Страница 79 из 83
Облучая образец, являющий собой химическую смесь, можно добиться того, что некоторые из содержащихся в нем химических элементов станут радиоактивными. При этом сам образец не активируется. А раз так, то по виду излучения, по его энергии, наконец, по периоду полураспада нетрудно установить, с каким изотопом вы имеете дело. Эти характеристики радиоизотопа обладают завидным постоянством, и они хорошо известны ученым.
Получив такого рода «визитную карточку» изотопа и зная заранее, продуктом какой ядерной реакции он является, можно судить о том, что за примеси присутствовали в исходной смеси. Даже если их количества исчезающе малы. Ведь счетчики ионизирующих излучений обладают великолепной чувствительностью, да и сами излучения дают знать о себе отнюдь не слабым «голосом».
Описанный метод называется радиоактивационным анализом. От всепроникающих «щупалец» этого метода не скроется более половины периодической системы Д. И. Менделеева, пусть даже содержание элемента не превышает миллионной доли процента. А для теллура удалось получить прямо-таки рекордный результат. Его примесь, определенная радиоактивационным методом, составляла долю грамма, которая изображается дробью, имеющей знаменатель с двадцатью нулями! Для сравнения уместно напомнить, что самые совершенные ультрамикровесы, реагирующие на миллиардные доли грамма, не справились бы с этой задачей, даже если бы стали в миллиард раз более чувствительными.
Невозможно перечислить все области применения ионизирующих излучений, испускаемых атомом. И это таланты атома, который упал на японских рыбаков страшным пеплом Бикини! Атома, дьявольская сила которого, попав в преступные руки, может превратить нашу планету в печальную обитель смерти и опустошения…
Нет, атом расщеплен не для того, чтобы нести страдания и смерть. У него иная судьба. И именно с ней связывают люди свои помыслы, свои надежды на светлое и прекрасное будущее.
Есть еще одна обширная сфера применения мирного атома, где радиоизотопы выступают в качестве тонкого инструмента научного исследования. Речь идет о методе меченых атомов, открытом довольно неожиданным образом талантливым физиком Георгом Хэвеши, ныне лауреатом Нобелевской премии.
В 1911 году Хэвеши работал в Институте физики Манчестерского университета под руководством прославленного ученого Эрнеста Резерфорда. Однажды он повстречал своего шефа в первом этаже лаборатории, где было сложено несколько центнеров свинца, содержавшего примесь ценного радиоактивного вещества — радия D. Резерфорд обратился к своему юному коллеге с такими словами: «Хэвеши, мой мальчик, если вы так талантливы, как показали раньше, попытайтесь выделить радий D из этого свинца».
Хэвеши немедленно приступил к делу, полный энтузиазма и убежденный в скором успехе. Два года напряженного труда потратил молодой исследователь, чтобы проделать эту процедуру. Но, сколько он ни бился над отделением радия D от свинца, ему так и не удалось разорвать этот слишком прочный союз. Неужели труд и время пропали даром? Обескураженный неудачей, Хэвеши решил уже совсем оставить эту затею. Тут-то его и осенила остроумная идея.
Если радиоактивный радий D неотделим от нерадиоактивного свинца, рассуждал Хэвеши, то первый можно использовать для отыскания последнего. Это все равно, что «пометить» нерадиоактивные атомы, «привесив им на шею» радиоактивные «колокольчики». И куда бы ни скрылись меченые атомы, присутствие «беглецов» всегда выдает сопровождающий их «звон колокольчика». Но отыскать местонахождение — это еще не все. Радиоактивные «колокольчики», равномерно распределись среди меченого атомного «стада», позволяют по громкости своего «позвякивания» точно сосчитать количество атомов, отделившихся от разбежавшегося атомного «стада».
Эта идея получила блестящее подтверждение в опытах Хэвеши. Ученый растворял в воде такое количество нитрата свинца, чтобы раствор содержал, допустим, ровно 1 грамм свинца. После этого он добавлял туда ничтожно малое количество радия D, скажем, столько, чтобы 1 грамму свинца соответствовала активность, равная миллиону щелчков в минуту на специальном счетчике. Вслед за тем Хэвеши осуществлял самые сложные операции с меченым свинцом. Наконец после серии химических превращений свинец снова выделялся в виде исходного раствора. При этом суммарная активность всех порций раствора по-прежнему равнялась миллиону щелчков в минуту. И если какая-то порция показывала активность в 1000 щелчков в минуту, это неопровержимо свидетельствовало, что в ней присутствует одна тысячная грамма свинца.
Метод меченых атомов дал возможность изучать тончайшие химические механизмы, связанные с перемещениями и перераспределениями самых различных элементов.
С помощью меченых атомов удалось показать, что из всех фосфорных удобрений наиболее эффективны суперфосфат и метафосфат кальция. Если примешать радиофосфор к обычному суперфосфату, можно определить, откуда попадает фосфор в растение: из самого суперфосфата или из почвы.
Оказалось, фосфор усваивается растением не сразу, а после ряда замечательных превращений в почве. Таким способом было установлено, что сахарная свекла наиболее жадно поглощает фосфор на ранних стадиях роста и, стало быть, требует много удобрений в начальный период своего развития. Точно так же обстоит дело у табака и хлопчатника. Зато картофель потребляет удобрения равномерно в течение всего периода роста. Применение радиоизотопов позволило также разработать более совершенную агротехнику. Например, выяснилось, что свекла растет лучше, если суперфосфат насыпают в борозду на расстоянии 5 сантиметров от ряда, а не разбрасывают. Это очень важное наблюдение: ведь большинство растений извлекает не более десятой доли равномерно рассыпанных удобрений.
Давая курам корма, помеченные радиоизотопами, зоотехники доказали, что куриный белок вырабатывается не из питательных веществ, поступивших в тот же день или накануне, а из тех, которые куры получали более месяца назад. Скорлупа же, напротив, вырабатывается из атомов кальция, поступивших в тот же день. Полноценность кормления скота, обмен веществ в организме животного и другие вопросы, связанные с повышением продуктивности животноводства, могут быть выяснены с помощью меченых атомов. Так, можно предсказать, получится ли из телки хорошая молочная корова. Для этого ей вместе с кормом дают радиойод, а затем помещают счетчик против ее щитовидной железы. По интенсивности излучения судят о будущих качествах коровы.
Неоценимую услугу оказывают меченые атомы ученым-химикам. Используя серу-35, академик А. П. Виноградов изучал изотопный состав серы (отношение 32S/34S) в кристаллических камнях, породах вулканического происхождения, а также в различных метеоритах. В результате этих исследований получены новые точные сведения относительно возраста, состава и природы космической материи и горных пород нашей планеты.
За последние десятилетия атом вторгся во все области науки, кроме разве что математики. Нет такого места в технике, где он пришелся бы не ко двору.
Сейчас известно почти 500 стабильных и 1000 радиоактивных изотопов. Свыше 150 радиоактивных изотопов пригодны для решения многочисленных задач, стоящих перед учеными, инженерами, врачами, агрономами. А что делать с остальными радиоизотопами?
Допустим, что все интересующие человека изотопы извлечены из ядерного реактора. Куда же девать оставшиеся вещества, которые являются настоящими отходами? В 2000 году, когда, как полагают ученые, три четверти общих энергетических потребностей будут покрываться за счет атома, количество радиоактивных отходов достигнет 3 тысяч тонн, что эквивалентно 75–100 тысячам тонн радия, то есть 75–100 миллиардам кюри.