному из электродов, превращаются в ионы H⁺ и уходят в раствор. Электроны движутся по электроду, переходят во внешнюю цепь, затем попадают на второй электрод. Тут-то их и захватывают подоспевшие ко второму электроду радикалы OH, после чего они в виде ионов ОН^– также уходят в раствор. Возникшая на электродах разность потенциалов обуславливает непрерывное перемещение электрических зарядов, то есть электрический ток.

Это открытие имеет принципиальное значение; в таком радиационно-электрохимическом элементе происходит непосредственное превращение атомной энергии в электрическую. Маршрут обходится без пересадок; отпадает необходимость в промежуточных звеньях, например в тепловых машинах, с помощью которых обычно атомная энергия преобразуется в электрическую, скажем, на атомных электростанциях.

Испокон веков для синтеза новых химических соединений прибегали к содействию тепла, давления и катализаторов. Теперь с этими классическими помощниками химика успешно конкурируют ионизирующие излучения. Изучением воздействия радиоактивных излучений на различные вещества занимается молодая, но многообещающая отрасль науки — радиационная химия. Особенно ценным подспорьем оказались методы радиационной химии в производстве полимеров.

Процесс рождения полимеров — полимеризация — заключается в последовательном нанизывании друг на друга молекул органических соединений. Образуется длинная ниточка с ответвлениями — так называемая макромолекула. Переплетение между собой макромолекул в различных комбинациях и обуславливает «черты характера» полимеров.

Советские ученые установили, что полимеризация представляет собой лавинообразный процесс, который начинается с образования радикала. Но ведь радикалы легче всего получить действием ядерных излучений!

Возникший под действием радиации радикал шаг за шагом присоединяет к себе молекулы исходного соединения. Достаточно появиться на свет одному-единственному радикалу, как срабатывает цепной механизм и образуются десятки тысяч последующих связей. При этом вовсе не обязательно, чтобы радикал возникал из того же вещества которое полимеризуется. Иногда выгоднее откалывать его от других соединений, тех, что легче распадаются под действием излучений.

Трудно переоценить преимущества такой полимеризации. Можно полимеризовать трудно поддающиеся этому вещества. Можно значительно ускорить процесс при сравнительно низкой температуре. Можно, наконец, легко управлять ходом этого процесса. С помощью ядерных излучений можно улучшать и свойства уже готовых полимеров.

Полимеры обладают различными качествами. Одни тверды, но хрупки. Другие не боятся ударов, но мягки. Третьим не страшен огонь, зато они недостаточно прочны.

Ну, а если надо получить вещество одновременно прочное, нехрупкое и негорючее? Искать новый полимер? Оказывается, вовсе не обязательно. Учеными разработан способ «прививки» одного полимера к другому, чтобы новый материал совмещал в себе все преимущества исходных веществ.

Для этих целей используют радиоактивное облучение. Под действием излучения связи между атомами углерода, из которого состоит каркас длинной молекулы полимера, и атомами водорода, нанизанными на этот каркас, расшатываются, разрываются. Возникают поперечные связи-«мостики» между длинными цепочками молекул полимера.

Такого рода «сшивание» полимеров приводит к рождению нового материала, обладающего заранее намеченными свойствами. Например, кремнийорганический каучук страшно боится бензина и масла. Ловко орудуя гамма-лучами, словно тончайшими искуснейшими спицами, химики разрывают одни химические связи, соединяют другие и «пришивают» к кремнийорганическому каучуку маслостойкий акрилонитрил. После этого ему нипочем ни бензин, ни масло. Так химики конструируют материалы, которых нет и в помине даже в богатейшей кладовой природы.

К тому, как ведут себя облученные полимеры, живейшее любопытство проявляют и биологи. Впрочем, здесь нет ничего удивительного. Полимеры имеют много общего с веществами, входящими в состав живой ткани. Что, если бы удалось выяснить условия, при которых полимеры не разрушаются под действием излучения? Тогда, возможно, удалось бы по аналогии найти вещества, которые защищали бы здоровую клетку от губительной силы радиации. А это одна из основных проблем, волнующих космическую биологию. Ведь будущим Колумбам космических «терра инкогнита» придется столкнуться с большими дозами ионизирующего излучения. Очевидно и несомненно, что лишь после того, как будет преодолена радиационная опасность, человек сможет надолго покинуть Землю.

Уже сейчас идет поиск веществ, подавляющих радиационно-химическую реакцию, — так называемых ингибиторов. Эти «катализаторы наизнанку» отнимают энергию, приводящую к возбуждению и распаду нестойких к облучению веществ. Ингибиторы преобразуют похищенную таким образом энергию в тепло или свет, в те виды энергии, которые безопасны для организма. И достаточно будет космонавту перед стартом принять таблетку с ингибитором, чтобы космическое путешествие стало для него безопасным. Надо думать, что и в земных условиях ингибиторы радиационно-химических реакций также найдут спрос.

Применение радиоактивных излучений в химии открыло новую страницу в истории этой древней науки. Но особенно заметные сдвиги принесли с собой изотопы в аналитические методы.

Век атома и электроники немыслим без сверхчистых материалов. Если в урановом топливе окажется одна миллионная процента примесей, сверкающая вереница ядерных распадов немедленно оборвется, атомный котел объявит «забастовку». А примесь мышьяка к германию или кремнию, используемым в полупроводниковой технике, подчас не должна превышать одного атома на миллиард атомов чистого вещества. Как проконтролировать степень чистоты вещества с такой почти фантастической точностью? И там, где отказывают классические методы анализа, на выручку приходит атом.

Облучая образец, являющий собой химическую смесь, можно добиться того, что некоторые из содержащихся в нем химических элементов станут радиоактивными. При этом сам образец не активируется. А раз так, то по виду излучения, по его энергии, наконец, по периоду полураспада нетрудно установить, с каким изотопом вы имеете дело. Эти характеристики радиоизотопа обладают завидным постоянством, и они хорошо известны ученым.

Получив такого рода «визитную карточку» изотопа и зная заранее, продуктом какой ядерной реакции он является, можно судить о том, что за примеси присутствовали в исходной смеси. Даже если их количества исчезающе малы. Ведь счетчики ионизирующих излучений обладают великолепной чувствительностью, да и сами излучения дают знать о себе отнюдь не слабым «голосом».

Описанный метод называется радиоактивационным анализом. От всепроникающих «щупалец» этого метода не скроется более половины периодической системы Д. И. Менделеева, пусть даже содержание элемента не превышает миллионной доли процента. А для теллура удалось получить прямо-таки рекордный результат. Его примесь, определенная радиоактивационным методом, составляла долю грамма, которая изображается дробью, имеющей знаменатель с двадцатью нулями! Для сравнения уместно напомнить, что самые совершенные ультрамикровесы, реагирующие на миллиардные доли грамма, не справились бы с этой задачей, даже если бы стали в миллиард раз более чувствительными.

Невозможно перечислить все области применения ионизирующих излучений, испускаемых атомом. И это таланты атома, который упал на японских рыбаков страшным пеплом Бикини! Атома, дьявольская сила которого, попав в преступные руки, может превратить нашу планету в печальную обитель смерти и опустошения…

Нет, атом расщеплен не для того, чтобы нести страдания и смерть. У него иная судьба. И именно с ней связывают люди свои помыслы, свои надежды на светлое и прекрасное будущее.

Есть еще одна обширная сфера применения мирного атома, где радиоизотопы выступают в качестве тонкого инструмента научного исследования. Речь идет о методе меченых атомов, открытом довольно неожиданным образом талантливым физиком Георгом Хэвеши, ныне лауреатом Нобелевской премии.

В 1911 году Хэвеши работал в Институте физики Манчестерского университета под руководством прославленного ученого Эрнеста Резерфорда. Однажды он повстречал своего шефа в первом этаже лаборатории, где было сложено несколько центнеров свинца, содержавшего примесь ценного радиоактивного вещества — радия D. Резерфорд обратился к своему юному коллеге с такими словами: «Хэвеши, мой мальчик, если вы так талантливы, как показали раньше, попытайтесь выделить радий D из этого свинца».

Хэвеши немедленно приступил к делу, полный энтузиазма и убежденный в скором успехе. Два года напряженного труда потратил молодой исследователь, чтобы проделать эту процедуру. Но, сколько он ни бился над отделением радия D от свинца, ему так и не удалось разорвать этот слишком прочный союз. Неужели труд и время пропали даром? Обескураженный неудачей, Хэвеши решил уже совсем оставить эту затею. Тут-то его и осенила остроумная идея.

Если радиоактивный радий D неотделим от нерадиоактивного свинца, рассуждал Хэвеши, то первый можно использовать для отыскания последнего. Это все равно, что «пометить» нерадиоактивные атомы, «привесив им на шею» радиоактивные «колокольчики». И куда бы ни скрылись меченые атомы, присутствие «беглецов» всегда выдает сопровождающий их «звон колокольчика». Но отыскать местонахождение — это еще не все. Радиоактивные «колокольчики», равномерно распределись среди меченого атомного «стада», позволяют по громкости своего «позвякивания» точно сосчитать количество атомов, отделившихся от разбежавшегося атомного «стада».

Эта идея получила блестящее подтверждение в опытах Хэвеши. Ученый растворял в воде такое количество нитрата свинца, чтобы раствор содержал, допустим, ровно 1 грамм свинца. После этого он добавлял туда ничтожно малое количество радия D, скажем, столько, чтобы 1 грамму свинца соответствовала активность, равная миллиону щелчков в минуту на специальном счетчике. Вслед за тем Хэвеши осуществлял самые сложные операции с меченым свинцом. Наконец после серии химических превращений свинец снова выделялся в виде исходного раствора. При этом суммарная активность всех порций раствора по-прежнему равнялась миллиону щелчков в минуту. И если какая-то порция показывала активность в 1000 щелчков в минуту, это неопровержимо свидетельствовало, что в ней присутствует одна тысячная грамма свинца.

Метод меченых атомов дал возможность изучать тончайшие химические механизмы, связанные с перемещениями и перераспределениями самых различных элементов.

С помощью меченых атомов удалось показать, что из всех фосфорных удобрений наиболее эффективны суперфосфат и метафосфат кальция. Если примешать радиофосфор к обычному суперфосфату, можно определить, откуда попадает фосфор в растение: из самого суперфосфата или из почвы.

Оказалось, фосфор усваивается растением не сразу, а после ряда замечательных превращений в почве. Таким способом было установлено, что сахарная свекла наиболее жадно поглощает фосфор на ранних стадиях роста и, стало быть, требует много удобрений в начальный период своего развития. Точно так же обстоит дело у табака и хлопчатника. Зато картофель потребляет удобрения равномерно в течение всего периода роста. Применение радиоизотопов позволило также разработать более совершенную агротехнику. Например, выяснилось, что свекла растет лучше, если суперфосфат насыпают в борозду на расстоянии 5 сантиметров от ряда, а не разбрасывают. Это очень важное наблюдение: ведь большинство растений извлекает не более десятой доли равномерно рассыпанных удобрений.

Давая курам корма, помеченные радиоизотопами, зоотехники доказали, что куриный белок вырабатывается не из питательных веществ, поступивших в тот же день или накануне, а из тех, которые куры получали более месяца назад. Скорлупа же, напротив, вырабатывается из атомов кальция, поступивших в тот же день. Полноценность кормления скота, обмен веществ в организме животного и другие вопросы, связанные с повышением продуктивности животноводства, могут быть выяснены с помощью меченых атомов. Так, можно предсказать, получится ли из телки хорошая молочная корова. Для этого ей вместе с кормом дают радиойод, а затем помещают счетчик против ее щитовидной железы. По интенсивности излучения судят о будущих качествах коровы.

Неоценимую услугу оказывают меченые атомы ученым-химикам. Используя серу-35, академик А. П. Виноградов изучал изотопный состав серы (отношение ³²S/³⁴S) в кристаллических камнях, породах вулканического происхождения, а также в различных метеоритах. В результате этих исследований получены новые точные сведения относительно возраста, состава и природы космической материи и горных пород нашей планеты.

За последние десятилетия атом вторгся во все области науки, кроме разве что математики. Нет такого места в технике, где он пришелся бы не ко двору.

Сейчас известно почти 500 стабильных и 1000 радиоактивных изотопов. Свыше 150 радиоактивных изотопов пригодны для решения многочисленных задач, стоящих перед учеными, инженерами, врачами, агрономами. А что делать с остальными радиоизотопами?

Допустим, что все интересующие человека изотопы извлечены из ядерного реактора. Куда же девать оставшиеся вещества, которые являются настоящими отходами? В 2000 году, когда, как полагают ученые, три четверти общих энергетических потребностей будут покрываться за счет атома, количество радиоактивных отходов достигнет 3 тысяч тонн, что эквивалентно 75–100 тысячам тонн радия, то есть 75–100 миллиардам кюри.

Не упаковывать же в конце концов радиоактивные отходы в ракеты, чтобы посылать их в космос! Хранение радиоактивных отходов — проблема № 1 атомной промышленности.

Их стараются держать в наиболее концентрированном виде. Обычно изотопы с малым периодом жизни, например натрий-24, йод-131, фосфор-32 и другие, помещают в специальные резервуары, где они «умирают», постепенно теряют свою радиоактивность в результате естественного распада. Если речь идет о небольших количествах жидких радиоактивных отходов, то их в некоторых случаях можно спускать прямо в подземные отстойники. Что касается газообразных отбросов, они должны проходить через фильтры, с которыми поступают так же, как с твердыми радиоактивными отходами. Из радиоактивных отбросов можно готовить атомные «спагетти»: разводят глину, примешивают к ней радиоактивные отбросы, формуют в виде длинных макаронин и затем все это подвергают обжигу в печах. Такие атомные «спагетти» закапываются в землю на специальных «кладбищах» радиоактивных изотопов. А вот американцы превратили в «кладбища» глубокие океанские впадины. Между тем это может привести, как доказано советскими учеными, к заражению океанских вод.

Решение столь важной проблемы, несомненно, под силу современной технической мысли, не говоря уже о будущем. В конце концов все больше радиоактивных изотопов находит применение, так что и количество отходов будет сокращаться день ото дня.

Изотопы упрямо стучатся в двери мирной экономики, принося с собой революционные преобразования. В тайниках маленького атома скрыто еще много неожиданностей. Американский физик У. Либби как-то сказал, что чуть ли не каждые 5 минут можно придумывать по два новых способа применения радиоизотопов. И тем не менее даже богатое воображение не в силах представить себе все способности мирного атома. Целый калейдоскоп возможностей, особенно если говорить о будущем!

Вполне вероятно, что радиоизотопы сослужат человечеству не меньшую службу, чем атомная энергия.

Атом… Сколько надежд, сколько опасений вызывает он у человечества XX столетия! Неисчерпаемый, он должен принести и принесет прогресс, счастье, мир. В этом уверены советские люди, строящие коммунизм. Пройдет немного времени, и история напишет гневную эпитафию военному атому, широко распахнув двери перед дружелюбными силами нового Геркулеса.