Металлы и человек - Михаил Васильев

Сможет, обязательно сможет!

Во-первых, будут совершенствоваться и становиться все экономичнее способы производства атомного горючего.

Во-вторых, будет происходить накопление атомного горючего за счет выработки его в атомных реакторах некоторых типов. Дело в том, что нередко «зола», выгребаемая из атомных котлов, содержит в себе даже больше атомного горючего, чем было в них сожжено. Чем больше мы сжигаем в атомных электростанциях горючего, тем больше его имеем. Это парадоксально, но выгодно.

Ученые рассчитали, что при рациональном расходовании атомного горючего на АЭС с применением вновь получающегося горючего на новых электростанциях уже через 30 лет можно было бы удовлетворить потребности в электроэнергии всего человечества.

И поэтому атомная энергетика развивается семимильными шагами. В 1954 году вступила в строй первая в мире атомная электростанция Академии наук СССР мощностью в 5 тысяч киловатт. Осенью 1958 года дала промышленный ток первая очередь крупнейшей в мире советской атомной электростанции, общая мощность которой будет составлять 600 тысяч киловатт. А в декабре 1957 года спущен на воду гигантский ледокол «Ленин». Мощность двигателей этого ледокола, работающего на атомном топливе, составляет 44 тысячи лошадиных сил.

Советский Союз идет впереди других стран по мирному использованию атомной энергии.

Вездесущий атом

Имеющихся на Земле запасов урана с избытком достаточно для того, чтобы полностью обеспечить потребность всех стран мира в энергии.

По прогнозам экономистов, в 2000 году на земном шаре будет выработано около 84 тысяч млрд. квт.-ч. Для этого надо или сжечь 15 млрд. тонн угля, или 4000 тонн урана. Надо ли говорить, что уже в настоящее время производство урана далеко перевалило через эту цифру. Ведь если в 1956 году в капиталистических странах было получено примерно 13 тысяч тонн закись-окиси урана, то уже в 1959 году эта цифра выросла в три раза — было выработано 39 тысяч тонн закись-окиси.

Уран находится буквально везде. Еще в 1934 году советский ученый академик В. И. Вернадский писал, что уран «открывается всюду вокруг. Он рассеян не только в породах, но находится во всех минералах». При этом большая часть урана находится в рассеянном состоянии.

Тепло, выделяемое ураном при ядерном распаде, является одним из основных источников разогрева внутренних слоев нашей планеты. Более 42 процентов всего тепла, получаемого Землей в результате ядерного распада, дает уран, почти 45 процентов — торий, около 12 процентов — калий.

И тут выявилась удивительная вещь. Если бы все составляющие Землю породы до самого ее центра содержали то же количество радиоактивных элементов, что и породы, из которых сложена ее кора, количество тепла, выделяющегося при распаде, должно бы быть в 100 раз больше, чем есть в действительности. Земля имела бы совершенно другой климат, вряд ли была бы пригодна для жизни. По всей вероятности, она была бы раскаленным, расплавленным шаром, маленьким подобием Солнца.

Раз этого нет, значит внутренняя поверхность планеты не содержит в себе радиоактивных элементов. Ими, в том числе ураном, богата только земная кора.

Почему это произошло — пока загадка, над поисками ответа которой бьются сегодня ученые. Может быть, радиоактивные элементы были заброшены на Землю позже всех, при прохождении нашей планеты через какое-либо пылевое облако, из которого и составились верхние ее слои?.. Или при взрыве Солнца, происшедшего в незапамятные времена, была облита наша планета содержащим уран и торий веществом?.. Или…

Впрочем, установить, когда именно возникла твердая кора нашей планеты, можно. И помогает в этом именно содержание в ней урана.

Мы говорили уже, что уран непрерывно распадается, а конечным продуктом этого распада является свинец. Если взять горную породу, содержащую уран, определить, сколько его осталось в, так сказать, натуральном виде и сколько превратилось в свинец, можно установить, когда именно началось это превращение в данной горной породе или, что одно и то же, когда она образовалась.

Проведенные исследования позволили установить, что земной коре не менее 3 и не более 5 млрд. лет.

Аналогичным способом определяют возраст земных пород, залежей полезных ископаемых, органических остатков и по распаду других радиоактивных элементов.

Между ураном и свинцом

Когда ученые установили всю цепь распада ядер урана в ядра устойчивого изотопа свинца, выяснилось, что изотопы всех элементов, находящихся в клетках между ураном и свинцом, бывают промежуточными продуктами этого превращения. Исключением оказался неметалл астатин, в природе не существующий. Многочисленные изотопы его были получены позже искусственным путем. Все они оказались нежизнеспособными, распадающимися в течение нескольких минут или даже секунд.

Различны эти металлы, различна их судьба на службе человеку, но большинство из них так или иначе связано с судьбой главного металла будущей энергетики — урана.

Сосед урана в периодической системе, протактиний, существует в природе только благодаря тому, что количество его атомов непрерывно пополняется распадом урана. Самый устойчивый изотоп протактиния имеет период полураспада всего в 34 300 лет. Конечно, если бы не непрерывное пополнение, и следов этого элемента не осталось бы уже на нашей планете.

Открыли протактиний впервые в 1918 году немецкие ученые О. Ган и Л. Мейтнер и одновременно с ними английские ученые Ф. Содди и Д. Крокстон. Как и надо было ожидать, этот металл был получен при переработке урановых руд. В 1934 году протактиний выделили в чистом виде. Новый металл оказался серебристо-белого цвета, не окисляющимся на воздухе. Вот, пожалуй, все, что сегодня о нем известно.

Следующим от урана к свинцу стоит торий. Нет, это не случайный, коротко живущий элемент, неудачное дитя в периодической системе. Период полураспада его самого устойчивого изотопа 13,9 млрд. лет. С образования земной коры едва прошла одна треть от времени его полураспада.

Тория не так уж мало в земной коре. Во всяком случае он не относится к неуловимо редким металлам. Есть и собственный минерал тория— так называемый монацит. Он добывается из монацитного песка, значительные запасы которого имеются в Индии и Бразилии.

Торий был открыт шведским химиком Я. Берцелиусом в 1829 году. Это мягкий металл, серовато-белый, плавящийся при 1842 градусах и кипящий при 5200 градусах. Удельный вес тория около 11,5 г на куб. см. В холодном виде из него можно прокатывать листы, вытягивать проволоку, штамповать детали.

Торий не обладает высокой химической стойкостью. Уже на воздухе его покрывает тонкая пленка окисла. При прокаливании он горит ослепительным белым светом. Способен поглощать большие количества водорода.

Одним из важнейших применений соединений тория совсем недавно было изготовление газокалильных сеток газовых фонарей. Дело в том, что пламя газа (можете убедиться в этом, включив плитку на кухне) не светит ярко, как светит, например, даже пламя керосиновой лампы. Газовое пламя— бледное, хилое. Но можно несравнимо усилить его яркость. Для этого на газовую горелку одевают сетку, сделанную из окиси тория. Раскалившись, эта сетка испускает ослепительно яркий свет. На изготовление таких сеток и шла в прошлом вся добыча тория.

Умерло газовое освещение, замененное электрическим. Но окись тория нашла себе другое чрезвычайно важное применение: ее наносят теперь на катодные вольфрамовые нити некоторых радиоламп. Когда нить накаляется, окись тория начинает активно испарять, выбрасывать из себя электроны — те самые электроны, которые и выполняют все работы в вакууме радиолампы.

Из металлического тория изготавливают катоды рентгеновских трубок.

В последнее время торий нашел и другое применение. Его сплавляют с магнием и получают легкий прочный сплав, сохраняющий свои конструкционные свойства до 400 градусов. Один из таких сплавов содержит от 1,5 до 2,5 процента тория и немного марганца. Остальное — магний. Этот сплав применяется в производстве самолетов и управляемых снарядах. Он легче алюминиевых сплавов почти на одну треть.

Но главное применение тория сегодня — в качестве ядерного горючего электростанций. Обычно он используется здесь в сплаве с радиоактивными изотопами других металлов. По предположениям некоторых ученых, этому металлу предстоит сыграть в атомной энергетике не меньшую роль, чем урану.

Первая электростанция на ядерном горючем.

Еще на одну клетку влево. Ее занимает актиний. Как и протактиний, он обязан своим существованием распаду ядер урана. Впервые его получил в 1899 году Дебьерн, как и следовало ожидать, в урановой руде. Вот, пожалуй, и все, что сегодня можно сказать об этом еще одном нежизнеспособном элементе.