Страница 78 из 83
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.