Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Искусственные радиоактивные изотопы могут быть получены, как известно, при бомбардировке разных веществ заряженными частицами (альфа-частицами, протонами и т. д.) или нейтронами. Первый способ осуществляется в ускорителях заряженных частиц, а второй, имеющий бóльшее практическое значение, — в ядерных реакторах.

Ядерные реакторы позволяют получать радиоактивные изотопы в огромных количествах. Радиоактивные изотопы нескольких десятков химических элементов средней части периодической системы Менделеева получаются в реакторах сами собой как продукты деления — «шлаки»; поэтому стоимость их весьма невелика. Те же изотопы, которые отсутствуют в шлаках, могут быть произведены в реакторах путем облучения потоком нейтронов соответствующих веществ. Для такого облучения в защитной стенке реактора делаются специальные каналы, куда и помещаются на некоторое время облучаемые вещества. В результате бомбардировки этих веществ мощным потоком нейтронов, летящих из активной зоны реактора, и получаются радиоактивные изотопы. Сейчас имеется возможность получать радиоактивные изотопы любых химических элементов.

К концу шестой пятилетки количество радиоактивных изотопов, вновь рождаемых в ядерных реакторах Советского Союза, будет эквивалентно по крайней мере 10 тыс. т радия. Если вспомнить, что во всем мире к началу работ по атомной энергии имелось всего несколько килограммов радия, то станет ясным, что в настоящее время, в деле использования радиоактивных веществ происходит крупнейшая революция. Производство изотопов в столь больших масштабах обеспечивает дальнейшее расширение их использования в технике, сельском хозяйстве, медицине и в научных исследованиях. В директивах XX съезда КПСС указано: «Всемерно развивать работы по дальнейшему использованию радиоактивных излучений в промышленности, сельском хозяйстве и медицине, в частности, для контроля за качеством материалов, для управления производственными процессами и автоматического регулирования этих процессов, а также для диагностики и лечения различных болезней. Шире использовать применение меченых атомов в научно-исследовательских работах».

Расширение работ по применению радиоактивных излучений и изотопов должно дать в ближайшие годы крупный экономический эффект. Как указал в своем выступлении на XX съезде КПСС акад. И. Курчатов, широко применяя радиоактивные изотопы и излучения, например, в сельскохозяйственном производстве нашей страны, можно в ближайшие годы получить годовую экономию в миллиарды рублей.

Применению радиоактивных изотопов посвящена отдельная книжка [12]поэтому остановимся на этом кратко.

Одним из важных направлений применения радиоактивных изотопов является метод меченых атомов, упоминаемый в Директивах XX съезда КПСС. Мечеными атомами называют атомы радиоактивных веществ, потому что благодаря их излучению их всегда можно обнаружить и отличить от других атомов того же вещества. Чтобы дать представление об их применении, приведем несколько примеров.

Вводя в организм человека, животного или растения то или иное вещество с примесью небольшого количества меченых его атомов, можно по их излучению, регистрируемому, например, газовым счетчиком, установить пути и скорость распространения этого вещества, места накопления и выяснить ряд вопросов, важных для изучения биологических процессов. При этом методе жизненные процессы изучаются в их естественном течении, без каких-либо операций, нарушающих их нормальный ход.

С помощью меченых атомов была установлена скорость циркуляции крови. Для этого человеку вводили в руку подкожно раствор соли, меченный радиоактивными атомами натрия. Через 17 секунд газовый счетчик, зажатый в другой руке, отмечал появление радиоактивности.

При помощи меченого углерода было установлено, что углекислый газ поглощается листьями растений не только днем под действием света, как это думали раньше, но и ночью, в темноте, и притом не только листьями, но и корнями растений.

Много удивительных открытий было сделано в науке при помощи меченых атомов.

Значительное применение радиоактивные изотопы получают при контроле износа деталей машин, для определения скорости выгорания огнеупорного слоя кирпича в доменных печах и т. д. Для этого в изнашиваемую деталь (например, в поршневые кольца двигателей, шарикоподшипники, резцы, огнеупорный слой домны и т. д.) вводятся радиоактивные вещества. Во время работы такой детали продукты износа, содержащие меченые атомы, уносятся (смазкой, стружками обрабатываемой детали, расплавленным металлом) и могут быть зарегистрированы соответствующим счетчиком. По количеству приносимого радиоактивного вещества можно судить о величине износа. Метод меченых атомов отличается высокой чувствительностью. При его помощи можно заметить снашивание детали на одну стомиллионную долю грамма, причем измерение износа производится в процессе работы машины без остановки и разборки ее, что также имеет большое значение.