Радиоактивные изотопы и их применение

V. ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ КАК ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Излучение радиоактивных элементов в последние годы находит все более и более широкое применение в науке и технике. В этой главе мы рассмотрим применение излучения радиоактивных изотопов для дефектоскопии, в измерительных приборах и приборах контроля и автоматизации производственных процессов, для получения новых веществ в медицине, пищевой промышленности и ряде других важных отраслей науки и техники.

Гамма-дефектоскопия. Как заглянуть внутрь металлического предмета? Как найти в таком теле пустоты, трещины, пузырьки газа и т. д.?

Для просвечивания непрозрачных тел в технике и медицине до последнего времени применялись только лучи рентгена. Однако промышленные рентгеновские установки громоздки, их нельзя переносить с одного места на другое, они требуют источника электрического тока и они не дают возможности просвечивать металлы, толщина которых превышает 5 сантиметров. Вследствие этого на металлургических и машиностроительных предприятиях стали употреблять для просвечивания металлов радий, гамма-лучи которого проникают на большую глубину. Однако радий очень дорог. Поэтому в последнее время вместо него используют более дешевые искусственные радиоактивные изотопы. Наиболее пригодным оказался радиоактивный изотоп кобальта — кобальт 60. Он достаточно долговечен — за пять лет его количество убывает лишь наполовину, — и его легко получить, облучая металлический кобальт нейтронами в ядерном реакторе. Гамма-лучи кобальта 60 обладают большой проникающей способностью (до 30 сантиметров железа), так как их энергия велика и равна 1,3 Мэв. Мощные препараты радиоактивного кобальта можно получить в виде маленького шарика, палочки, пластинки или в любой другой форме. Просвечиванием можно выявить дефекты в металлах, трещины в деталях машин, раковины, пузырьки и неоднородности в отливах, равномерность и качество сварного шва и разрешить ряд других вопросов, используя радиографию.

При просвечивании гамма-лучами по одну сторону детали ставят источник излучения, а по другую — фотопленку. Гамма-лучи поглощаются материалом детали, но в местах, где находятся пустоты и трещины, они поглощаются меньше и, попадая на фотопленку, засвечивают ее неравномерно. При проявлении пленки в местах против трещин и пустот появляется почернение. На рис. 40 показан внешний вид отечественного аппарата для гамма-дефектоскопии ГУП-Со-50 и гаммаграфия дефектной детали, снятой при просвечивании гамма-лучами Со⁶⁰.

Кроме кобальта 60, для просвечивания можно использовать и другие радиоактивные изотопы. Так, для просвечивания тонких деталей (до 10 миллиметров) применяют изотоп радиоактивного тулия — Tu¹⁷⁰, энергия гамма-лучей которого равна всего 0,084 Мэв, а более толстых (от 10 до 40 миллиметров) — радиоактивный изотоп иридия — Ir¹⁹² с энергией гамма-лучей 0,6 Мэв или европия — Eu¹⁵⁵ (энергия гамма-лучей — 0,1 Мэв). Гамма-лучи Со⁶⁰ благодаря большой энергии проходят сквозь тонкие изделия, практически мало ослабляясь, в то время как гамма-лучи Ir¹⁹² и Tu¹⁷⁰ заметно поглощаются такими изделиями. Благодаря этому наличие трещин и пустот в тонких изделиях при просвечивании мало сказывается на интенсивности потока гамма-лучей Со⁶⁰ и сильно сказывается на интенсивности потока гамма-лучей небольшой энергии. Следовательно, фотографическая эмульсия при действии гамма-лучами Со⁶⁰ будет засвечиваться равномерно, а гамма-лучами иридия и тулия неравномерно и против пустот будет более интенсивное засвечивание.

Из описанного ясно, что для различных по толщине и плотности деталей можно использовать различные изотопы, подбирая их по энергии гамма-лучей. Для дефектоскопии стараются использовать изотопы с большой продолжительностью жизни, подбирая их для различных целей по энергии гамма-лучей. Гамма-дефектоскопы не нуждаются в питании электрическим током и могут использоваться в полевых условиях.

Дефекты в деталях могут быть выявлены и с помощью счетчика и препарата, излучающего гамма-лучи, что видно из рис. 41. Интенсивность счета резко увеличивается, если в металле против счетчика находится трещина или пустота.

Гамма-дефектоскопия становится на заводах нашей страны обязательным способом контроля производства.

В настоящее время в нашей промышленности работает большое количество установок для гамма-дефектоскопии.

Светосоставы постоянного действия. Радиоактивные изотопы также широко используются в промышленности для приготовления светосоставов постоянного действия. Смесь радия с сернистым цинком и некоторыми другими веществами светится в темноте зеленоватым светом. Этот свет знаком всем по свечению стрелок часов. Свечение происходит вследствие действия альфа-частиц, которые испускает радий, на сернистый цинк. Это свечение воспринимается глазом как спокойный ровный свет. Однако под микроскопом можно увидеть мириады отдельных вспышек. Вместо радия можно взять и другие радиоактивные элементы, излучающие альфа-частицы и имеющие достаточную продолжительность жизни. Такие светосоставы употребляются для покрытия указателей приборов, за которыми необходимо вести наблюдение в темноте, например в самолетах. Эти светосоставы могут действовать непрерывно в течение длительного времени.

Контроль выгорания огнеупоров. Контроль выгорания огнеупорной кладки, например, в доменной печи очень сложен. С помощью радиоактивных элементов этот контроль осуществить чрезвычайно просто. Если при постройке или ремонте доменной печи в огнеупорную кладку на разную глубину от внутренней поверхности запрессовать препараты радиоактивного изотопа кобальта, то их наличие в кладке легко проверить извне домны с помощью счетчика. По мере выгорания огнеупорной футеровки печи препараты радиоактивного кобальта постепенно, один за другим, попадают в чугун. При выгорании, следовательно, гамма-излучающие препараты кобальта 60 перестают обнаруживаться счетчиком на местах их запрессовок, что дает возможность определить глубину выгорания огнеупоров.

Снятие электростатических зарядов. В ряде производств благодаря трению одних частей машин о другие на изоляторах происходит накопление электрического заряда. Это явление возникает, например, на текстильных машинах при движении материи или ниток в машине. Накопление заряда может вызвать искру, а от нее может возникнуть пожар. В связи с этим встает необходимость снятия заряда во время работы машины. Это легко достигается применением радиоактивных элементов, излучение которых ионизирует воздух. В особенности сильно ионизируют воздух альфа-частицы, поэтому для целей снятия заряда употребляют альфа-излучающие препараты. Радиоактивный элемент помещается вблизи трущихся частей, и заряд постепенно стекает с машины через воздух, который становится проводником электрического тока. Это особенно важно при производстве фотопленки, на которой при сушке и перемотке возникает заряд и происходит искрение. Это искрение засвечивает пленку, на которой появляются полосы, подобные маленьким молниям. В присутствии альфа-излучающего препарата искрения не получается.

Излучение радиоактивных элементов используется в ряде приборов автоматического контроля в производстве.

Радиоактивные уровнемеры. Представьте себе металлический бак, в котором необходимо знать уровень жидкости. Поместим в такой бак поплавок, в котором закреплено небольшое количество радиоактивного элемента. Затем наполним бак до определенного уровня и закрепим над жидкостью счетчик Гейгера-Мюллера. Подсчитаем, сколько отсчетов дает счетчик в минуту при таком уровне воды. Опустим уровень на 10 сантиметров и снова измерим количество отсчетов счетчика в минуту; так как расстояние от поплавка до счетчика стало больше, то количество излучения, попадающего в счетчик, становится меньше, и он дает меньше отсчетов. Далее спустим уровень жидкости еще на 10 сантиметров и снова подсчитаем количество импульсов в минуту и так далее. После такой градуировки легко определить по количеству отсчетов (импульсов) в минуту уровень жидкости в баке. Можно счетчик соединить с прибором, который прямо будет показывать уровень жидкости в баке. Если счетчик соединить с системой автоматического устройства, которое соединяется с клапанами, впускающими жидкость в бак, то при повышении в баке уровня выше нормы счетчик выключает клапан притока жидкости.

Другая конструкция уровнемера использует явление поглощения излучения в слое жидкости. Такой уровнемер устроен следующим образом. На двух противоположных стенках резервуара располагают радиоактивный изотоп, служащий источником излучения, и прибор, регистрирующий излучение, ионизационную камеру или счетчик. Источник излучения и регистрирующий прибор могут одновременно перемещаться по вертикали вдоль стенок резервуара. Если на пути излучения находится жидкость, то излучение сильно поглощается и в регистрирующий прибор почти не попадает. В случае когда излучатель и прибор находятся над уровнем жидкости, излучение поглощается только стенками резервуара и большая часть его попадает в счетчик. Следовательно, передвигая прибор снизу вверх на границе поверхности жидкости, мы будем наблюдать резкое увеличение количества излучения, попадающего в прибор, т. е. легко обнаружим уровень жидкости. Если необходимо поддерживать уровень жидкости на определенной высоте, то радиоактивный препарат и приемник излучения закрепляются на указанном уровне и последний соединяется с автоматическим устройством, увеличивающим или уменьшающим приток и отток жидкости в резервуар при изменении потока излучения, попадающего в регистрирующий прибор. На рис. 42 приведена схема и внешний вид отечественного измерителя уровня жидкого хлора в баллоне.

Уровнемеры такого типа, а также уровнемеры, работающие по другим схемам, но основанные на поглощении излучения радиоактивных изотопов, были сконструированы советскими инженерами для ряда производств: для нефтяной промышленности — с целью поддержания уровня нефтепродуктов в закрытых резервуарах, границы раздела, например керосин — вода и т. п., для пищевой промышленности — с целью контроля уровня пива в пивных танках, для металлургической промышленности — с целью определения уровня металла в вагранке, для парфюмерной промышленности — с целью контроля заполнения тюбиков парфюмерными изделиями, наконец для контроля уровня руды или угля в подземных бункерах при их добыче. Схема последнего уровнемера приведена на рис. 43.

Радиоактивный плотномер. На принципе поглощения гамма-излучения радиоактивных изотопов основан и сконструированный советскими инженерами прибор для определения плотности жидкостей в трубопроводах. Источниками излучения служат кобальт 60 и цезий 137. Прибор действует по принципу уровнемера. По одну сторону трубопровода ставится регистрирую

щий излучение прибор, а по другую — источник излучения. Поглощение излучения пропорционально плотности жидкости в трубопроводе. Регистрирующий прибор градуируется так, что непосредственно показывает плотность жидкостей в граммах в кубическом сантиметре. Такого рода прибор применяется для непрерывного дистанционного измерения содержания грунта в пульпе землесосных снарядов (рис. 44).

На принципе изменения степени поглощения бета-лучей советскими инженерами сконструированы также приборы для контроля качества молока по его плотности и для измерения плотности огнеупоров.

Измерение плотности можно вести и с помощью прибора, основанного на рассеянии гамма-лучей.

В этом приборе, так же как и в предыдущем, имеется источник гамма-лучей — препарат радиоактивного изотопа и приемник излучения — ионизационная камера, которые расположены в свинцовой защите и ставятся по одну сторону сосуда, в котором производится измерение плотности жидкости, например в трубопроводе.

Гамма-лучи по узкому каналу из свинцового контейнера попадают внутрь трубы с жидкостью, где они рассеиваются. Рассеянные лучи снова проникают сквозь трубу и попадают в ионизационную камеру. С изменением плотности жидкости в трубе изменяется и степень рассеяния гамма-лучей, тем самым изменяется поток излучения, попадающего в ионизационную камеру. Ионизационная камера соединена с усилителем тока и регистрирующим прибором, проградуированным в единицах плотности.

Радиоактивный толщиномер. Теперь нетрудно представить себе прибор для измерения толщины каких-либо пластин — толщиномер. Схема его показана на рис. 45, 46. Гамма-лучи, проходя сквозь слой материала, частично поглощаются. Поглощение идет тем сильнее, чем толще материал. Количество гамма-лучей, проникших через преграду, регистрируют с помощью счетчика или ионизационной камеры. Прибор предварительно градуируют по тому же самому материалу с известной толщиной. Сначала между счетчиком и источником гамма-лучей ставят преграду в 1 миллиметр, затем в 2 миллиметра, в 4 миллиметра и т. д., отмечая каждый раз показание прибора. После этого ставят пластину с неизвестной толщиной и по показанию прибора находят ее толщину.

Так как бета-лучи поглощаются значительно легче гамма-лучей, то для измерения толщины тонких пластин, фольги, бумаги и т. п. можно употреблять бета-излучатели.

Принцип поглощения излучения может быть использован для непрерывного контроля в производстве толщины изделий. Например, при применении гамма-лучей — проката или в случае использования бета-лучей — бумаги и металлической фольги.

Бесконечная металлическая лента бежит из-под валков машины. Радиоактивный «глаз» внимательно следит за качеством получающейся ленты, за ее толщиной. Этот «глаз» в виде радиоактивного элемента, излучающего бета- или гамма-лучи, помещается в форме полоски по одну сторону, а счетчик — по другую сторону бегущей ленты. Всякое утолщение ленты сказывается на работе счетчика, так как в ленте излучение поглощается тем в большей степени, чем толще лента. Если счетчик отрегулировать на определенную скорость счета при заданной толщине ленты и соединить с автоматом, связанным с валками, то всякое утолщение вызовет понижение скорости счета и заставит автомат уменьшить расстояние между валками. Наоборот, утоньшение ленты против нормы вызовет увеличение скорости счета, а автомат, связанный со счетчиком, раздвинет валки (рис. 47).

Советскими инженерами сконструировано в настоящее время большое количество приборов контроля толщины, основанных на поглощении излучения радиоактивных изотопов. Такие приборы созданы для контроля толщины проката, фольги, бумаги, кожи, резины, ткани и т. п.

На принципе поглощения бета-излучения церия 144 был сконструирован прибор для контроля качества меха, с помощью которого можно осуществлять непрерывный бесконтактный контроль густоты меха. В этом приборе радиоактивный препарат находится в контейнере с отверстием, из которого идет узкий пучок бета-лучей. На пути бета-лучей проходит шкурка с мехом. Поток излучения попадает в ионизационную камеру и создает в ней ионизационный ток, который усиливается линейным усилителем и регистрируется гальванометром.

Используя принцип поглощения бета-лучей в материалах, советским инженерам удалось также сконструировать прибор автоматической регулировки хлопкотрепальных машин. Прибор состоит из источника излучения (стронций 90) и приемника излучения — ионизационной камеры, которые располагаются по разные стороны хлопкового холста. Толщина нитки, выходящей из машины, зависит от толщины холста, поступающего в машину. Если толщина холста выше или ниже нормы, то излучение стронция 90 начинает поглощаться соответственно сильнее или слабее и ток в ионизационной камере ослабляется или усиливается. Изменение тока в камере передается на барабан, протягивающий хлопковый холст, и изменяет число оборотов так, что скорость поступления хлопка остается все время постоянной.

Дозирующие устройства. Поглощение бета- и гамма-излучения радиоактивных изотопов в веществе может быть использовано для дозировки заполнения различного рода устройств в производстве. Принцип действия такого рода устройств ясен из рис. 48. Как только уровень угля или руды отделяет поток гамма-лучей от приемника (счетчика или ионизационной камеры), срабатывает реле и приводится в действие механизм, отсекающий дальнейшее поступление материала. Подобное устройство может быть использовано для контроля заполнения вагонеток и т. п.

Использование рассеяния гамма-лучей. На принципе рассеяния гамма-лучей сконструирован прибор для определения внутренней коррозии труб.

Как же заглянуть внутрь металлической трубы какого-либо трубопровода, не нарушая ее цельности, и узнать ее состояние? Не проржавела ли такая труба и не грозит ли аварией? Для этой цели можно употребить специальный прибор. Он состоит из двух камер, изолированных друг от друга свинцом. В первой камере помещен радиоактивный препарат, излучающий гамма-лучи, а во второй — счетчик. Гамма-лучи от препарата через диафрагмы узким пучком направляются на трубу, проникают в нее и рассеиваются. Часть гамма-лучей отражается и попадает в счетчик. В том месте трубы, где цельность металла не нарушена коррозией, пустотами и трещинами, отражение определяется строго известным числом импульсов счетчика, а в случае разрушения трубы коррозией счет повышается и тем больше, чем больше разрушение, так как излучение проникает внутрь трубы с меньшим поглощением.

Использование рассеяния бета-лучей. Ряд приборов, в которых используется излучение радиоактивных изотопов, построен на принципе рассеяния бета-излучения.

Известно, что если на данное вещество падает поток бета-лучей, то часть их рассеивается так, что вещество становится как бы источником излучения. Рассеивание бета-лучей различными элементами не одинаково. Чем больше атомный вес рассеивающего элемента, тем больше отраженных бета-лучей. Степень отражения также зависит от толщины отражающего материала. Она возрастает с увеличением толщины до тех пор, пока не достигнет максимальной для данного элемента величины. Используя этот принцип, можно производить анализ материала, из которого выполнен отражатель; например, можно определить процентное содержание какого-либо тяжелого металла в сплаве с легким металлом. На этом принципе советскими инженерами сконструирован прибор для определения толщины оловянных покрытий жести (рис. 49). Прибор представляет ионизационную камеру в свинцовой защите, внизу которой расположен бета-излучающий радиоактивный препарат (таллий 204). Препарат находится в свинцовой ампуле, которая направляет поток излучения вне камеры. В камеру излучение попадает, претерпевая обратное рассеяние в слое олова и жести. Железо жести практически производит лишь небольшой эффект рассеяния, а олово рассеивает бета-лучи в соответствии с толщиной покрытия, что и контролируется регистрирующим прибором, соединенным с ионизационной камерой.

Радиоактивный измеритель площади. Трудно быстро найти площадь сложной фигуры. Однако, используя радиоактивные элементы, удалось сконструировать прибор для измерения таких площадей. Он позволяет в течение долей минуты измерить площадь самой сложной фигуры. Для измерения нужная фигура вырезается из бумаги и кладется в прибор на сетку, находящуюся между источником излучения альфа-частиц и ионизационной камерой. Ионизационная камера соединена со стрелочным прибором, проградуированным так, что в отсутствие препятствия между альфа-излучателем и ионизационной камерой стрелка стоит на нуле, при полностью закрытой сетке — на делении шкалы, соответствующем площади сетки в квадратных сантиметрах. Если на сетке находится фигура из бумаги, то она препятствует прохождению части альфа-лучей в ионизационную камеру и стрелка показывает то число делений, которое составляет площадь бумаги, положенной на сетку (рис. 50).

Весы с радиоактивным препаратом. Весы — это тончайший инструмент, без которого трудно себе представить современную химическую и физическую лабораторию. От их точности и чувствительности зависит в значительной мере результат многих опытов. Люди сконструировали много различных типов весов. Одним из них являются весы, в которых чувствительность повышается с помощью излучения радиоактивных элементов в 100 раз. На коромысле весов закрепляется радиоактивный препарат, а против него устанавливается счетчик. При равновесии счетчик регистрирует определенное число импульсов. Нарушение равновесия вызывает понижение счета импульсов, что видно по специально устроенному прибору, с помощью которого и можно установить равновесие.

Манометр с альфа-излучающим препаратом. Советскими инженерами сконструирован манометр, с помощью которого можно измерять малые давления газов и паров в области от 1 микрона[11] до 10 миллиметров ртутного столба. Манометр основан на явлении ионизации газов альфа-лучами радиоактивного препарата, в качестве которого могут быть использованы долгоживущие радиоактивные изотопы, испускающие альфа-лучи.

Число ионов, которое образует альфа-частица при движении в газе на сантиметре пути, зависит от давления газа, через который она двигается. Оно тем больше, чем больше давление газа. Одной из основных частей манометра является небольшой стеклянный баллон, содержащий альфа-излучатель. Баллон присоединен к прибору, в котором производится измерение давления. Газ, находящийся в приборе, заполняет баллон. Ионы, образуемые в баллоне альфа-излучателем, создают ионный ток, который усиливается специальным радиотехническим прибором и регистрируется стрелочным прибором (миллиамперметром), проградуированным в единицах давления — миллиметрах ртутного столба.

Тахометр, использующий радиоактивное излучение. Радиоактивные изотопы позволяют сконструировать безинерционный счетчик оборотов — тахометр. На вращающийся объект (колесо, ось, вал) в определенном месте наносится радиоактивный изотоп, обладающий гамма-излучением.

На некотором расстоянии от него устанавливается счетчик, который закрыт от излучателя на всем пути его движения, кроме определенного положения, соответствующего каждому обороту объекта вращения. При прохождении излучателем положения, в котором излучение может действовать на счетчик, последний регистрирует группу импульсов тока. Таким образом, каждому обороту объекта вращения соответствует группа импульсов, которая передается на специальный счетчик оборотов (рис. 51).

Этот принцип советскими инженерами был положен в основу целого ряда приборов, употребляемых для безинерционного счета предметов в производстве, например для счета бутылок на конвейере, мясных туш на транспортере и т. п.

Интересным вариантом подобного рода устройства является прибор для определения расхода газов и жидкостей. В трубопроводе ставится вертушка, число оборотов которой определяет расход газа или жидкости. На одной из лопастей вертушки крепится радиоактивный препарат. Каждый оборот вертушки заставляет срабатывать счетчик, который при этом попадает в зону действия излучения радиоактивного изотопа.

Электрические атомные батареи. С помощью действия излучения радиоактивных изотопов можно построить маломощные источники электрического тока. Электрическая батарея включает в себя, например, радиоактивный изотоп (прометий 147), излучение которого действует на фосфоресцирующее вещество. Световые кванты, получающиеся в фосфоресцирующем веществе, воспринимаются фотоэлементами, которые превращают световую энергию в электрическую. Батареи, построенные на этом принципе, могут быть размером с таблетку от кашля и могут обеспечить, например, бесперебойный и точный ход электрических часов без завода в течение 5 лет.

Радиодетали с радиоактивными изотопами. Радиолампы являются составной частью каждой радиосхемы. Большое значение в настоящее время приобрела радиолокация. Радиолокационная станция имеет большое количество радиоламп. Для таких станций, в частности, необходимы газоразрядные лампы с очень малым временем зажигания. Для уменьшения времени зажигания внутрь ламп вводят небольшие количества радиоактивного кобальта, который ионизирующим действием излучения резко уменьшает время зажигания лампы.

Радиотехника нуждается также в устойчивых больших сопротивлениях, которые могут быть изготовлены с помощью радиоактивных элементов. Такие сопротивления представляют собой стеклянную трубку, на концах которой имеются впаи. Трубка наполнена воздухом и содержит радиоактивный препарат. Благодаря ионизации воздух в трубке становится проводником тока, но сопротивление его велико.

На заре открытия радиоактивности было обнаружено, что излучение радия может вызвать тяжелые, долго не заживающие поражения тканей тела, подобные ожогу. В последующие годы удалось установить, что оно особенно сильно влияет на ткани, пораженные раковой опухолью. Иглы с препаратами радия или радона стали вводить в раковую опухоль и в ряде случаев удавалось достигнуть излечивания от этой тяжелой болезни. Лучи радия действуют подобно лучам рентгена, но с помощью радия легче провести облучение небольшого участка тела, так как радий занимает небольшой объем и его излучение может быть направлено узким пучком на объект облучения, если радий помещен в свинцовый сосуд с отверстием.

С открытием искусственной радиоактивности появилась возможность замены радия радиоактивными изотопами других элементов.

Особенно широкое применение получил радиоактивный изотоп кобальт 60. Сейчас сконструированы и употребляются в медицинской практике специальные кобальтовые установки. С помощью этих установок производят облучение опухолей — лечение рака. Установка дает узкий пучок гамма-лучей, который может быть направлен только в определенное место. На рис. 52 показано облучение гамма-лучами кобальта 60 опухоли головного мозга с помощью отечественной установки.

Облучение может проводиться не только с помощью кобальтовой установки, а путем введения препаратов в организм.

Известно, что различные вещества, попадая в организм, скапливаются в различных частях и тканях тела. Зная, в каких частях тела и какие элементы скапливаются, можно производить местное облучение тех или иных органов тела, вводя соответствующие вещества, в составе которых находится радиоактивный изотоп, в желудок вместе с пищей или в кровь. Например, при лечении некоторых заболеваний щитовидной железы вместо рентгеновских лучей применяют радиоактивный иод. При раке печени — коллоидное золото, которое вводят в вену, несущую кровь в печень или в другие кровеносные сосуды при опухолях других органов.

Радиоактивный изотоп фосфора скопляется в костях. Благодаря этому происходит местное облучение костного мозга, в котором расположены кроветворные органы. В определенных дозах излучение способствует снижению количества эритроцитов и лейкоцитов в крови и тем самым излечению лиц с заболеваниями крови.

Облучение больной кожи бета-лучами радиоактивного изотопа фосфора 32 приводит к вылечиванию родимых пятен, экзем, нейродермитов, опухолей век и других подобных заболеваний. Для лечения на больное место прикладывается кусок материи, смоченной радиоактивным фосфором. Между кожей и материей прокладывается целлофан, и все это приклеивается к коже пластырем. Препарат на коже выдерживается в течение длительного времени (несколько дней).

Радиоактивный изотоп тулия — тулий 170 испускает мягкие гамма-лучи, подобные лучам Рентгена. Он используется в портативных (весом в несколько килограммов) установках для медицинского просвечивания и может употребляться в условиях экспедиций и в отдаленных сельских районах, не имеющих электроэнергии. С помощью тулиевой установки легче производить просвечивание труднодоступных участков тела.

Лечебные грязи, радоновые ванны, радиоактивные источники принесли облегчение тысячам больных. Действие природных радиоактивных вод и грязей основано на влиянии излучения на организм. Русские ученые положили много сил на исследование радиоактивных источников. Профессор В. И. Баранов предложил использовать искусственно приготовленные радоновые ванны, которые стали заменять природные радиоактивные воды.

Перспективы использования излучения радиоактивных элементов в медицине велики и разнообразны.

Под действием излучения радиоактивных элементов может происходить специальная обработка сельскохозяйственных животных.

Такая стерилизация может также применяться для обезвреживания вредителей сельского хозяйства на полях или в местах хранения зерна (в элеваторах), где сравнительно небольшое облучение ликвидирует размножение таких вредителей.

Далее облучение овощей, например картофеля, предохраняет его от прорастания. Благодаря этому гамма-лучи могут найти широкое применение в местах хранения овощей.

Облучение растений гамма-лучами может быть использовано в цветоводстве при выведении новых сортов растений. Таким образом, удается получить сорта растений, устойчивых по отношению к тем или иным заболеваниям.

Длительное облучение небольшими дозами гамма-лучей вызывает изменения урожайности различных культур. Изменение урожайности происходит и при облучении семян как перед посевом, так и во время прорастания. Предполевая обработка семян свеклы раствором радиоактивного фосфора может повысить ее урожайность на 17%, а кукурузы — на 4–9%.

Излучение радиоактивных изотопов действует не только на людей, животных и растения, но оно способно убивать бактерии. Правда, доза облучения, которая необходима для полного уничтожения бактерий, очень велика, она больше той, которая смертельна для человека. Однако для уничтожения основной массы (более 99%) бактерий достаточно относительно небольшой дозы.

Это свойство излучения позволяет использовать радиоактивные изотопы для предохранения продуктов питания от порчи. Продукты, подвергнутые облучению гамма-лучами, могут сохраняться длительное время. Холодная лучевая пастеризация гораздо удобнее применяющейся в настоящее время тепловой обработки и надежнее ее. При ней продукты меньше подвергаются изменениям и не теряют многих своих свойств.

Лучевой стерилизации можно подвергать не только продукты питания, но и лекарственные вещества, например антибиотики, витамины, медицинские препараты и материалы.

Радиоактивное излучение способно изменять деятельность микроорганизмов, оно затормаживает одни функции организма, вызывает повышенную деятельность организма в другом направлении. Такие изменения могут быть наследственными, и благодаря этому появится возможность выведения новых культур с новыми свойствами. Удалось, например, в результате облучения получить культуры микроскопического гриба пенициллинум, который образует в сотни раз больше пенициллина, чем природная культура. Дрожжи, подвергнутые облучению, так же вырабатывают значительно больше ценных веществ.

Применение излучения радиоактивных изотопов в сельском хозяйстве и пищевой промышленности очень обширно и не исчерпывается приведенными примерами.

Ученые различных стран в настоящее время широко изучают действие излучения на организм людей и животных.

В главе IV «Меченые атомы» уже было рассказано о разведке залежей радиоактивных руд по их излучению, о поисках полезных ископаемых по наведенной с помощью источника нейтронов радиоактивности и о применении растворов радиоактивных веществ при бурении нефтяных скважин. Однако поиски полезных ископаемых могут вестись и по рассеянию гамма-лучей и нейтронов.

Различные породы по-разному рассеивают гамма-лучи. Особенно сильное их рассеяние происходит в угольных пластах. Поэтому при спускании в буровую скважину источника гамма-лучей, например кобальта 60 и изолированной от него с помощью свинца ионизационной камеры или счетчика, которые регистрируют гамма-излучение, рассеиваемое породами, в угольных пластах происходит резкое повышение регистрируемой активности.

Аналогичные результаты дает измерение излучения, которое регистрируется при спускании в скважину полоний-бериллиевого источника нейтронов и изолированного от его излучения счетчика медленных нейтронов. Полоний-бериллиевый источник нейтронов испускает быстрые (с энергией 8 мегаэлектрон-вольт) нейтроны. Счетчик регистрирует отраженные нейтроны, замедленные в породах.

Представьте себе, что движущийся биллиардный шар стукнулся о неподвижно стоящий крокетный шар. Что произойдет? Большой крокетный шар пошевелится, а биллиардный отскочит от него. А что произойдет в том случае, если биллиардный шар столкнется с другим биллиардным? В этом случае первый замедлится, а второй начнет двигаться. Аналогичная картина происходит и с нейтронами.

Сталкиваясь с ядрами тяжелых элементов, нейтроны отскакивают, отражаются от них не замедляясь. Наталкиваясь же на равные им по массе атомы водорода, которые входят в состав нефти и воды, нейтроны замедляются и попадают в нейтронный счетчик. Таким образом, если скважина проходит через породу, в которой содержится вода или нефть, то число нейтронов, зарегистрированных счетчиком, резко возрастает (рис. 53).

Под действием излучения радиоактивных элементов многие вещества претерпевают большие изменения, меняют свои свойства и состав. Одни из них разлагаются, другие, наоборот, полимеризуются (молекулы их соединяются). Вода, например, под действием излучения разлагается на водород и кислород. Большинство органических соединений разлагается с выделением водорода, углекислого газа и окиси углерода. Некоторые вещества претерпевают такие превращения, в результате которых получаются пластические материалы. Под действием излучения меняются свойства известных нам веществ, например меняется пластичность каучука, некоторые пластмассы приобретают морозоустойчивость, звуконепроницаемость и т. п. В настоящее время предполагают, что нефть образовалась в природе в результате действия излучения природных радиоактивных элементов на органические кислоты.

Эти факты дают исследователям большие возможности по использованию излучения радиоактивных веществ в целях превращения веществ, создания способов получения новых материалов и изменения свойств старых. Химическое воздействие излучений на вещество дает возможность организации химического производства, где продукт получается под действием излучения.

Например, хлорирование бензола, толуола и ряда других соединений — весьма трудоемкий промышленный процесс, который легко идет под действием гамма-лучей. Таким путем в производстве может быть получен, например, гексахлоран — важное для сельского хозяйства вещество.

Еще более важным является возможность применения облучения гамма-лучами нефти вместо крекинга для увеличения в ней количества бензиновой фракции. Нефть содержит как легкокипящие легкие углеводороды (бензиновая фракция), так и низкокипящие тяжелые углеводороды (керосиновая фракция и соляровые масла). Наиболее ценными являются легкокипящие бензиновые фракции. При высокой температуре и давлении в нефти происходит распад более тяжелых молекул углеводородов на более легкие, и тем самым количество бензиновой фракции увеличивается. Гамма-лучи, подобно высокой температуре, производят превращения тяжелых углеводородов в легкие.

Пластические материалы в промышленности получаются путем полимеризации различных органических соединений. Этот процесс идет при высоких температурах и давлении, однако он может осуществляться под действием гамма-лучей при обычных условиях. Таким путем может быть получен важный пластический материал — полиэтилен.

Под действием гамма-лучей легко происходит окисление многих веществ. Парафины, например, окисляются с образованием жирных кислот, азот окисляется в окись азота, из которой легко получить азотную кислоту, кислород переходит в озон и т. п.