Андрей Несмеянов - Радиоактивные изотопы и их применение

С помощью радиоактивного газа радона было исследовано движение газов в доменной печи.

Для этой цели ампула с радиоактивным газом радоном вводилась в фурму доменной печи. В определенный момент ампула взрывалась и радон вместе с воздухом поступал в домну. Пробы газа, начиная с момента введения радона в печь, отбирались в колошнике доменной печи на различных расстояниях от стенок. Радиоактивность проб газа измерялась с помощью счетчика. Таким образом устанавливалось время, а следовательно, и скорость прохождения газов в доменной печи в разных ее сечениях. Этим путем было установлено, что скорость движения газов у стенок печи больше, чем в ее центре.

Как ведут себя атомы в твердых телах.Атомы в твердых телах, так же как в жидкостях и газах, находятся в непрерывном движении. Принято считать, что они прочно связаны со своими соседями и совершают только колебательное движение около определенных точек. Но это не совсем верно. Одними колебаниями движение атомов в твердом теле не ограничивается.

Если привести в соприкосновение гладкие поверхности двух кусков какого-либо металла, например золота, и нагреть их так, чтобы они не расплавились, то оказывается, что атомы золота из одного куска перемещаются в другой.

Но как об этом можно узнать? Для этого ученые бомбардировали один из кусков золота нейтронами. При такой бомбардировке идет процесс образования радиоактивных атомов золота:

Золото 198 радиоактивно, оно распадается, испуская электроны. Период полураспада золота 198 равен 56 часам.

Атомы радиоактивного золота постепенно проникают из одного куска золота во второй и тем глубже, чем дольше они соприкасаются и чем сильнее нагреты. За этим легко проследить, счищая с куска золота небольшие слои и измеряя радиоактивность полученных опилок счетчиком.

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

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

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

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