Ефим Балабанов - Ядерные реакторы

Меченые атомы.Огромные перспективы для научных исследований открывает метод меченых атомов. Этот метод напоминает способ кольцевания птиц или рыб, при помощи которого биологи наблюдают за их передвижением. Ученые прикрепляют кольца к пойманным рыбам или птицам и выпускают их. Окольцованные экземпляры, пойманные через несколько месяцев за тысячи километров от места окольцевания, показывают, как перелетала вся стая птиц или передвигался косяк рыб.

Атомы радиоактивного изотопа, примешанные к большому количеству химического элемента, играют роль окольцованных птиц. Это буквально меченые атомы, так как такие чувствительные приборы, как, например, счетчики Гейгера-Мюллера, легко могут обнаружить ничтожно малые количества радиоактивных атомов. Например, можно обнаружить миллиграмм радиоактивного железа в тонне металла.

По своим химическим свойствам радиоактивный изотоп ничем не отличается от основного химического элемента. Поэтому, наблюдая за движением меченых атомов, мы можем очень точно исследовать, как ведет себя химический элемент в различных процессах.

Таким путем можно исследовать, например, скорость износа материалов подшипника. Медные детали подшипника облучают нейтронами, при этом часть ядер меди 63превращается в радиоактивный изотоп меди 64. Свойства медного вкладыша подшипника не изменились, но ядра меди 64распадаются, излучая электроны и гамма-лучи, которые могут быть обнаружены счетчиком Гейгера-Мюллера. При работе подшипника вследствие износа вкладыша частицы меди будут переходить в смазку, туда же будут попадать и радиоактивные атомы меди 64. Измеряя радиоактивность смазки, мы может быстро и точно определить износ подшипника.

Большое значение имеет метод меченых атомов в металлургии. Применяя радиоактивный фосфор, можно быстро узнать во время плавки стали, насколько полно прошла очистка металла от фосфора — одной из самых вредных примесей. Раньше химический анализ на фосфор длился около 30 минут, и все это время металл сверх нормы выдерживался в мартеновской печи, снижая ее производительность. Теперь же степень очистки металла определяют очень быстрым измерением радиоактивности шлака, в который переходит фосфор. Таким образом, время плавки значительно сокращается.

Можно обнаружить происхождение загрязнения металла, если добавлять разные радиоактивные изотопы в огнеупорный материал, из которого изготовлена ванна мартеновской печи, в футеровку [10] Футеровка — облицовка огнеупорными материалами. разливочного ковша и другие места. Определяя характер радиоактивности выплавленной стали, можно найти, из какого места попали в сталь радиоактивные изотопы, и легко обнаружить источники загрязнений.

Для того чтобы взвесить расплавленную сталь в разливочном ковше, достаточно добавить в металл небольшое количество радиоактивных изотопов, атомы которых равномерно распределяются по всей жидкой стали, и каждый грамм металла будет давать излучение определенной интенсивности. По общему излучению разливочного ковша можно узнать вес всего горячего металла.

Впуская в домну вместе с воздухом радиоактивный газ, ученые изучают движение газов в процессе доменной плавки. Эти исследования дают очень важные для теории доменной плавки сведения. Так изучается связь процесса восстановления металла из руды и шлакообразования с движением газов в печи.

Оригинальный способ был применен нашими учеными для подсчета количества рыб, выпускаемых из питомников в реку. Некоторое число выловленных мальков на небольшое время было погружено в ванну со слабым раствором радиоактивного фосфора. Меченые таким путем рыбы были выпущены обратно в пруд, где они равномерно распределились между всеми мальками. Взятые затем в разных местах пруда пробы мальков дали возможность определить соотношение между радиоактивными и нерадиоактивными рыбами. Таким путем была определена интенсивность излучения, приходящаяся на 100–200 мальков. Гидробиологи измеряли излучение при выпуске мальков из пруда в реку и тем самым определяли количество рыбы, выпущенной из питомника. Радиоактивный фосфор быстро распадается, но если пометить рыб каким-либо долго живущим изотопом, например радиоактивным кальцием, то за такими мечеными рыбами можно долго наблюдать: изучать их рост, следить за их передвижением и т. д. Здесь уже метод меченых атомов прямо заменяет кольцевание рыб.

Примерно таким же образом можно проследить за передвижением насекомых. Поведение насекомых мало изучено, потому что трудно выделить отдельное насекомое из общей массы и наблюдать его перемещение. Известно, что пчеловоды для изучения жизни пчел иногда просто метят их специальной краской. Роль такой краски значительно лучше выполняют меченые атомы. Для наблюдения за перелетом мух был проделан такой опыт. Специальной партии мух (около 15 тысяч) в течение нескольких дней не давали воды, а затем для утоления жажды им дали раствор радиоактивного фосфора и выпустили на волю. Оказалось, что мухи способны перелетать на очень большие расстояния. Расставленные мухоловки с мясом улавливали радиоактивных мух на очень больших расстояниях. Путь в 15 километров они пролетели за два дня.