«Радиоактивные изотопы и их применение»

Отличительная черта нашей эпохи — небывало бурное развитие атомной техники и широкое применение радиоактивных изотопов, основанное на выдающихся достижениях научной мысли. Если ⅩⅨ век был по преимуществу веком пара, то XX век — век электричества — начинает все больше превращаться в век атомной энергии и радиоактивных изотопов.

Академик И. В. Курчатов в статье «Некоторые вопросы развития атомной энергетики в СССР» рассказал о грандиозной программе использования атомной энергии и радиоактивных изотопов в мирных целях. Известно, что в наши дни основным источником энергии служит органическое топливо (уголь, нефть, торф и т. п.). Перед многими странами уже сейчас реально встает угроза истощения запасов топлива и возникает новая проблема — найти и использовать другие источники энергии. В разрешении этой проблемы важную роль призвана сыграть атомная энергия.

Советский Союз располагает разнообразными природными энергетическими ресурсами на просторах Сибири. Богатые водные ресурсы позволяют получать в Сибири дешевую гидроэнергию, а на базе угольных карьеров — дешевую электрическую и тепловую энергию.

На ближайшие десятилетия имеющихся у нас ресурсов будет достаточно и в Европейской части СССР, но в несколько более отдаленном будущем атомная энергия может оказаться тем практически неисчерпаемым и относительно дешевым источником, который обеспечит изобилие энергии в этой части страны.

Мы ставим задачу создать атомную энергетику, которая по крайней мере для условий Европейской части Союза будет экономически более выгодной, нежели угольная энергетика.

В связи с этим намечается строить крупные атомные электростанции мощностью на первое время около 400–600 тысяч киловатт каждая; только на крупных атомных электростанциях можно достигнуть экономически выгодных показателей.

В пятилетии 1956–1960 гг. намечено построить 5 больших атомных электростанций. По этой программе станции будут входить в строй с конца 1958 г.; часть их начнет работать в 1959 г., а некоторые — в 1960 г.

Мощность электростанций на атомной энергии, которые должны быть пущены в текущем пятилетии, будет сравнима с мощностью крупнейших в мире электростанций, например Куйбышевской.

В текущем пятилетии намечено построить до 10 типов атомных реакторов электрической мощностью от 50 до 200 тысяч киловатт каждый.

Дело строительства и освоения атомных электростанций — всенародное дело. Для атомных реакторов и тесно связанного с ними радиохимического производства требуется большое количество новых металлов и материалов, отличных от обычных, применяемых в любой другой отрасли промышленности.

В атомных реакторах в результате деления атомного ядра образуется огромное количество радиоактивных изотопов. К концу шестой пятилетки количество радиоактивных изотопов в атомных реакторах Советского Союза будет эквивалентно по крайней мере 10 тысячам тонн радия. Если вспомнить, что во всем мире к началу работ по атомной энергии имелось только несколько килограммов радия, то станет ясным, что за истекшее время в деле использования радиоактивных веществ происходит крупнейшая революция.

Общеизвестны применения радиоактивных изотопов в технике для дефектоскопии, изучения износа, изучения технических процессов в химии и металлургии, в нефтяной промышленности и в медицине. Эти применения, хотя польза их несомненна, еще совершенно не соответствуют созданным запасам радиоактивных веществ.

Расширение работ по применению радиоактивных веществ и излучений в биологии даст, вероятно, в ближайшие годы глубокие принципиальные результаты. Они не могут не отразиться существеннейшим образом на важнейших для сельскохозяйственной практики вопросах урожайности, на внедрении новых сортов и пород, в защите от вредителей и т. д.

Учитывая масштабы нашего сельскохозяйственного производства, можно ожидать в этой области крупнейших экономических эффектов. На основе уже накопленных знаний в ближайшие годы можно получить годовую экономию в миллиарды рублей, если взяться по-настоящему за это дело.

Перед нами большая программа работ по использованию радиоактивных изотопов и атомной энергии. Советские ученые и дальше развивают ядерную физику и радиохимию с тем, чтобы дать основу будущего развития техники. Теоретические работы по ядерной физике открыли возможность поисков новых путей использования атомной энергии в мирных целях. Успехи науки открыли возможность развертывания работ по осуществлению управляемых термоядерных реакций — реакций синтеза, или слияния, что является важнейшей генеральной задачей науки.

Управляемая термоядерная реакция должна позволить получить энергию не за счет ее запасов, сосредоточенных в атомных ядрах редких элементов урана и тория, а за счет образования гелия из широко распространенного в природе элемента — водорода. Решение этой труднейшей и величественной задачи навсегда сняло бы с человечества заботу о необходимых для его существования на земле запасах энергии.

Советский Союз проводит политику широкого сотрудничества с другими странами в деле мирного использования радиоактивных изотопов и атомной энергии, направленную на то, чтобы лучше использовать в интересах человечества величайшие открытия нашего времени и, развивая международные связи в этой области, содействовать укреплению мира.

Показательным примером международного сотрудничества были международная научно-техническая конференция по мирному использованию атомной энергии, состоявшаяся в Женеве в августе 1955 г., и международная конференция по применению радиоактивных изотопов в научных исследованиях, состоявшаяся в Париже в сентябре 1957 г. В работу этих и других конференций важный вклад внесли советские ученые.

Серьезную роль в изучении радиоактивных изотопов играет созданный в 1956 г. Объединенный институт ядерных исследований — международная организация, в которую в настоящее время входит двенадцать государств (СССР, Китайская Народная Республика, Чехословакия и др.).

Советский Союз оказывает бескорыстную помощь другим странам в деле мирного использования радиоактивных изотопов и атомной энергии также путем двустороннего сотрудничества.

Осуществляя как двусторонние связи в области мирного использования радиоактивных изотопов и атомной энергии, так и участвуя в международных организациях по вопросам атомной энергии, Советское государство, исходя из интересов народа, руководствуется тем, чтобы великие научные открытия нашего времени использовались не для целей войны и разрушения, а для созидательных целей, для повышения благосостояния и уровня жизни народа. Советская наука добилась выдающихся успехов в использовании радиоактивных изотопов и атомной энергии в мирных целях. В СССР с 1954 г. работает первая в мире электростанция на атомной энергии.

В этой книге рассказывается о применении радиоактивных изотопов для мирных целей и возможном использовании их в военном деле. Но прежде чем рассказать обо всем этом, необходимо вспомнить, из чего слагается вещество, как построены молекулы и атомы, что такое явление радиоактивности и какими свойствами обладают радиоактивные изотопы.

Ⅰ. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Все окружающие нас предметы состоят из того или иного вещества. Дома построены из кирпича, дерева, железа и бетона, в оконные рамы вставлено стекло, части машин и станков сделаны из железа и других металлов и т. д. Мир веществ многообразен. Вещества обладают самыми различными свойствами. Одни тверды, другие мягки, одни прозрачны, другие непрозрачны, цвет одних отличается от цвета других и т. п. Различие свойств зависит от состава вещества.

Каждое вещество может быть разделено на очень мелкие частички, которые называются молекулами. В свою очередь молекулы состоят из еще более мелких частиц — атомов. Так, чистая, вода состоит из молекул, в состав которых входят атомы водорода и кислорода; молекулы серной кислоты состоят из атомов водорода, кислорода и серы и т. д. Состав молекул и взаимная связь атомов в них определяют свойства вещества. Все молекулы данного вещества имеют одинаковый состав и отличаются от молекул другого вещества входящими в их состав атомами. Так, например, молекулы газа метана и ацетилена состоят из атомов углерода и водорода. В состав молекул метана входит один атом углерода и четыре атома водорода, а в состав молекул ацетилена — два атома углерода и два атома водорода. Молекулы древесного спирта отличаются от молекул метана тем, что в их состав, кроме атомов водорода и углерода, входит атом кислорода.

В настоящее время известно сто два вида атомов, или, как принято называть, совокупность атомов — сто два химических элемента. Водород, кислород, азот, сера, углерод, железо, медь, цинк и т. д. — все это химические элементы.

Все многообразие окружающих нас веществ, следовательно, слагается из сравнительно небольшого количества видов атомов, которые, соединяясь между собой, образуют бесчисленное множество молекул различного состава и строения.

Все известные в настоящее время элементы представлены в приведенной ниже таблице, называемой периодической системой элементов Д. И. Менделеева. В каждой клетке этой таблицы приведены условный знак химического элемента (символ), его название и цифры, верхняя из которых показывает порядковый номер элемента, а нижняя — его атомный вес.

Периодическая таблица элементов Д. И. Менделеева

С помощью символов химических элементов легко можно изображать молекулы различных веществ. Например, молекула воды изображается формулой Н2О. Это обозначает, что в состав этой молекулы входят два атома водорода (Н2) и один атом кислорода (О). Символами можно изобразить также течение того или другого химического процесса. Взаимодействие железа с серной кислотой изображается следующим образом: