Лль. 4Ь. 41есмелш1Я
РАДИ ОАК.Т И В Н Ы Е
ИЗОТОПЫ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ БИБЛИОТЕКА
Ан. Н. НЕСМЕЯНОВ
РАДИОАКТИВНЫЕ
ИЗОТОПЫ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
--К о *—•
ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СОЮЗА ССР
Москва — 1958

ВВЕДЕНИЕ
Конец XIX и начало XX веков ознаменованы боль-
шими научными открытиями в физике и химии. К этому
периоду относится открытие лучей Рентгена, электронов
и, наконец, радиоактивности.
Не прошло и полстолетия со времени открытия радио-
активных изотопов, как в результате бурного развития
физики и химии они нашли самое широкое применение в
науке и технике.
Можно наметить три основных вида применения ра-
диоактивных изотопов. Они используются, во-первых, в
качестве нового оружия научного исследования — мече-
ных атомов в различных областях науки — физике, хи-
мии, биологии, медицине, геологии, археологии и т. д.
Во-вторых, как излучатели—наряду с лучами Рентгена
для просвечивания материалов, устройства приборов
автоматического контроля производства, изготовления
измерительных приборов и т. п. В-третьих, радиоактив-
ные изотопы могут использоваться в качестве источников
ядерной энергии.
Получение и использование радиоактивных изото-
пов — великое достижение человеческого гения, открыва-
ющее огромные перспективы в дальнейшем развитии
производительных сил. Жизненные интересы народов тре-
буют того, чтобы использование радиоактивных изотопов
Для Целей разрушения и массового уничтожения людей
было запрещено, чтобы эта могучая сила природы ис-
пользовалась исключительно в интересах созидания, в
интересах прогресса человечества. Однако не секрет, что
1*	3
влиятельные круги США и некоторых других капитали-
стических стран задались целью поставить радиоактив-
ные изотопы и атомную энергию на службу планам
войны.
Известно, что в развитии вооруженных сил крупней-
ших капиталистических государств главное внимание
уделяется атомному оружию, разработке целой серии
его образцов, отличающихся различной взрывной мощно-
стью, а также разработке способов использования атом-
ного оружия авиацией, флотом, артиллерией и реактив-
ными средствами. Новые планы правительства США от-
носительно создания и размещения на территориях дру-
гих государств специальных военных частей, вооружен-
ных атомным оружием, свидетельствует об усилении аме-
риканскими правящими кругами подготовки к атомной
войне. Соединенные Штаты продолжают также усиленно
вооружать союзников по агрессивным блокам. Сессия
Совета НАТО приняла решение об укреплении военного
-сотрудничества внутри этого союза и об оснащении
Соединенными Штатами вооруженных сил своих европей-
ских партнеров, включая Западную Германию, атомным и
ракетным оружием.
Происходящая сейчас гонка вооружений и особенно
состязание в производстве атомного, водородного и ра-
кетного оружия угрожающим образом ухудшают между-
народную обстановку. Расширение масштабов и наращи-
вание темпов гонки атомных вооружений, усилившиеся
за последнее время приготовления стран НАТО к атом-
ной войне вызывают вполне понятное и законное беспо-
койство во всем мире. Много ли сейчас найдется людей,
которые не осознают, какими неисчислимыми бедствиями
грозит человечеству война с применением атомного и во-
дородного оружия?
Нетрудно себе представить, какой губительный харак-
тер приняла бы война при современном развитии ядерной
и ракетной техники, которая к тому же каждый день при-
носит что-либо новое. Без преувеличений можно сказать,
что взрыв только одной водородной бомбы способен вы-
звать такие тяжелые последствия на огромных террито-
риях, каких не несли с собой десятки тысяч снарядов и
бомб, применявшихся в прошлых мировых войнах. Не-
скольких водородных бомб вполне достаточно, чтобы пре-
вратить в зону пустыни огромные территории. А ведь ни
4
для кого не секрет, что если дело дойдет до применения
ядерного оружия, то будет взорвано немало таких водо-
родных бомб.
Хорошо известно также, что существуют не только
атомные и водородные бомбы, но существует колоссаль-
ной разрушительной силы ракетное оружие (с атомными
и водородными зарядами), применение которого в войне
способно в течение нескольких часов посеять смерть и
опустошения на территории целых государств. При со-
временной технике все точки земного шара одинаково до-
ступны для атомной бомбардировки, а ответные выстрелы
могут быть произведены еще во время полета к цели
снарядов, пущенных поджигателем войны. Атомная
война неизбежно приведет к значительному заражению
всей нашей атмосферы, и, таким образом, выстрел по про-
тивнику неизбежно отразится не только на том, кто
производит выстрел, а также и на народах, не втянутых
в войну.
За последние годы опасность атомной войны не только
не уменьшилась, но, наоборот, возросла во много раз.
Запасы ядерного оружия увеличились. К числу госу-
дарств, производящих или пытающихся производить
атомное оружие, присоединяются новые государства. В
результате проведенных взрывов атомных и водородных
бомб вся поверхность Земли и особенно северное полу-
шарие оказались загрязненными радиоактивными веще-
ствами, образующимися при каждом взрыве.
Основной опасностью от продолжающихся испытаний
ядерного оружия является выпадание радиоактивных
осадков и особенно радиоактивного стронция 90. Так как
во время взрыва радиоактивные продукты деления обра-
зуются в очень мелко распыленном состоянии, они увле-
каются в верхние слои тропосферы и даже в страто-
сФеРУ, передвигаются с воздушными течениями на боль-
шие расстояния от места взрыва, медленно оседая или
выпадая с атмосферными осадками на поверхность
Земли. Расчеты ученых были сделаны по данным об уров-
нях радиоактивного загрязнения на конец 1956 г. После-
дующие испытания, несомненно, снова повысили содер-
жание радиоактивного стронция 90, что вызывает еще
большую настороженность к проводимым испытаниям
атомных и водородных бомб.
5
В случае возникновения войны с применением ядерного
оружия бедствия человечества будут неизмеримо боль-
шими. Многие миллионы людей могут погибнуть непо-
средственно от взрыва, высокой температуры и радиации
во время взрыва вне зависимости от типа применяемых
бомб.
Так называемые «чистые» бомбы, о которых так
много говорят за последнее время в США и которые,
должны давать меньше радиоактивных осадков, чем
испытанные ранее, также принесут неисчислимые страда-
ния человечеству.
В случае возникновения новой мировой войны с приме-
нением атомного и водородного оружия народы воюющих
стран понесут колоссальные потери. Надо прямо смотреть
правде в глаза, а не отмахиваться от угрозы. Атомная
война опустошит огромные районы земной поверхности,
которые на длительный период времени станут непри-
годными для жизни, миллионы людей далеко за преде-
лами районов военных действий могут быть поражены
радиоактивными осадками, а многие из оставшихся в
живых дадут генетически неполноценное потомство с по-
вышенной смертностью, с укороченным периодом жизни
и с большим процентом уродств и аномалий *.
Водородная и атомная война может привести к боль-
шим разрушениям и бедствиям для человечества, но она
не может привести к уничтожению человечества или его
цивилизации. Если агрессорам удастся развязать новую
мировую войну, мы твердо знаем, что социализм в этой
схватке устоит, а капитализм неизбежно будет уничтожен
потому, что народы в этой схватке поднимутся и раз на-
всегда положат конец империалистической системе, кото-
рая за последние десятилетия несколько раз ввергала че-
ловечество в пучину кровопролитных войн. Народы
уничтожат устаревший строй — капитализм на его импе-
риалистической стадии.
Решающее средство обеспечить прочный мир — это
разоружение, уничтожение водородных и атомных бомб,
мирное сосуществование, за что СССР борется и будет
бороться. Это позволило бы направить использование
атомной энергии исключительно на мирные цели,
* См. статью акад. А. В. Топчиева, Устранить угрозу атомной
войны. Газета «Правда» от 16 августа 1957 г.
6
Советское правительство предлагает запретить атом-
ное и водородное оружие, прекратить производство ядер-
ного оружия, запретить его применение с полным унич-
тожением запасов этого оружия и изъятием его из во-
оружений государств. В качестве первого шага на пути к
полному запрещению ядерного оружия государства дол-
жны принять обязательство прекратить испытания и не
применять в военных целях атомного и водородного
оружия всех видов, в том числе атомных и водородных
авиационных бомб, ракет с атомным и водородным заря-
дами любого радиуса действия, атомной артиллерии и т. п.;
государства должны продолжить свои усилия в целях
скорейшего достижения соглашения относительно пол-
ного запрещения атомного и водородного оружия с
изъятием его из вооружений государств, прекращением
его производства и уничтожением запасов этого оружия
с передачей расщепляющихся материалов для использо-
вания только в мирных целях.
Но до тех пор, пока западные страны противятся за-
прещению атомного и водородного оружия, пока не
удается провести разоружение, мы вынуждены держать
на должном уровне свои вооружения, включая наиболее
мощные, современные виды оружия, основанные на по-
следних достижениях науки и техники. Запуск в нашей
стране сверхдальней баллистической ракеты и искус-
ственных спутников Земли знаменует новый этап в раз-
витии отечественной науки и техники и укрепления
оборонной мощи СССР.
В решениях XX съезда Коммунистической партии Со-
ветского Союза намечены пути дальнейшего развития и
расширения мирного использования атомной энергии и
радиоактивных изотопов. В шестой пятилетке в нашей
стране будут построены атомные электростанции мощно-
стью 2—2,5 миллиона киловатт. В СССР построен мощ-
ный ледокол «Ленин», работающий на атомном горючем,
развернулись работы по созданию других силовых уста-
новок для транспортных целей, всемерное развитие полу-
чили работы по дальнейшему использованию радиоактив-
ных излучений в промышленности, сельском хозяйстве,
медицине, в научных исследованиях.
Отличительная черта нашей эпохи — небывало бур*
ное развитие атомной техники и широкое применение
радиоактивных изотопов, основанное на выдающихся до-
7
стижениях научной мысли. Если XIX век был по преиму-
ществу веком пара, то XX век — век электричества — на-
чинает все больше превращаться в век атомной энергии
и радиоактивных изотопов.
Академик И. В. Курчатов в статье «Некоторые во-
просы 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 ор-
ганическое топливо (уголь, нефть, торф и т. п. ). Перед
многими странами уже сейчас реально встает угроза
истощения запасов топлива и возникает новая про-
блема — найти и использовать другие источники энергии.
В разрешении этой проблемы важную роль призвана
сыграть атомная энергия.
Советский Союз располагает разнообразными природ-
ными 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 ресур-
сов будет достаточно и в Европейской части СССР, но в
несколько более отдаленном будущем атомная энергия
может оказаться тем практически неисчерпаемым и отно-
сительно дешевым источником, который обеспечит изоби-
лие энергии в этой части страны.
Мы ставим задачу создать атомную энергетику, кото-
рая по крайней мере для условий Европейской части Со-
юза будет экономически более выгодной, нежели уголь-
ная 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 выгод-
ных 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, кото-
рые должны быть пущены в текущем пятилетии, будет
сравнима с мощностью крупнейших в мире электростан-
ций, например Куйбышевской.
8
В текущем пятилетии намечено построить до 10 типов
атомных реакторов электрической мощностью от 50 до
200 тысяч киловатт каждый.
Дело строительства и освоения атомных электростан-
ций — всенародное дело. Для атомных реакторов и тесно
связанного с ними радиохимического производства тре-
буется большое количество новых металлов и материа-
лов, 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 радио-
активных 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 нефтя-
ной промышленности и в медицине. Эти применения.,
хотя польза их несомненна, еще совершенно не соответ-
ствуют созданным запасам радиоактивных веществ.
Расширение работ по применению радиоактивных ве-
ществ и излучений в биологии даст, вероятно, в ближай-
шие годы глубокие принципиальные результаты. Они не
могут не отразиться существеннейшим образом на важ-
нейших для сельскохозяйственной практики вопросах
урожайности, на внедрении новых сортов и пород, в за-
щите от вредителей и т. д.
Учитывая масштабы нашего сельскохозяйственного
производства, можно ожидать в этой области крупней-
ших экономических эффектов. На основе уже накоплен-
ных знаний в ближайшие- годы можно получить годо-
вую экономию г в миллиарды рублей, если взяться по-на-
стоящему за это дело.
Перед нами большая программа работ по использо-
ванию радиоактивных изотопов и атомной энергии. Со-
ветские ученые и дальше развивают ядерную физику и
радиохимию с тем, чтобы дать основу будущего развития
техники. Теоретические работы по ядерной физике от-
9
крыли 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 за-
дачей науки.
Управляемая термоядерная реакция должна позво-
лить получить энергию не за счет ее запасов, сосредото-
ченных в атомных ядрах редких элементов урана и то-
рия, а за счет образования гелия из широко распростра-
ненного в природе элемента — водорода. Решение этой
труднейшей и величественной задачи навсегда сняло бы
с человечества заботу о необходимых для его существо-
вания на земле запасах энергии.
Советский Союз проводит политику широкого сотруд-
ничества с другими странами в деле мирного использо-
вания радиоактивных изотопов и атомной энергии, на-
правленную на то, чтобы лучше использовать в интере-
сах человечества величайшие открытия нашего времени
и, развивая международные связи в этой области, содей-
ствовать укреплению мира.
Показательным примером международного сотрудни-
чества были международная научно-техническая конфе-
ренция по мирному использованию атомной энергии, со-
стоявшаяся в Женеве в августе 1955 г., и международная
конференция по применению радиоактивных изотопов в
научных исследованиях, состоявшаяся в Париже в сен-
тябре 1957 г. В работу этих и других конференций важ-
ный вклад внесли советские ученые.
Серьезную роль в изучении радиоактивных изотопов
играет созданный в 1956 г. Объединенный институт ядер-
ных исследований — международная организация, в ко-
торую в настоящее время входит двенадцать государств
(СССР, Китайская Народная Республика, Чехословакия
и др.).
Советский Союз оказывает бескорыстную помощь дру-
гим странам в деле мирного использования радиоактив-
ных изотопов и атомной энергии также путем двусторон-
него Сотрудничества.
Осуществляя как двусторонние связи в области мир-
ного использования радиоактивных изотопов и атомной
энергии, так и участвуя в международных организациях
по вопросам атомной энергии, Советское государство,
10
исходя из интересов народа, руководствуется тем, чтобы
великие научные открытия нашего времени использова-
лись не для целей войны и разрушения, а для созидатель-
ных целей, для повышения благосостояния и уровня
жизни народа. Советская наука добилась выдающихся
успехов в использовании радиоактивных изотопов и атом-
ной энергии в мирных целях. В СССР с 1954 г. работает
первая в мире электростанция на атомной энергии.
В этой книге рассказывается о применении радиоак-
тивных изотопов для мирных целей и возможном исполь-
зовании 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
1.	Вещество
Все окружающие нас предметы состоят из того или
иного вещества. Дома построены из кирпича, дерева, же-
леза 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 за-
висит 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 че-
тыре атома водорода, а в состав молекул ацетилена —
два атома углерода и два атома водорода. Молекулы дре-
весного 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
12
два химических элемента. Водород, кислород, азот, сера,
углерод, железо, медь, цинк и т. д. — все это химические
элементы.
Все многообразие окружающих нас веществ, следова-
тельно, слагается из сравнительно небольшого количества
видов атомов, которые, соединяясь между собой, обра-
зуют бесчисленное множество молекул различного состава
и строения.
2.	Открытие Д. И. Менделеева
Все известные в настоящее время элементы представ-
лены в приведенной ниже таблице, называемой периоди-
ческой системой элементов Д. И. Менделеева. В каждой
клетке этой таблицы приведены условный знак химиче-
ского элемента (символ), его название и цифры, верх-
няя из которых показывает порядковый номер элемента,
а нижняя — его атомный вес.
С помощью символов химических элементов легко
можно изображать молекулы различных веществ. На-
пример, молекула воды изображается формулой Н2О.
Это обозначает, что в состав этой молекулы входят два
атома водорода (Н2) и один атом кислорода (О). Сим-
волами можно изобразить также течение того или дру-
гого химического процесса. Взаимодействие железа с сер-
ной кислотой изображается следующим образом:
Fe + H2SO4 -> FeSO4 + Н2
железо серная железный водород
кислота	купорос
Расположение элементов в периодической системе не
является случайным. Оно подчиняется одному из важней-
ших законов природы, открытому великим русским уче-
ным Д. И. Менделеевым, — периодическому закону. Этот
закон в современной формулировке говорит, что свойства
элементов находятся в периодической зависимости от ве-
личины электрических зарядов их ядер.
Менделеев открыл периодический закон в 1869 г.
В то время о строении атома еще ничего не было из-
вестно, и Менделеев выразил свой закон так: «Свойства
простых тел, а также формы и свойства соединений эле-
ментов находятся в периодической зависимости от вели-
чин атомных весов элементов». При расположении
13
Периодическая таблица
		ГРУППЫ					
		I	II	111	IV	V	
3 о S а. и с	1	» У Водород 1,008					
	2	Li 3 Литии 6,9	Ве 4 Бериллий 9	5 в Бор 10,8	6 с Углерод 12	7 N Азот 14	
	3	Na ". Натрии 23	Мд 12 Магний 24,3	,3 А1 Алюминий 27	14 Si Кремний 28,1	15	р Фрссрор	
	4	К 19 Калий 39,1	Са 20 Кальции 40,1	Sc я2' Скандии 45,1	Ti 22 Титан 47,9	V 23 Ванадий 51	
		29 Си Медь 63,6	30 Zn Цинк 65,4	31 Ga Грллии 697	32 Ge Германий 72,6	33 As Мышьяк	
	5	Rb 37 Рубидий 85,5 ‘	Sr 38 Стронций 87,6	у 39 Иттрии 88,9	Zr 40 Цирконий 91,2	Nb 41 Ниобий 92,9	
		47 Ад Серебро 107,9	48 Cd Кадмий 112,4	49 In Индий. 114.8	50 Sn Олово 118,7	51 Sb Сурьма 121,8	
	6	CS 55 Цезий 132,9	Ва 56 Барий 13Z4	La57’71* Лантан 138,9	Hf 72 Гасрний 178,6	Та 73 Тантал 180,9	
		79 Аи Золото 197,2	80 Нд Ртуть 200,6	81 Т1 Таллий 204,4	82 pfc Свинец 207,2	83 В1 Висмут 209	
	7	Fr 87 Франций	Ra 88 Радий 226	Ас 89‘* Актиний 227	Th 90 Тории 232,1	Ра 91 Протактиний 231	
		* Редкоземельные					
		Се 58 Церий 140,1	Рг 59 Празеодим 140,9	Nd 60 Неодим 144,3	Рт 61 Прометии	Sm 62 Самарий 150,4	
		ТЬ 65 Тербий 159,2	Dy 66 Диспрозий 162,5	Но 67 Гольмий 164,9	Ер 68 Эрбий 167,2	Ти 89 Тулий 169,4	
		**Трансурановые					
		Np 93 Нептуний	Ри 94 Плутоний	Ат 95 Америций	Ст 96 Кюрий	ВК 97 Берклий	
14
элементов Д. И. Менделеева
ЭЛ ЕМ ЕН Т О В								
	VI	VII	УШ				0
							Не 2 Гелии 4
	8	0 Кислород 16	F Фтор 19					Ne ю Неон 20,2
	’6 S Сера 32,1	17 01 Хлор 35,5					Аг 18 Аргон 39,9
	Сг 24 Хром 52	Мп 25 Марганец 54,9	Fe 26 Железо 55,9	СО 27 Кобальт 58,9	Nt 28 Нинель 58,7		
	34 Se Селен 79	35 ВГ Бром 79,9					Кг 36 Криптон 83,7
	Мо 42 Молибден 96	Тс 43 Технеций	Ru 44 Рутений 101,7	Rh 45 Родий 102,9	Pd 46 Палладий №6,7		
	52 Те Теллур 127,6	53 J Иод 126,9					хе 54 Ксенон 131,3
	W 74 Волъсррам 183,9	Re 75 Рений 186,3	0s 76 Осмий 190,2	1г 77 Иридий 193,1	Pt 78 Платина 195,2		
	84 р0 Полоний 210	85 At Астатин					Rn 86 Радон 222
	(J 92** Уран 238,1						
ЭЛЕМ		Е НТ Ы					
	Ей 63 Европий 152	Gd 64 Гадолиний 156,9					
	Yb 70 Иттербий 173	Lu 71 Лютеций V75					
ЭЛЕМЕНТЫ							
	Cf 98 Калиуорнш	Е 99 5 Эйнштешн	. Fm 100 1и Фермий	Mr ,0’ Менделевий		!02 нобелий	
15
элементов в порядке возрастания их атомных весов в ряд
через определенное число повторяются элементы со сход-
ными свойствами. Если этот ряд элементов разделить на
несколько строк так, чтобы возрастание атомных весов
шло слева направо и сходные элементы оказались друг
под другом в одном вертикальном столбце, то получится
периодическая система элементов. Эту работу и выполнил
в 1869 г. Д. И. Менделеев, выразив открытый им закон в
виде таблицы.
Можно подумать, что Менделееву нетрудно было сде-
лать это открытие, так как закон очень прост. На самом
деле задача была чрезвычайно сложной. Лишь две трети
элементов, имеющихся на Земле, были известны во вре-
мена Менделеева, и распределение их в порядке возра-
стания атомных весов не давало правильной повторяе-
мости свойств. Но Менделеев, глубоко убежденный в
справедливости найденного им закона, сумел правильно
расположить все известные элементы, оставив свободными
те клетки таблицы, которые должны были занять еще не
найденные элементы.
Придавая основное значение периодической повторя-
емости химических свойств элементов, Менделеев в ряде
случаев расположил элементы не в порядке возрастания
атомных весов.
Используя периодический закон, Менделеев предска-
зал свойства еще не открытых элементов.
Все свободные клетки периодической системы впослед-
ствии были заполнены новыми элементами, и предсказа-
ния русского ученого подтвердились.
Периодическая таблица Менделеева помогла многим
великим открытиям XX века. Эти открытия показали важ-
ное значение закона, найденного великим ученым. Так,
например, порядковый номер элемента в таблице ока^-
зался не просто очередным номером, он получил глубокий
физический смысл.
3.	Мир атомов
Размеры атомов и молекул и их веса ничтожно малы.
Если их выражать в обычных единицах измерения — грам-
мах и сантиметрах, то получатся цифры, совершенно не-
удобные для обращения. Так, вес атома кислорода ра-
вен 0,000 000 000.000 000 000 000 026 грамма.
16
Зак. 614
Самый легкий атом — атом водорода — весит в 16 раз
меньше атома кислорода, а атом калифорния, одного из
самых тяжелых известных в настоящее время элемен-
тов, — всего в 15 раз тяжелее атома кислорода.
В состав молекул входит относительно небольшое ко-
личество атомов, поэтому и веса молекул выражаются
такими же маленькими числами, как и веса атомов. Даже
гигантские молекулы некоторых белковых веществ, кото-
рые в 1000 раз тяжелее атома кислорода, имеют очень
маленький вес. Поэтому в самых небольших количествах
вещества содержится грандиозное количество молекул и
атомов. Например, в грамме железа содержится около
10 000 000 000 000 000 000 000 атомов. Но грамм же-
леза — это кубик с ребром длиною всего в V2 сантиметра.
Нетрудно найти, что на линии длиной, равной одному
сантиметру, вплотную друг к другу разместится около
100 миллионов атомов железа.
Чтобы еще лучше представить себе грандиозность
числа атомов в самых небольших количествах вещества,
рассмотрим такой пример. Если из трубы дома или за-
вода, находящегося в Москве, вылетит 1 грамм сажи и
равномерно распределится на всей площади, занимаемой
городом, то на каждом квадратном сантиметре окажется
по 500 миллиардов атомов углерода, из которого состоит
сажа.
Обычно на практике пользуются системой так назы-
ваемых атомных и молекулярных весов. По этой системе
вес атома любого элемента выражается через вес атома
кислорода, условно принятый равным 16 атомным едини-
цам массы. Вес самого легкого атома — атома водо-
рода — по этой системе весов приблизительно равен еди-
нице, а самого тяжелого природного элемента — урана —
примерно 238. Молекула воды по этой системе имеет так
называемый молекулярный вес, равный 18.
4.	Открытие радиоактивности
В конце прошлого столетия французский физик
А. Беккерель обнаружил, что вещества, в состав которых
входит уран, испускают какие-то лучи. Эти лучи, так же
как и солнечные, действуют на фотографическую пла-
стинку, вызывая засвечивание светочувствительного слоя.
Но в отличие от солнечных новые лучи подобно лучам
2 А. Н. Несмеянов
Рентгена оказывают свое действие на пластинку и в том
случае, когда она завернута в черную бумагу.
Изучением лучей, открытых Беккерелем, занялись мно-
гие ученые. Особенно плодотворными были работы Марии
Склодовской-Кюри и ее мужа Пьера Кюри. Они нашли,
что лучи Беккереля испускаются только теми веществами,
которые содержат уран или торий. Для обнаружения этих
лучей Пьер Кюри построил специальный прибор, основан-
ный на том, что под действием лучей Беккереля воздух
становится проводником электрического тока. Прибор
Рис. 1. Схема прибора для обнаружения лучей Беккереля:
1 и 2 — металлические пластинки; 3 — гальванометр; 4 — источник по-
стоянного тока; 5 — излучение исследуемого вещества
работает по схеме, показанной на рис. 1. Металлическая
пластинка 1 присоединяется к отрицательному полюсу
электрической батареи, а пластинка 2 — к положитель-
ному. Если излучение радиоактивного вещества проходит
между пластинками 1 и 2, то воздух делается проводни-
ком электрического тока, вся цепь оказывается замкну-
той, и стрелка гальванометра 3 отклоняется. Чем интен-
сивнее излучение, тем больше отклоняется стрелка.
Мария Кюри установила, что интенсивность излучения
была тем больше, чем больше урана находилось в веще-
стве. Вскоре, однако, выяснилось, что урановая руда, так
называемая урановая смолка, давала излучение в не-
сколько' раз более интенсивное, чем чистый металл уран,
несмотря на то, что в урановой смолке содержалось лишь
несколько процентов урана. Это явление говорило о том,
что в урановой смолке есть какое-то вещество, способное
к более сильному излучению, чем сам уран.
18
Поисками этого неизвестного вещества и занялись
Мария и Пьер Кюри. В результате двухлетней работы им
удалось обнаружить в урановой руде два новых вида
атомов, т. е. два новых элемента — радий и полоний. По-
лоний получил свое имя в честь Польши — родины Марии
Кюри, — а радий — за его излучение («радиус» в пере-
воде с латинского — луч). Само излучение было названо
радиоактивным, а элементы, способные к такого рода из-
лучению, — радиоактивными. Радиоактивными элемен-
тами оказались уран, торий, радий и полоний.
5.	Радий
Радий испускает лучи, подобные урану, но излучение
радия более интенсивное. Радий непрерывно выделяет
тепло.
Лучи от кусочка радия идут прямолинейно во все сто-
роны. Они плохо проникают через свинец, и если радий
находится на дне свинцовой коробки, в которой сделано
Рис. 2:
а — поток лучей радия дает на фотопла-
стинке черное пятно; б — проходя через силь-
ное электромагнитное поле, поток делится на
три вида лучей
узкое отверстие, то лучи распространяются из этого от-
верстия узким пучком. Если на пути пучка поставить
фотографическую пластинку, то после проявления на ней
получится одно маленькое пятно (рис. 2, а). Если же
лучи радия проходят сквозь электромагнитное поле, то
они делятся на три составные части. Это легко обнару-
жить с помощью фотопластинки. Вместо одного пятна на
ней после проявления появляются три: одно в центре,
другое рядом с ним, а третье с другой стороны от центра
(рис. 2,6).
Три роДа лучей радия были назвайы альфа- бета- И
гамма-лучами (альфа-, бета- и гамма — названия трех
первых букв греческого алфавита).
Как было установлено опытами с отклонением излуче-
ния радия в электромагнитном поле, альфа-лучи пред-
ставляют собой поток положительно заряженных частиц,
бета-лучи — поток отрицательно заряженных частиц, а
гамма-лучи не несут никакого электрического заряда.
6.	Строение атома
Исследование свойств радия и ряд других опытов
привели ученых к заключению, что атомы являются слож-
ными частицами, в состав их входят положительно заря-
женные частицы и электроны *. Как же расположены они
в атоме?
Оказывается, в центре атома находится положительно
заряженное ядро очень малых размеров. Ядро окружено
электронами. Так как атом в целом электрически нейтра-
лен, то число окружающих его электронов равно заряду
ядра.
Расстояния от ядра до электронов значительно больше
размеров самого ядра. Если представить себе ядро увели-
ченным до размеров горошины, то электроны как бы ока-
жутся на расстоянии 100 метров от ее центра.
Диаметр ядра атома имеет размер порядка 0,0001
ангстрема, а сам атом — от одного до пяти ангст-
ремов **.
Электроны составляют лишь незначительную часть
массы атома. Почти вся масса атома сосредоточена в
ядре. Если бы мы смогли наполнить один кубический сан-
тиметр ядрами какого-либо атома, то он весил бы при-
близительно столько же, сколько величайшая гора Кав-
каза Эльбрус (около 100 000 000 тонн).
* Электроны — это составные части каждого атома, несущие
отрицательный электрический заряд. Электрон приблизительно в
1850 раз легче атома водорода. Он представляет собою наимень-
шее (известное на сегодня) количество электричества — «атом элек-
тричества».
** Ангстрем — единица длины, употребляемая для измерения
размеров атомов и молекул, она равна одной стомиллионной доле
сантиметра.
20
Атомы различных элементов отличаются друг от друга
весом и зарядом ядра.
На рис. 3 показа-
ны упрощенные схе-
мы строения некото-
рых атомов. Элек-
троны в атомах рас-
полагаются слоями.
В результате, напри-
мер, химической
реакции атом может
передать электроны
из внешнего слоя
• Электрон
Ядро (цифра обозначает величину
положительного заряда)
Рис. 3. Упрощенные схемы строения
некоторых атомов
Водород
другому атому. При
этом электрическая нейтральность атомов нарушается.
Такие заряженные частицы называются ионами. Атомы,
потерявшие один или несколько электронов, становятся
положительными ионами, а принявшие один или •не-
сколько электронов — отрицательными.
7.	Строение ядра атома
После открытия нейтронов советский физик Д. Д. Ива-
ненко в 1932 г. сделал предположение, что ядро атома
состоит из частиц двух видов — протонов и нейтронов.
Предположение Иваненко было развито и обосно-
вано Гейзенбергом и подтверждено всеми опытами, про-
веденными в дальнейшем с атомными ядрами. В на-
стоящее время протонно-нейтронная теория является
общепризнанной.
Протоны — это ядра атомов водорода; масса протона
равна приблизительно одной атомной единице, и протон
имеет положительный заряд. В качестве единицы заряда
в атомной физике принята абсолютная величина заряда
электрона. Заряд протона по абсолютной величине равен
заряду электрона. Следовательно, можно сказать, что
заряд протона равен единице.
Нейтроны имеют примерно такую же, как и протоны,
массу, но не несут электрического заряда. Это электри-
чески нейтральные частицы.
Протонно-нейтронная теория строения атома лежит в
основе современной ядерной физики.
21
Углерод 12 Кислород 16
• Протон
О Нейтрон
Рис. 4. Схемы строения ядер атомов
называется массовым числом.
Так как веса прото-
на и нейтрона в атом-
ных единицах прибли-
зительно равны еди-
нице, то округленный
до целого числа вес
атома в атомных едини-
цах равен сумме числа
нейтронов и протонов
всего ядра. Это число
Число же протонов в
ядре равно порядковому номеру элемента в периодиче-
ской системе. Таким образом, ядро атома углерода, имею-
щего массовое число 12 и заряд, равный 6 единицам,
содержит 6 протонов и 6 нейтронов (рис. 4). Ядро атома
урана с массовым числом 238 и зарядом 92 содержит
92 протона и 146 нейтронов.
8.	Изотопы
Открытие Марией и Пьером Кюри полония и радия
направило ученых на поиски других радиоактивных эле-
ментов. Эти поиски увенчались успехом: в рудах урана и
тория были открыты новые радиоактивные элементы.
Многие из них по своим химическим свойствам оказа-
лись неотличимыми от ранее известных элементов. Так, в
1906 г. был обнаружен элемент ионий, который оказался
сходным по свойствам с ранее известным элементом
IV группы периодической системы торием. Все попытки
отделить ионий от тория кончались неудачей.
В 1907 году было установлено, что вновь открытый
элемент мезоторий химически неотличим от радия.
В последующие годы было обнаружено полное хими-
ческое сходство новых элементов радия В и радия D со
свинцом. Атомы радия В и радия D имеют такой же за-
ряд ядра, а значит, и такой же порядковый номер, как и
атомы свинца, но отличаются от них своей массой. Такое
же равенство зарядов и отличие в массах имело место
у тория и иония, мезотория и радия.
Оказалось, что в некоторых клетках периодической
системы Менделеева должно помещаться несколько ви-
дов атомов, имеющих одинаковый заряд ядра, но разную
массу. Такие атомы получили название изотопов (изотоп
по-гречески означает — занимающий то же место). Ра-
22
дий В и радий D стали называться изотопами свинца, ме-
зоторий 1 — изотопом радия и т. д.
Таким образом, атомы данного элемента содержат
одинаковое число протонов, но могут содержать различное
число нейтронов.
Изотопы были обнаружены и среди нерадиоактивных
элементов. Удалось доказать, например, что газ неон пред-
ставляет собою смесь атомов неона с различной массой.
Впоследствии были обнаружены или получены искус-
ственным путем изотопы всех элементов.
С помощью химических символов можно легко обозна-
чать изотопы различных элементов. Например, изотопы
натрия с массовыми числами 22, 23 и 24 записываются
следующим образом:
Na22, Na23, Na24
Ниже приводится таблица природных изотопов неко-
торых элементов. Как видно из таблицы, алюминий, фос-
фор и марганец имеют только по одному природному изо-
топу.
Природные изотопы некоторых элементов
Название элемента
Символ
Массы изотопов
Водород ..................
Углерод ..................
Кислород .................
Алюминий.............•	. .
Фосфор....................
Сера .....................
Хлор......................
Калий ....................
Марганец..................
Железо....................
Медь......................
Платина ..................
Свинец ...................
Уран......................
Н
С
О
А1
Р
S
С1
к
Мп
Fe
Си
Pt
Pb
U
1, 2
12, 13
16, 17, 18
27
31
32, 33, 34, 36
35, 37
39, 40, 41
55
54, 56, 57, 58
63, 65
190, 192, 194, 195, 196,
198
204, 206, 207, 208, 210.
211, 212, 214
234, 235, 238
23
II. РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ
1.	Радиоактивное излучение
Мы уже говорили о том, что радий испускает альфа-,
бета- и гамма-лучи. Излучение, подобное радию, дают
уран, торий, полоний и многие другие радиоактивные
элементы. Однако распад других радиоактивных веществ
не обязательно сопровождается всеми тремя видами из-
лучений. Что же представляют собой альфа-, бета- и
гамма-лучи?
В результате исследований действия электромагнит-
ного поля на радиоактивное излучение ученые нашли, что
альфа-лучи — это поток положительно заряженных ча-
стиц — ядер атомов гелия. Альфа-частицы вылетают из
ядра атома с огромной скоростью — например из ядра
атома радия со скоростью, примерно равной 17 000 кило-
метров в секунду. Они способны проникать через слой
воздуха в несколько сантиметров толщиной. Проходя че-
рез воздух, они его ионизируют и делают проводником
электричества.
Бета-лучи — это поток электронов, некоторые из кото-
рых вылетают из ядра атома со скоростью, достигающей
величины, близкой к скорости света (300 000 километров
в секунду в пустоте). Они проникают через вещества зна-
чительно лучше, чем альфа-лучи. Если альфа-лучи задер-
живаются пластинкой алюминия толщиной, равной
0,05 миллиметра, то бета-лучи способны пройти через слой
алюминия толщиною до нескольких миллиметров. Так же,
как и альфа-лучи, электроны делают воздух проводником
электричества, только в меньшей степени.
Гамма-лучи имеют ту же природу, что и обычный ви-
димый нами свет, но в отличие от него гамма-лучи, ослаб-
ляясь, проходят через непрозрачные тела, например через
бумагу, дерево; они способны проникнуть даже через слои
24
металлов толщиной в несколько сантиметров. Излучение
природных радиоактивных элементов исчерпывается тремя
перечисленными видами.
2.	Радиоактивный распад
Теперь рассмотрим, что происходит с радиоактивными
атомами при альфа-, бета- и гамма-излучении. Ученые
нашли, что при радиоактивном излучении изменяются
ядра атомов и происходит превращение атомов одного
элемента в атомы другого элемента. Явление это полу-
чило название радиоактивного распада.
Каждый радиоактивный атом рано или поздно пре-
вращается в другой атом. Но не все атомы одного и того
же радиоактивного изотопа существуют одинаковое время;
одни атомы распадаются быстро, а другие могут оста-
ваться неизменными очень долго.
Каким же законам подчиняется радиоактивный рас-
пад?
Оказывается, число распадающихся за малый проме-
жуток времени * атомов прямо пропорционально налич-
ному числу радиоактивных атомов. Это значит, что у того
или другого радиоактивного изотопа за такой малый про-
межуток времени распадается всегда одна и та же часть,
одна и та же доля атомов, строго определенная для каж-
дого элемента.
Этот закон ученые установили опытным путем, наблю-
дая за изменением интенсивности излучения радиоактив-
ных изотопов со временем.
Доля атомов, претерпевающих превращение за вы-
бранную единицу времени, называется постоянной рас-
пада.
Если, например, мы имеем 8 000 000 радиоактивных
атомов и постоянная распада равна 0,01, то это значит,
что в каждую секунду распадается одна сотая часть
наличных атомов: за первую секунду — 80 000 атомов,
за вторую — сотая часть оставшихся 7 920 000, то есть
79 200 атомов, и т. д.
* Промежуток времени должен быть таким, чтобы доля распа-
дающихся атомов составляла малую долю единицы. Таким проме-
жутком времени для одних изотопов может быть секунда, а для
других микросекунда.
25
Скорость радиоактивного распада обычно характери-
зуют периодом полураспада. Период полураспада — это
промежуток времени, в течение которого наличное коли-
чество радиоактивных атомов уменьшается вдвое. На-
пример, период полураспада радия D равен 22 годам.
Это значит, что из 6 400 000 атомов через 22 года оста-
нется 3 200 000 атомов, еще через 22 года — 1 600 000 ато-
мов, затем — 800 000 атомов и т. д.
В этих примерах даны довольно большие числа. Это
совершенно необходимо, так как для малых количеств
атомов закон не будет соблюдаться: из двух атомов ра-
дия D за 22 года может не распасться ни один, а могут
распасться и оба.
Изучение превращения элементов при радиоактивном
распаде дало возможность ученым установить правило
перемещения элемента в периодической системе при этом
процессе. Оно было названо «правилом сдвига». Когда
радиоактивный атом излучает альфа-частицу, заряд его
ядра уменьшается на 2 единицы, так как заряд самой
альфа-частицы равен 2. При этом получается новый эле-
мент, который должен занять в периодической системе
место через одну клетку влево. Например, когда радий,
занимающий 88-ю клетку периодической системы, излу-
чает альфа-частицу, то он превращается в радиоактивный
газообразный элемент эманацию радия, который нахо-
дится в клетке под номером 86.
Бета-частицы, так же как и альфа-частицы, являются
продуктами распада ядра радиоактивного атома; они
испускаются в результате превращения нейтрона в про-
тон:
Нейтрон -> протон + электрон
Заряд ядра при бета-излучении (при испускании элек-
трона) увеличивается на одну единицу; на единицу уве-
личивается и порядковый номер, и поэтому вновь образо-
вавшийся изотоп должен занять в таблице место в сле-
дующей клетке справа. Уран Xi, получающийся из урана
238, занимает клетку номер 90 вместе с торием. Он вы-
брасывает бета-частицу и превращается в уран Хг, кото-
рый имеет порядковый номер 91, то есть является изото-
пом протактиния.
Альфа- и бета-распад сопровождается в большинстве
случаев гамма-излучением.
2$
При гамма-излучении энергия ядра атома умень-
шается, но состав ядра остается неизменным.
Правило сдвига дало возможность найти место в пе-
риодической системе элементов Менделеева для всех вновь
открытых изотопов.
3.	Семейства радиоактивных изотопов
Правило сдвига позволило ученым установить связь
между целыми группами радиоактивных изотопов. Так,
оказалось, что торий с массовым числом 232, выбрасывая
альфа-частицу, превращается в изотоп радия — мезото-
рий 1 с массовым числом 228 и порядковым номером 88.
Мезоторий 1 в свою очередь выбрасывает электрон и
превращается в мезоторий 2 — изотоп актиния. Мезото-
рий 2 испускает бета-лучи и превращается в радиоторий.
Цепь превращений идет от одного радиоактивного
изотопа к другому, пока в результате радиоактивного
распада не образуется устойчивый изотоп.
Так получается ряд радиоактивных изотопов, или ра-
диоактивное семейство.
Исследуя процессы радиоактивного распада, ученые
установили три ряда радиоактивных элементов, которые
находятся в природе: ряд урана, ряд тория и ряд актино-
урана.
Уран 238, торий и актиноуран (уран 235) являются
родоначальниками этих рядов, и каждый ряд заканчи-
вается нерадиоактивным изотопом свинца.
Одним из важных членов семейства урана является
изотоп радия с массовым числом 226; он широко приме-
няется в медицине, технике и в научных изысканиях.
Позднее искусственным путем было получено новое
семейство радиоактивных изотопов — семейство непту-
ния; оно заканчивается устойчивым изотопом висмута.
На рис. 5 и 6 приведены радиоактивные семейства.
В кружках указаны названия элементов, масса атома и
заряд ядра. Стрелки показывают, в каком направлении
идет превращение, значки аир около стрелок — род из-
лучения, а цифры — периоды полураспада.
4.	Радиоактивное равновесие
В каждом радиоактивном семействе есть изотопы с са-
мыми различными периодами полураспада. Уран 238
27
Р"
г
Рис. 5. Семейства урана
10,6
часа
езо-
тооий /
Уран л?
их2
91
Р
Нас
84
6,13
часа
84
Радии
Ra
88
а 1590 лет
Р [ Мезо-
6.7 Ж2
ис-
торий
RdTh
234
ypanZ
UZ
232
Тории
90
al 1,39-10 лет
, 238,
Уран I
UI
92
ос 14510 л
Z34
Уран X.
их,
90
al 1.9 года
224
Тории X
тих
88
ое!3,64дня
.22
Торон
Тп
86
ос 154.5 сек
216
Торий Д \ Р“
84
сек
С£Л,0,158сек.
212 ох п-
ТорииВ\ Р
ThB
82
Тооий С
81
RaC
1,32
мин.
81
216
татин
At
85
al 310 сек
212	_ ос
Торий С\ Р [Торий С
83
мин
208
Свинец
РЬ
82
&470U'^’
At
85
а 1 Неск. сек.
2,4 \ п-/« 214
Радий С\ Р [Радий С
ОО .....
мин
(Х119,7мин. а! 1,5-10 4 сек.
иии\ Р. /раоийс\ Р /полоний
Ran op RaE
Ро
5
дней
22
года
82
84
8
дней
_ 206
Свинец
РЪ
234
УранП
0П
92
«125 10s
часа
„230.
Ионии
Jo
90
«18.3 Ur лет
222
Радон
Rn
86
а 13,825 дня
R&A
ми
84
а 13 мин.
2И х п-
Радий В\ Р
RaB
26,8
мин.
82
24,1
дня
лет
212
)рий С
ThC'
ос 160,5 мин. а 12 /0“^ел
r 2J8	л_Л218^
РадийА\ Р [Астата
3,1
мин.
(а) и тория (б)
28
Рис. 6. Семейства актиноурана (а) и нептуния (б)
29
имеет период полураспада, равный 4,5 миллиарда лет; ко-
личество атомов урана изменяется настолько медленно,
что даже в течение многих веков убыль их практически
нельзя заметить. Период полураспада радия— 1590 лет,
а радия А — всего 3 минуты.
С течением времени в смеси изотопов радиоактивного
ряда наступает так называемое радиоактивное равнове-
сие. Это значит, что количество атомов того или иного
радиоактивного элемента в смеси остается практически
неизменным; сколько атомов получается, столько же рас-
падается. Если из смеси удалить один из изотопов, то
равновесие нарушается, но через определенное время оно
наступает вновь.
Чтобы понять это, сравним радиоактивное семейство
с системой бассейнов с водой, которые расположены друг
под другом и связаны между собой трубами различного
сечения. Представим, что количество воды в них соответ-
ствует количеству радиоактивных изотопов, а сечения
соединяющих труб — постоянным их распада. Учтем, что
скорость вытекания зависит от напора воды: чем выше
уровень воды в бассейне и чем шире труба, тем быстрее
течет из него вода. Допустим, что в первом бассейне на-
ходится такое большое количество воды, что убыль ее
практически не влияет на уровень воды. Из первого бас-
сейна вода протекает во второй по, трубе сечением, рав-
ным 2 кв. сантиметрам. Из второго бассейна вода течет
в третий по трубе сечением, равным 1 кв. сантиметру.
Труба, соединяющая третий бассейн с четвертым, имеет
сечение 4 кв. сантиметра.
Вначале вода во втором бассейне будет прибывать, но
одновременно она будет вытекать в третий бассейн. Когда
высота уровня во втором бассейне станет вчетверо
больше, чем в первом, скорость протока воды во второй
бассейн будет равна скорости вытекания из него в третий.
В первом бассейне уровень в 4 раза ниже, чем во вто-
ром, но зато сечение трубы в 2 раза больше. Поэтому вода
во втором бассейне будет сохранять один и тот же уровень.
То же можно сказать про третий бассейн. Вода в нем
будет прибывать до тех пор, пока уровень ее не достиг-
нет высоты, в 4 раза меньшей, чем в первом бассейне.
Когда уровни будут находиться в соотношении
4 : 16 : 1, скорости притока и вытекания воды для каждого
бассейна станут равны. Наступит равновесие.
30
Если теперь из второго бассейна часть воды вычер-
пать, то равновесие будет нарушено: скорость поступле-
ния воды во второй бассейн будет прежней, но скорость
вытекания уменьшится и в третьем бассейне вода начнет
убывать. Однако через некоторое время уровень во вто-
ром бассейне повысится, и равновесие наступит вновь.
Подобное этому равновесие имеет место и при радио-
активном распаде. Чем больше период полураспада эле-
мента, тем больше его находится в смеси. В семействе
тория, например, из тория образуется в единицу времени
столько атомов мезотория 1, сколько их распадается с
образованием мезотория 2.
Уран, торий и актиноуран находились в земной коре
многие тысячелетия, и за это время в радиоактивных се-
мействах урана, тория и актиноурана установилось равно-
весие
5.	Азот превращается в кислород
Рис. 7. Схема взаимодействия альфа-
частицы и ядра атома азота
В средние века алхимики занимались поисками спо-
собов превращения различных металлов в золото. Поиски
эти были безуспешны, и начиная с XVII века многие уче-
ные перестали верить в возможность превращения эле-
ментов. В XIX веке в науке утвердилось атомно-молеку-
лярное учение. По
этому учению состав-
ные части всякого ве-
щества — атомы — счи-
тались неделимыми,
следовательно, и пре-
вращение одного атома
в другой оказывалось
невозможным.
Но в XX веке, после
того как было изучено
явление радиоактивно-
сти и выяснилось слож-
ное строение атома, ученые снова вернулись к мысли об
искусственном превращении элементов.
Ядро атома нельзя разрушить ни нагреванием до не-
скольких тысяч градусов, ни охлаждением до самых низ-
ких температур, ни высоким или низким давлением. Для
разрушения атомов нужна большая энергия. В руках че-
ловека до открытия радиоактивных элементов такой энер-
гии не было.
31
В 1919 году английский физик Резерфорд решил ис-
пользовать для разрушения атомов энергию радиоактив-
ного излучения, Именно энергию альфа-частиц. Быстроле-
тящие, сравнительно тяжелые альфа-частицы могли слу-
жить миниатюрными снарядами, которые способны раз-
рушить ядро и привести к образованию новых ядер.
Радиоактивный препарат, излучающий альфа-частицы,
помещался в газ азот. Альфа-частицы, сталкиваясь с ато-
мами азота, проникали в их ядра (рис. 7). Затем ядра
раскалывались на два новых ядра: ядро атома кислорода
и ядро атома водорода (или протон). Так впервые был
проведен процесс превращения элементов. С помощью
химических символов он может быть записан следующим
образом:
7N6 * * * * * * * 14 * * + 2Не4 ->	8О17 + jH1
азот альфа- кислород водород
частица
Общее число протонов и нейтронов в этом процессе не
изменяется. Поэтому суммы верхних цифр (массовых
чисел) справа и слева от стрелки должны быть одина-
ковы; сумма нижних цифр — общее количество протонов
в ядрах — также не меняется.
Вес искусственно полученного атома кислорода равен
17 атомным единицам. Это один из изотопов кислорода.
Вскоре с помощью альфа-частиц удалось расщепить
ядра атомов и ряда других элементов.
6. Открытие искусственной радиоактивности
Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, изучая действие
альфа-частиц на атомы различных элементов, сделали ве-
ликое открытие. Они обнаружили, что облученный альфа-
частицами алюминий испускает позитроны. Позитроны
были открыты в 1932 г. в космических лучах, идущих из
мирового пространства. Позитрон — это частица, которая
имеет массу, равную массе электрона, но заряд, равный
и противоположный по знаку заряду электрона, то есть —
положительный.
Как было установлено супругами Жолио-Кюри, испу-
скание позитронов идет и после прекращения обстрела
32
алюМийия альфа-частицами. Число испускаемых позитро-
нов со временем убывает, и, наконец, выделение их пре-
кращается.
Открытое Ирен и Фредериком Жолио-Кюри явление
напоминало картину радиоактивного распада. Поэтому
ученые пришли к мысли, что в результате взаимодействия
алюминия и альфа-частиц получается искусственный ра-
диоактивный элемент. Действительно, убывание числа
испускаемых позитронов подчиняется закону радиоактив*
кого распада. Период полураспада нового радиоактив-
ного элемента оказался равным 3,25 минуты.
Подобные явления были обнаружены также при дей-
ствии альфа-частиц на бор и магний.
Таким образом, супруги Жолио-Кюри показали, что
радиоактивные элементы можно создавать искусственным
путем.
Какие же элементы получались из алюминия, бора и
магния при воздействии на них альфа-частиц?
Изучение взаимодействия алюминия с альфа-части-
цами показало, что сначала из алюминия вылетают ней-
троны, а позитроны появляются уже после бомбардировки.
Ученые нашли, что процесс идет таким путем:
13А127 + 2Не4	]5Р3<> + on1
алюминий альфа-	фосфор	нейтрон
частица
Образовавшийся фосфор распадается с излучением
позитрона:
15Р30 -> 14Si3<> +	+1₽о
фосфор кремний позитрон
При бомбардировке бора и		магния идут следующие
ядерные реакции:		
6в10 +	2Не4	7N13 + on1
бор	альфа- частица	азот	нейтрон
7n13	6с13	+ +1₽°
азот	углерод	позитрон
i2Mg24 4-	2Не4 ->	uSi27 + оП1
магний	альфа- частица	кремний	нейтрон
i4Si27 -> ]3А127 + +1ро
кремний алюминий позитрон
3 А. Н. Несмеянов
23
Свое предположение Ирен и Фредерик Жолио-Кюри
подтвердили, выделив из облученного алюминия радио-
активный фосфор.
Для этого облучения альфа-частицами пластинка алю-
миния была растворена в кислоте. Атомы фосфора, обра-
зовавшиеся из алюминия, попали вместе с атомами алю-
миния в раствор. Затем фосфор был превращен в фосфор-
ную кислоту. К полученному раствору было добавлено
несколько миллиграммов обыкновенной фосфорной кис-
лоты, и после этого вся фосфорная кислота переводилась
в нерастворимую соль — осаждалась из раствора. Полу-
ченная в осадке соль содержала и ту фосфорную кис-
лоту, которая была добавлена к раствору, и ту, которая
образовалась из атомов радиоактивного фосфора.
Для чего же необходимо было добавлять обыкновен-
ную фосфорную кислоту?
Из алюминия в опытах Жолио-Кюри при действии
альфа-частиц могло образоваться лишь несколько десят-
ков тысяч атомов фосфора, то есть 10-18— 10~19 граммов.
Из этого количества фосфора получается так мало соли,
что вся она свободно растворяется в воде и осадок не мо-
жет выделиться. Добавленная нерадиоактивная фосфор-
ная кислота играет роль «носителя». Осаждаясь, она «уно-
сит» вместе с собой и ничтожные количества радиоактив-
ной фосфорной кислоты.
Как же узнать, есть ли в осадке атомы радиоактив-
ного фосфора? Ирен и Фредерик Жолио-Кюри убедились
в этом благодаря тому, что в выделенной фосфорной кис-
лоте идет процесс, при котором происходит излучение
позитронов.
Так же было доказано, что при облучении магния
образуется радиоактивный кремний, а при облучении
бора — радиоактивный азот. Полученные таким образом
неустойчивые элементы были названы искусственными
радиоактивными элементами, а само явление — искус-
ственной радиоактивностью.
7. Атомная «артиллерия»
Работы по получению новых искусственных радиоак-
тивных элементов начали вести ученые различных стран.
В качестве атомных «снарядов» применялись нейтроны, 34
34
нолучаемые при действии альфа-частиц радия или радона
на бериллий:
4Ве9 + 2Не4 -> 6С13 + on1
бериллий альфа- углерод нейтрон
частица
Чтобы получить источник нейтронов, достаточно сме-
шать бромистый радий или полоний с порошком бериллия.
Все элементы периодической системы были подверг-
нуты действию нейтронов. При этом удалось установить,
Рис. 7а. Внешний вид циклотрона1
что в большинстве случаев получаются радиоактивные
элементы, которые испускают бета-лучи.
Однако природные радиоактивные элементы оказались
недостаточно мощными источниками ядерных снарядов.
Один грамм радия, например, в течение секунды испу-
скает 3,7 • 1010 альфа-частиц, а в смеси с бериллием при-
близительно 107 нейтронов. Это — огромные количества
частиц, но нужно иметь в виду, что при действии на ядра
атомов только небольшая часть таких снарядов попадает
в цель, так как ядра атомов составляют ничтожную часть
объема вещества.
Для получения заметных количеств искусственных
радиоактивных элементов ученые построили аппараты,
с помощью которых можно создавать потоки альфа-ча-
8*	35
Рис. 76. Схема циклотрона:
1 — 2 — дуанты; 3 — источник электронов; 4 — отклоняющая
ионы пластинка; 5—место выхода ионов, мишень
стиц, протонов, нейтронов и дейтронов с большим коли-
чеством частиц и большой энергией (дейтроны — ядра
изотопа водорода, состоящие из протона и нейтрона).
Рис. 7в. Вид разобранной камеры
циклотрона:
/—2 — дуанты; 3 — источник электронов
Одним из аппаратов
для получения ядерных
снарядов является цикло-
трон (рис. 7 а).
Циклотрон представ-
ляет собой камеру в фор-
ме цилиндра, шз которой
удален воздух. Камера
находится между полю-
сами огромного электро-
магнита. Внутри камеры
помещены металлические
коробки с сечением в виде
полукруга (рис. 7 б и 7 в).
Эти коробки, называемые
дуантами, располагаются
так, что их прямолиней-
ные края отстоят друг от
друга на несколько санти-
метров. Дуанты присоеди-
няются к мощному источ-
нику тока высокой ча-
стоты. Внутрь камеры
впускается водород или
35
гелий. Между дуантами находится вольфрамовая нить.
Она накаливается и испускает электроны, которые при
своем движении вырывают электроны из оболочек атомов
газа и ионизируют этот газ. Положительные ионы, обра-
зующиеся вблизи вольфрамовой нити, начинают двигаться
к отрицательно заряженному дуанту и по инерции про-
скакивают внутрь него.
Внутри дуантов нет электрического поля, но на летя-
щие ионы действует магнитное поле электромагнита и за-
ставляет их двигаться по окружности, т. е. искривляет
путь движения ионов. Это движение продолжается до тех
пор, пока ионы не выйдут в пространство между дуан-
тами.
К этому времени дуанты меняют знаки своих зарядов,
и ионы снова получают дополнительный толчок, направ-
ленный к отрицательному дуанту. Далее они попадают
внутрь второго дуанта, но теперь движутся с большей,
чем раньше, скоростью и описывают окружность боль-
шего радиуса. Затем ионы снова проскакивают в первый
дуа нт и т. д.
Внутри дуантов ионы двигаются по так называемой
развертке. Когда ускоренные таким образом ионы до-
стигают наибольшей возможной при данных размерах
дуантов скорости, они с помощью отрицательно заряжен-
ной пластины меняют свое направление и выводятся из
дуантов через окошечко (см. рис. 76) на облучаемое ве-
щество.
Если в камеру циклотрона впускают газообразный
гелий, то получаются гелионы — альфа-частицы, если во-
дород, то протоны, если тяжелый водород (изотоп водо-
рода с массой 2), то дейтроны.
В последнее время в камеры ускоряющих установок
стали вводить газы со сравнительно тяжелыми атомами,
например азот. Благодаря этому из урана, например,
можно получить сразу элемент с порядковым номером 99.
В настоящее время построены сверхмощные ускоряю-
щие установки — синхрофазотроны (рис. 8), которые не-
сколько отличаются по принципу действия от циклотрона
и дают возможность сообщать частицам громадную энер-
гию — до 10 миллиардов электрон-вольт. Энергия этих ча-
стиц во много раз превышает энергию частиц, получае-
мых в циклотроне, и в сотни раз энергию частиц природ-
ных радиоактивных элементов. При попадании таких ча-
37
стиц в ядро атома последнее претерпевает большие изме-
нения и от него откалываются протоны и нейтроны в
большом количестве или «осколки», представляющие со-
бою ядра атомов легких элементов.
На описанных установках можно получать не только
быстрые заряженные частицы, но и нейтроны, направляя
дейтроны на бериллиевую пластинку. В этом случае
происходит следующая реакция:
4Ве9 + ,H2 -> БВ10 + on1
бериллий водород	бор нейтрон
Большой циклотрон может дать несколько тысяч мил
лиардов нейтронов в секунду.
Рис. 8. Внешний вид синхрофазотрона
С помощью циклотрона и других аппаратов было ис-
следовано большое количество ядерных превращений и
получены радиоактивные изотопы всех элементов перио-
дической системы Менделеева.
Большое значение для получения искусственно радио-
активных элементов сыграл урановый ядерный реактор,
о котором мы будем говорить позднее,
В настоящее время удалось также получить элементы,
которые не найдены в природе и имеют порядковые но-
мера 43 (технеций), 61 (прометий), 85 (астатин) и
87 (франций); а также так называемые трансурановые
(стоящие после урана в периодической системе) эле-
менты с порядковыми номерами от 93 до 102.
Излучение искусственно радиоактивных изотопов бо-
лее разнообразно, чем природных. Большое число их
обладает позитронным излучением, распад многих искус-
38
ственно радиоактивных изотопов сопровождается рентге-
новским излучением, которое от гамма-лучей отличается
большей длиной волны, а следовательно, и меньшей про-
никающей способностью.
Большое практическое значение имеют те радиоактив-
ные элементы, период полураспада которых не слишком
мал и которые легко могут быть получены. Ниже при-
ведены некоторые искусственные радиоактивные изотопы,
используемые при различных исследованиях.
Таблица некоторых искусственных радиоактивных изотопов,
использующихся в практике
Название элемента	Символ изотопа	Период полураспада
Водород 		1НЗ (Т)	12,41 года
Углерод 		6О	5570 лет
Натрий		uNa24	14,97 часа
Фосфор		15Р32	14,295 дня
Сера		16S35	87,1 дня
Калий 		19К42	12,44 часа
Кальций 		2оСа35	163 дня
Железо		2бРе59	47,1 дня
Кобальт .... 		етсо6»	5,3 года
Медь		29Си64	12.88 часа
Цинк		g9Zn65	250 дней
Мышьяк		зз As76	1,115 дня
Бром		35Br82	1,495 дня
Серебро 		47AgH0	270 дней
Иод		53J131	8,14 дня
Барий 		56ВаШ	13,4 дня
Вольфрам 		74W185	73,2 дня
Золото 		79Au^98	2,697 дня
39
III. АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ
1.	Материя и энергия
Как известно, ядра всех атомов, за исключением лег-
кого водорода, состоят из нейтронов и протонов. Ней-
троны и протоны в ядре прочно связаны друг с другом,
поэтому разрушить ядро очень трудно. Тем не менее
удается осуществить ядерные реакции, то есть такие ре-
акции, при которых ядра атомов одних химических
элементов превращаются в ядра атомов других химиче-
ских элементов или изотопные ядра. Ядерные реакции
осуществляются под действием протонов, нейтронов, дей-
тронов, альфа-частиц и т. д. В большинстве случаев не-
обходимо, чтобы перечисленные выше частицы имели
очень высокую энергию.
Чтобы расщепить ядро атома на протоны и нейтроны,
необходимо затратить большую энергию. Наоборот, в
случае соединения протонов и нейтронов с образованием
ядра атома будет происходить выделение энергии. Закон
сохранения энергии говорит, что энергия не может исчез-
нуть и не возникает из ничего, а лишь переходит из
одной формы в другую. Согласно этому закону энергия,
которую необходимо затратить на то, чтобы разложить
ядро атома на протоны и нейтроны, равна энергии, выде-
ляющейся при образовании этого ядра из протонов и
нейтронов. Такая энергия называется полной энергией
связи ядра атома. Если ее разделить на число протонов
и нейтронов в ядре, то получится средняя энергия связи
нуклона (протона или нейтрона) в ядре, приходящаяся
на один нуклон.
40
Для того чтобы подсчитать энергию связи ядра,
можно воспользоваться уравнением Эйнштейна, опреде-
ляющим взаимосвязь массы и энергии:
Е = тс2
(энергия = масса Xскорость света X скорость света).
Гению великого русского ученого М. В. Ломоносова
принадлежит открытие одного из основных законов при-
роды — закона сохранения веса веществ. По определению
Ломоносова вес веществ, вступающих в химическую ре-
акцию, равен весу веществ, получающихся в результате
реакции. Однако в процессах, происходящих с веще-
ством, масса может изменяться, но при этом изменяется
и запас энергии вещества.
Если мы нагреем тело или, толкнув, заставим его
двигаться, то, придавая телу движение, мы увеличим его
массу. Наоборот, если тело передает энергию другому
телу, то оно само потеряет некоторую массу и эту массу
приобретет другое тело. С помощью уравнения взаимо-
связи можно подсчитать величину изменения массы ве-
щества при изменении его энергии и, наоборот, величину
передаваемой телом внешней среде энергии при изме-
нении массы вещества. Так, если 1 тонну воды нагреть от
0° до 100°, то масса воды вырастет на величину, эквива-
лентную 100 миллионам калорий, то есть на 0,004 мил-
лиграмма. Изменение массы так мало, что определить его
на опыте очень трудно.
Относительное изменение массы при ядерных реак-
циях велико, поэтому оно может быть определено на
опыте. Так, при бомбардировке лития протонами про-
исходит превращение его в гелий по уравнению:
3Li7 + 1Н1 -> 2Не< + 2Не4
литий протон гелий	гелий
Сумма масс ядра атома лития и протона составляет
8,02634, а масса двух ядер атомов гелия — 8,0078 атом-
ных единиц массы; следовательно, масса продуктов реак-
ции на 0,01854 атомных единиц массы, или 3,07 • 10~26
Грамма массы, меньше массы исходных ядер атомов ли-
тия и водорода. Такая масса эквивалентна 27 миллион-
ным долям эрга *. Этой энергией должны обладать ядра
* Эрг —единица энергии. 1 эрг равен 2,389 * 10~8 калорий
41
атомов гелия. Измерения показывают, что энергия каж-
дого ядра гелия равна 13,6 миллионным долям эрга, а
обоих ядер приблизительно 27 миллионным долям эрга,
то есть равна энергии, вычисленной по уравнению
взаимосвязи массы и энергии.
Смысл современного материалистического понимания
закона сохранения материи состоит в том, что материя не
может бесследно исчезнуть или возникнуть из ничего.
ЛАатерия вечна. В различного рода процессах она ме-
няет свою форму — из одного вида материи получается
другой. Изменение массы материи связано с изменением
запаса ее энергии.
Попытки буржуазных ученых использовать взаимо-
связь массы и энергии для опровержения основ диалек-
тического материализма — вечности материи — не состо-
ятельны. Они лишь извращают смысл взаимосвязи массы
и энергии. Энергия не мыслима без материи и мате-
рия — без энергии.
Мы видели, что при образовании из ядра атома ли-
тия и протона двух ядер атомов гелия выделяется ядер-
ная энергия, равная приблизительно 27 миллионным
долям эрга.
Эта кинетическая энергия ядер атомов гелия при их
торможении превращается в тепло. Так как 1 грамм ли-
тия содержит приблизительно 1023 атомов лития, то при
его превращении в гелий под действием протонов выде-
ляется 27 • 1017 эргов, или 64 миллиарда калорий тепла.
Однако чтобы произошло образование из атома лития
и протона двух атомов гелия, необходимо выстрелить в
литий 10 миллионами протонов с энергией протона, рав-
ной 6 десятимиллионным долям эрга. Только один из
10 миллионов протонов попадет в цель — ядро атома ли-
тия — и вызовет ядерную реакцию, то есть придется за-
тратить энергию в 220 тысяч раз большую, чем та, кото-
рая выделяется при реакции. Аналогичные явления про-
исходят и при многих других ядерных реакциях.
2.	Энергия связи
Представим себе, что происходит образование ядра
атома гелия из двух протонов и двух нейтронов. Физики
с большой точностью измерили массы протона и нейтрона:
первая равна 1,0076, а вторая— 1,0089 атомных единиц
42
массы. Масса ядра атома гелия, определенная как сумма
масс двух протонов и двух нейтронов, должна быть
равна 4,0330 атомных единиц массы. Однако на самом
деле она равна 4,0023 атомных единиц массы, то есть
ядро атома гелия на 0,0302 атомных единиц массы легче
массы двух протонов и двух нейтронов, составляющих
это ядро. Отсюда следует, что при образовании атома ге-
лия из протонов и нейтронов произошло изменение массы
и выделилась энергия. Для того чтобы атом гелия вновь
превратить в два протона и два нейтрона, необходимо
затратить энергию, которая эквивалентна 0,0302 атомной
единице массы. Величину этой энергии — энергии связи,
можно найти, воспользовавшись уравнением взаимосвязи
массы и энергии. Она равна 4,5 стотысячной доли эрга.
Легко подсчитать, что при образовании грамма гелия из
протонов и нейтронов выделится энергия, эквивалентная
1,62 • 1011 калориям тепла, или 190 000 киловатт-часов
электроэнергии.
Подобная картина получается и при сравнении масс
ядер атомов других элементов с суммой масс входящих
в их состав протонов и нейтронов. Эта разность позволяет
легко рассчитать энергию связи ядра.
В качестве единицы энергии в атомной физике принят
электрон-вольт (эв) — кинетическая энергия, приобретен-
ная электроном при прохождении им электрического поля
с разностью потенциалов 1 вольт. Используются также
более крупные единицы: 1 килоэлектрон-вольт (Кэв), рав-
ный 1000 эв, и 1 мегаэлектрон-вольт (Мэв), равный
1 000 000 эв *. В лабораторных условиях большая энер-
гия заряженных частиц, необходимая для осуществления
ядерных реакций, может быть получена в специальных
установках, называемых ускорителями.
Оказывается, что полная энергия связи ядра тем
больше, чем больше нуклонов в ядре. Энергия же связи,
приходящаяся на один нуклон, изменяется неравномерно,
что видно из приводимой ниже таблицы. Энергия связи,
приходящаяся на один нуклон, больше всего у элемен-
тов, расположенных в середине периодической системы
элементов Менделеева, таких, например, как криптон. У
более тяжелых элементов она становится меньше. Она
велика у гелия и мала у лития и дейтерия.
* 1 Мэв равен 3,827 • 10~14 калорий.
43
Изотоп	Масса изотопа	Сумма масс ней- тронов и прото- нов*	Разность масс	Полная энер- гия св^зи в миллионах электрон- вольт	Число нукло- нов в ядре	Масса, приходя- щаяся на 1 нук- лон	Средняя энергия свя- зи нуклона в миллионах электрон- вольт
1	2	3	4	5	6	7	8
,Н2	2,01470	2,01705	0,00235	2,18	2	1,00735	1,09
jH3	3,01700	3,02598	0,00898	8,33	3	1,00567	2,78
2Не<	4,00390	4,03419	0,03029	28,20	4	1,00098	7,05
3Li6	6,01697	6,05131	0,3431	31,92	6	1,00283	5,32
5ВЮ	10,01618	10,08539	0,06921	64,4	10	1,00162	6,44
8О16	16,0000	16,1361	0,13661	128,16	16	1,00000	8,01
10Ne20	19,99877	20,17043	0,17186	154,4	20	0,99991	7,72
30Кг82	81,939	82,695	0,756	712,58	82	0,9993	8,69
78Pfl96	196,039	197,690	1,651	1536,64	196	1,0002	7,84
ggBi^	209,057	210,232	1,175	1623,93	209	1,0003	7,77
92U235	235,109	237,024	1,915	1645,00	235	1,0004	7,00
В то же время различна и масса, приходящаяся на
нуклон в ядрах различных атомов. Она больше всего у
дейтерия, велика у лития, значительна у урана и других
тяжелых элементов. Меньше всего значение массы, при-
ходящейся на 1 нуклон, у элементов середины периоди-
ческой системы элементов Менделеева (атомные веса от
40 до 100).
Если будет происходить процесс перехода ядер атомов
элементов с большей массой, приходящейся на 1 нуклон,
в ядра с меньшей массой на один нуклон, то в силу вза-
имосвязи массы и энергии будет происходить выделение
атомной энергии. Эта энергия представляет собой раз-
ницу в энергиях связи конечных и исходных ядер, уча-
ствующих в ядерной реакции.
3.	Как получить атомную энергию
Из сказанного выше следует, что для получения атом-
ной энергии можно идти двумя путями: во-первых, пре-
вращением легких элементов с большей массой, прихо-
дящейся на один нуклон, в элементы с меньшей массой,
* Фактически взяты массы атомов водорода так, чтобы цифры
были сравнимы с предыдущей графой, в которой приняты во вни-
мание не только массы ядер атомов, но и электроны.
44
приходящейся на один нуклон, путем их соединения (сйй-
теза). Примерами таких процессов являются превраще-
ние водорода или дейтерия в гелий, соединение ядер лития
и протонов с переходом их в ядра гелия и т. п. Второй
путь заключается в превращении ядер тяжелых элемен-
тов, например урана, в ядра со средней массой, например,
в ядра таких элементов, как криптон и барий, или другие
пары ядер атомов, сумма зарядов которых равна заряду
ядра атома урана 92. Ядро атома урана обладает боль-
шей массой на один нуклон, чем ядра атомов элементов
середины периодической системы, в частности такие, как
криптон и барий.
В этом заключается принципиальная возможность
получения атомной энергии. Такого рода процессы были
открыты физиками в тридцатых годах двадцатого века.
Один из них — превращение лития под действием прото-
нов в гелий — мы уже описывали. В 1939 году был от-
крыт другой — деление ядер атомов урана под действием
нейтронов на два «осколка» с близкими массами. Сумма
масс «осколков» была приблизительно равна массе деля-
щегося ядра атома урана.
Однако для получения атомной энергии необходимо,
чтобы процесс синтеза или распада ядер протекал само-
произвольно, так же как он происходит, например, при
горении каменного угля. В угле, подожженном в одном
месте, горение распространяется самопроизвольно, пере-
ходя от атома к атому.
Кроме условия самопроизвольного распространения
ядерных процессов, идущих с выделением энергии, необ-
ходимо знать условия возникновения ядерных превраще-
ний. Эти условия в результате упорной работы ученых
были найдены. В настоящее время процессы синтеза
ядер и их распада используются для получения атомной
энергии.
4.	Синтез гелия в природе
В состав звезд и Солнца входит -большое количество
водорода и гелия. Подсчеты показывают, что Солнце
давно потеряло бы свой жар, если бы в нем не существо-
вали процессы, поддерживающие его температуру. Эти
процессы могут быть только реакциями синтеза и рас-
пада элементов.
45
Ученые предполагают, что одним из процессов, Про-
исходящих на Солнце и звездах, является реакция обра-
зования гелия из водорода. Водород, гелий, углерод и
азот являются основными элементами, входящими в со-
став Солнца. Около 50% его состава приходится на во-
дород.
Реакция образования гелия из водорода на Солнце
может протекать по следующей схеме. Атом углерода
соединяется с протоном и превращается в атом радиоак-
тивного азота:
6С12 + iH1
углерод водород
-> 7n18 +
азот
т
гамма-
лучи
Атом радиоактивного азота распадается:
?N13	6С13 + +1ро
азот	углерод позитрон
Образовавшийся атом углерода с массой 13 вновь
соединяется с протоном и превращается в атом азота:
6С13 + jH1 -> 7NU + г
углерод водород азот гамма-
лучи
Последний присоединяет к себе еще один протон и
дает атом радиоактивного кислорода:
7N“ + iH1 8О15 + т
азот водород'	кислород гамма-
лучи
Радиоактивный кислород распадается с образованием
атома азота:
8О15 -> 7N15 + +1Р«
кислород азот позитрон
Получившийся атом азота с массой 15 снова взаимо-
действует с протоном с образованием углерода и гелия:
7N15 + .Н1 -► 6С12 + 2Не4 + т
азот	водород углерод гелий гамма-
лучи
В итоге атом углерода 12 остается без изменений, а
из четырех атомов водорода образуются атом гелия и два
положительных электрона (позитрона).
46
Все остальные атомы в результате последовательно
идущих реакций исчезают, а энергия, эквивалентная раз-
ности масс четырех атомов водорода и атома гелия, вы-
деляется. Этот процесс на звездах развивается самопро-
извольно, так как для его прохождения необходимо
наличие атомов водорода и углерода, температура по-
рядка нескольких миллионов градусов и большое давле-
ние. Все эти условия имеются на Солнце и ряде звезд.
Мы привели только один пример ядерного синтеза,
при котором выделяется энергия. Очевидно, в природе
осуществляется при высоких температурах на звездах
ряд подобных процессов, о которых мы можем догады-
ваться и которые можем попытаться осуществить на
Земле.
5.	Деление урана
Мы уже рассказывали о том, что при действии ней-
тронов на различные элементы был получен ряд радио-
активных изотопов. При этом оказалось, что в большин-
стве случаев из атомов элемента, который подвергается
действию нейтронов, получается его изотоп с массой на
единицу большей. Например, при бомбардировке иода
получается радиоактивный иод:
53JW + оП1	63J128 + т
иод нейтрон иод	гамма-
лучи
Иод 128 излучает электроны; период его полураспада
равен 25 минутам. Испуская электрон, радиоактивный
иод превращается в элемент, следующий в периодиче-
ской системе за иодом, — ксенон:
63J128	51Хе128 + _,р<>
иод	ксенон	электрон
Подобные реакции происходят и с другими элементами.
Можно было предположить, что если взять самый тя-
желый природный элемент — уран, то из него при дейст-
вии нейтронов также может образоваться радиоактивный
изотоп урана, который, испуская электрон, превратится в
следующий за ураном не найденный в природе элемент
с зарядом ядра, равным 93. Этот элемент займет 93-ю
клетку периодической системы.
Уже первые исследования показали, что из урана по-
лучается несколько радиоактивных элементов.
47
Вначале ученые предполагали, что все эти элементы
были более тяжелыми, чем уран. Но это предположение
не оправдалось. Оказалось, что один из полученных эле-
ментов является изотопом лантана, другой — изотопом
бария. Затем среди радиоактивных элементов, полученных
при облучении урана нейтронами, были найдены: иод,
ксенон, криптон, бром и т. д.
При облучении урана нейтронами получаются изо-
топы элементов с зарядами ядра в полтора — три раза
меньшими, чем заряд ядра урана. Как могут такие эле-
менты получиться из урана при облучении его нейтро-
нами?
Ядра атомов урана под действием нейтронов делятся
на два «осколка», представляющих собой, например, ядра
с зарядами 56 (барий) и 36 (криптон), 57 (лантан) и 35
(бром) и т. д., то есть на ядра элементов середины пе-
риодической системы элементов, сумма зарядов которых
равна заряду урана 92.
Из предыдущего ясно, что в результате такого деле-
ния высвобождается огромная энергия, в миллионы раз
превосходящая энергию горения самого лучшего топлива.
Если все ядра атома, находящиеся в одном грамме урана,
претерпят деление, то выделится энергия, равная 8 мил-
лиардам килограммометров, или 20 миллиардам калорий.
С помощью этой энергии можно 8000 тонн груза поднять
на высоту 1000 метров или 200 тонн воды нагреть от 0°
до 100°. Эта энергия достаточна для того, чтобы 15 000
электролампочек по 60 ватт горели в течение суток.
6.	Цепная реакция деления ядер урана
Ядро атома урана содержит больше нейтронов, чем
ядра двух образовавшихся из него «осколков». Из-
быток нейтронов выделяется в свободном состоянии
при делении ядра. Установлено опытным путем, что каж-
дое деление ядра атома урана сопровождается испуска-
нием двух — трех нейтронов. Естественно предположить,
что эти нейтроны будут взаимодействовать с новыми яд-
рами атома урана и вызывать их деление. На рис. 9 по-
казана схема деления урана 235. В свою очередь при
каждом новом делении образуется по два — три новых
нейтрона, которые также могут вызвать деление после-
дующих ядер атомов урана.
48
Число нейтронов, а следовательно, и число актов де-
ления, в этом случае будет возрастать, как лавина, охва-
тывая все новые и новые атомы урана. Таким образом
может идти так называемый цепной процесс деления
чтобы этот процесс осуще-
(рис. 10). Однако для
ствлялся на практике,
необходимо, чтобы вы-
деляющиеся при деле-
нии нейтроны вызывали
новые деления; а не ка-
кие-либо посторонние
процессы. Такими по-
сторонними процессами
являются: уход нейтро-
нов за пределы куска
урана; взаимодействие
ядер урана 238 с ней-
тронами с образова-
нием урана 239, кото-
рый затем испускает
электроны и переходит
в плутоний 239; вза-
имодействие нейтронов
с примесями, находя-
щимися в уране.
Несмотря на то, что
плутоний 239 подобно
урану 235 способен к
делению с размноже-
нием нейтронов и сам
по себе является цен-
ным изотопом, получе-
ние которого важно для
Нейтрон
Рис. 9. Схема деления ядра урана
235. При делении образуются два
«осколка» (в данном примере крип-
тон и барий)
атомной энергетики, в процессе
развития реакции деления урана 235 его образование мо-
жет вести к затуханию цепной реакции деления.
Количество атомов плутония, получающихся в про-
цессе деления, как правило, меньше количества атомов
разделившегося урана 235.
Если устранить по возможности посторонние про-
цессы, то раз начавшийся процесс деления урана будет
происходить самопроизвольно, при этом будет выде-
ляться большое количество энергии.
Цепная реакция деления ядер природного урана
4 А. Н. Несмеянов
49
блуждающий
нейтрон
и 235
I Замедлитель |
Превращается
в плутаний
быстрые. „Осколок^послв
неитооньК’ делеиия
Осколок1,послв
деления
U 238
U 235
Медленные
нейтроны
'Может быть
\ утерян
Осколок*после
деления
.Осколо^'после
__________ деления
С", медлитель
Медленные нейтроны
вызывают дальнейшее деление
Рис. 10. Схема цепной
реакции деления ура-
на 235:
Сверху — без замедлите-
ля в чистом уране 235;
с н и з у — с замедлителем в
смеси изотопов урана
50
благодаря наличию в нем урана 238 может осуществ-
ляться только на так называемых медленных нейтронах.
Медленные, или тепловые, нейтроны имеют скорость
порядка 2000 м/сек. В состав природного урана входят
три изотопа:
U238 (99,28%), U235 (0,7 1 4%) и U234 (0,006%)
Изучение процесса деления урана показало, что деле-
нию подвергаются главным образом ядра урана 235. Его
деление происходит легче иод действием медленных ней-
тронов. Ядра атомов урана 238 делятся только под дей-
ствием быстрых нейтронов. Уран 238 не делится под дей-
ствием медленных нейтронов. Уран 234 в смеси нахо-
дится в таком небольшом количестве, что он практически
не влияет на процесс деления.
Деление урана начинается самопроизвольно благо-
даря внутренней неустойчивости его ядра * или под дей-
ствием случайных нейтронов, которые образуются под
влиянием космических лучей на ядра атомов азота и
кислорода воздуха. Нейтроны, выделившиеся при первом
делении, легко могут вылететь за пределы куска урана
(если объем его мал) или поглотиться в каком-либо по-
стороннем акте в случае наличия в уране ядер атомов
других элементов. Процесс деления в этом случае не бу-
дет развиваться, он прекратится; поэтому необходимо,
чтобы масса урана была велика — больше определенной
величины (критической), когда практически большая
часть нейтронов успевает вступить во взаимодействие с
ураном. В куске урана с массой меньше критической
процесс деления не будет развиваться, ибо нейтроны, вы-
деляющиеся при делении, будут уходить за пределы
этого куска и процесс прекратится. В куске урана с мас-
сой больше критической раз начавшийся процесс деления
вследствие действия выделяющихся нейтронов на новые
ядра атома урана будет развиваться со все возрастаю-
щей скоростью. Чем больше содержание урана 235 в
уране, тем меньше критические размеры, поэтому цепную
реакцию деления лучше проводить на уране, обогащен-
ном ураном 235. Обогащение достигается при разделении
изотопов урана. Одним из способов разделения изотопов
♦ Так называемое спонтанное деление урана, которое было от-
крыто в 1940 г. советскими физиками Г. Н. Флеровым и К. А. Петр-
жаком.
4*
51
урана служит газовая диффузия. Из урана получают
жидкость — шестифтористый уран, ее испаряют и пропу-
скают через ряд пористых перегородок. Скорость прохо-
ждения изотопных молекул через перегородки неодина-
кова. Более легкие молекулы, содержащие уран 235, про-
ходят быстрее. В связи с этим при прохождении каскада
перегородок происходит частичное разделение (обогаще-
ние) или полное разделение изотопов урана.
Для того чтобы лучше (с большим выходом) проис-
ходила реакция деления ядер атомов урана 235, нейт-
роны необходимо замедлить. Замедлителем нейтронов
служат атомы легких элементов таких, как углерод, во-
дород, бериллий и т. п. Нейтроны при столкновении с
атомами углерода или водорода теряют свою энергию —
замедляются (см. рис. 10), не вступая с ними в реак-
цию. Замедление необходимо проводить так, чтобы ней-
троны теряли энергию от большой к маленькой, не сопри-
касаясь с ураном 238. Иначе нейтроны, замедленные до
скоростей промежуточных между выделившимися и
замедленными (с энергией около 1 миллиона электрон-
вольт), будут реагировать с ураном 238 с образованием
урана 239. Следовательно, нейтроны не будут идти на
деление новых ядер атомов урана 235, и цепной процесс
деления прекратится. Такое замедление достигается пу-
тем размещения урана в замедлителе, например построе-
нием решетки из урана и графита.
Нейтроны, попавшие в графитовую прослойку, претер-
певают в ней несколько десятков столкновений с ато-
мами углерода и теряют часть энергии. После этого ней-
троны, выходя из графита, попадают в уран 235 и вызы-
вают новые акты деления. Однако уран и графит дол-
жны быть достаточно чистыми, иначе примеси могут по-
глотить такое количество нейтронов, что развитие про-
цесса деления — цепная реакция — не будет происходить.
7.	Ядерный реактор
Ученым удалось сконструировать ряд установок для
получения атомной энергии, выделяющейся при делении
ядер атомов урана и подобных ему элементов. Эти уста-
новки получили название ядерных реакторов (атомных
котлов). Первый ядерный реактор был пущен в ход уже
через 4 года после открытия процесса деления ядер
урана, то есть в 1942 г.
52
Ядерный реактор представляет собою установку для
осуществления цепной реакции деления ядер. Деление
ядер может осуществляться под действием медленных и
быстрых нейтронов. Быстрые нейтроны образуются непо-
средственно при делении ядер.
В результате их замедления получаются медленные
нейтроны. В процессе замедления также образуются ней-
троны, имеющие скорости промежуточные между быст-
рыми и медленными. В связи с этим различают три типа
ядерных реакторов. Реакторы на медленных, на быстрых
и на промежуточных нейтронах.
Ядерный реактор на медленных нейтронах состоит из
следующих основных частей: активной зоны, отражателя
нейтронов и защитного экрана. Сквозь активную зону
проходит теплоноситель, который охлаждает активную
зону и переносит тепло во вне реактора. Активная зона
реактора представляет собою ту или иную конструкцию,
в которой размещены замедлитель ц тепловыделяющие
элементы, содержащие делящийся материал.
В качестве делящегося материала (ядерного горю-
чего) могут быть использованы уран 235, плутоний 239
и уран 233.
Для замедления нейтронов могут применяться обыкно-
венная и тяжелая вода (вода, содержащая вместо обыч-
ного водорода его изотоп дейтерий), графит и окись
бериллия.
Для отражателя нейтронов обычно применяют те же
материалы, которые употребляют для замедления.
В качестве теплоносителя, охлаждающего активную
зону реактора, используют наряду с обычной водой тяже-
лую воду, расплавленные металлы (натрий и калий) и
газы (гелий). Материалы, употребляемые для замедле-
ния и отражения нейтронов, а также в качестве теплоно-
сителя должны поглощать как можно меньше нейтро-
нов. В этом отношении тяжелая вода имеет большие пре-
имущества, однако она очень дорога в производстве.
Защитный экран обычно делается из бетона и воды,
которые в больших слоях достаточно хорошо поглощают
нейтроны и гамма-лучи.
На рис. 11 схематически изображено устройство ядер-
ного реактора на медленных нейтронах (поперечный раз-
рез через активную зону реактора).
53
Опишем в качестве примера ядерный реактор, уста-
новленный на первой атомной электростанции в СССР.
Реактор состоит из герметического цилиндрического
стального кожуха, заполненного графитовой кладкой.
Внутри кожуха в промежутках находится газ — гелий,
который препятствует выгоранию графита во время ра-
Рис. 11. Схема ядернпго реактора на медленных
нейтронах:
1 — урановые стержни; 2 — замедлитель; 3 — металличе-
ский бак; 4 — графитовый отражатель; 5 — стальной
корпус; 6 — система охлаждения; 7 — система регулирова-
ния скорости цепной реакции; 8 — защитный экран; 9 —
канал для облучения
боты реактора. Центральная часть графитовой кладки
имеет 128 рабочих каналов, каждый из которых представ-
ляет собою длинный графитовый цилиндр, пронизанный
тонкостенными стальными трубками, по оси которого в
центре расположены урановые стержни, заключенные в
стальной кожух. По стальным трубкам пропускается
вода, отбирающая тепло, которое выделяется при делении
урана. Урановые стержни образуют активную зону реак-
тора размером 1,5 X 1,7 метра, окруженную со всех
сторон графитом. Всего в реакторе находится 550 кило-
54
граммов' чистого металлического урана, в котором содер-
жание урана 235 обогащением доведено до 5°/о.
Стальной кожух реактора стоит на бетонном основа-
нии и для защиты персонала станции от излучения окру-
жен слоем воды толщиной в 1 метр и бетонной стеной
толщиной, равной 3 метрам.
Рис. 12. Принципиальная схема первой атомной элек-
тростанции в СССР:
1 — ядерный реактор; 2 — теплообменник (парогенератор); 3 —
турбогенератор; 4 — циркуляционные насосы; 5 — питательный
насос; 6 — конденсатор
В реакторе ежесекундно происходит деление 9-1018
атомов урана 235» т. е. в сутки расходуется приблизи-
тельно 30 граммов урана 235. Деление каждого ядра
атома урана сопровождается выделением 200 миллионов
электрон-вольт энергии. Эта энергия внутри ядерного ре-
актора в результате торможения «осколков» превраща-
ется в тепло. В итоге ежесекундно в реакторе выделяется
7 миллионов калорий тепла.
Вода, двигающаяся по трубкам вдоль урановых стерж-
ней, нагревается за счет этого тепла и уносит выделя-
ющееся тепло из реактора, охлаждая тем самым его ак-
тивную зону. Охлаждающая реактор вода находится под
55
давлением 100 атмосфер. Благодаря этому она может на-
греваться до высокой температуры. В реакторе атомной
электростанции она нагревается до 270°. Вода, охлаждаю-
щая активную зону реактора вследствие взаимодействия
водорода с нейтронами, становится радиоактивной, и
поэтому ее заставляют двигаться по замкнутому кольцу.
По выходе из реактора ее направляют в теплообменник,
где она отдает свое тепло воде вторичного контура
(кольца), превращая ее в пар и охлаждаясь до 190°. Да-
лее она с помощью насосов снова направляется в реактор.
Вода вторичного контура не радиоактивна. Пар, обра-
зующийся в парогенераторе, приводит в движение паро-
вую турбину электростанции. На рис. 12 приведена
принципиальная схема атомной электростанции. Полез-
ная мощность первой атомной электростанции в СССР
составляет 5000 киловатт, а тепловая — 30 000 квт. Сле-
довательно, 16,5% тепла, выделяющегося при делении
урана, превращается в энергию электрического тока;
коэффициент полезного действия станции равен 16,5%.
Если не производить охлаждение реактора, то про-
изойдет разрушение тепловыделяющих элементов.
Цепная реакция деления происходит с размножением
нейтронов, число которых по мере развития реакции де-
ления возрастает. Возрастает, следовательно, и число ак-
тов ежесекундного деления, и поэтому ядерный реактор
может разрушиться от чрезмерного перегрева, если часть
нейтронов не поглотить .посторонними веществами.
В качестве такого поглотителя медленных нейтро-
нов — регулятора скорости реакции — служат стержни из
бористой стали. Бор легко вступает во взаимодействие с
медленными нейтронами. Если стержни вдвинуты внутрь
реактора, то реакция прекращается, так как практически
значительная часть нейтронов, получающихся при деле-
нии, поглощается бором. Если стержни начать выдвигать,
то реакция постепенно ускоряется. Можно подобрать та-
кое положение стержней, при котором ядерный реактор
работает с постоянной мощностью, и поддерживать его
положение автоматически с помощью прибора, который
вдвигает стержни внутрь реактора, как только скорость
выделения нейтронов или температура охлаждающей
воды превышает определенную норму. Здесь мы имеем
дело с регулируемым процессом освобождения атомной
энергии. Мы не будем подробнее, останавливаться на раз-
56
личного рода конструкциях и типах реакторов на медлен-
ных нейтронах, так как это нас уведет далеко от основ-
ной темы книги.
8.	Ядерный реактор — источник радиоактивных изотопов
Ядра атомов большинства химических элементов
взаимодействуют с медленными нейтронами с образова-
нием радиоактивных изотопов, масса которых на единицу
больше массы исходного ядра. Эти изотопы являются
бета-излучателями с самыми разнообразными периодами
полураспада.
Наиболее мощным современным источником медлен-
ных нейтронов является ядерный реактор на медленных
нейтронах. Он в настоящее время широко используется
для облучения различных веществ медленными нейтро-
нами, для получения таким путем радиоактивных изото-
пов. Вещество для облучения вводится в специальный
канал ядерного реактора, который проходит сквозь за-
щиту в слой замедлителя активной зоны реактора (см.
рис. И).
При облучении часть ядер атомов исходного вещества
претерпевает превращение под действием нейтронов с
образованием ядер атомов радиоактивных изотопов
облучаемого элемента. По прошествии времени, доста-
точного для образования необходимого числа атомов
радиоактивного изотопа, облучаемое вещество извле-
кается из ядерного реактора. Далее оно подвергается хи-
мической переработке, при которой производится очистка
от образовавшихся примесей других радиоактивных изо-
топов и в ряде случаев отделение нужного радиоактив-
ного изотопа от облученного вещества. Например, при об-
лучении нейтронами бромбензола (CeHsBr) образуется
радиоактивный изотоп брома, который легко отделяется
от бромбензола путем взбалтывания бромбензола с во-
дой, содержащей в качестве восстановителя сернисто-
кислый натрий. Вода и бензол не смешиваются между
собой и после взбалтывания разделяются на два слоя.
При этом больше половины радиоактивного брома пере-
ходит в водный слой. Это происходит потому, что при об-
разовании радиоактивного брома часть его атомов поры-
вает связь с молекулой бромбензола и остается в виде
атомов свободного брома. Эти атомы реагируют с серни-
стокислым натрием и образуют бромистый натрий, содер-
57
жащий радиоактивный бром. При взбалтывании с водой
бромистый натрий растворяется в воде и оказывается
при разделении в водном слое. Таким образом, удается
отделить основную массу атомов радиоактивного брома
от нерадиоактивных агомов.
В качестве второго примера получения радиоактивных
изотопов в ядерном реакторе приведем получение хло-
ристого натрия, содержащего радиоактивный изотоп нат-
рия. При облучении хлористого натрия нейтронами в
ядерном реакторе из натрия образуется его радиоактив-
ный изотоп Na24, из хлора — радиоактивные изотопы
хлора С136 и С138 и радиоактивные изотопы фосфора
Р32 и серы S35 по	реакциям:				
nNa23	~ь	оП1	- nNa24	+	т
натрий		нейтрон	натрий		гамма- фотон
17С135	+	оП1 н	► J7C136	+	т
хлор		нейтрон	хлор		гамма- фотон
17С137	+	«п1 н	► 17С138	+	т
хлор		нейтрон	хлор		гамма- фотон
17С135	+	оП1 -	<	Q35 16д	+	1Н1
хлор		нейтрон	сера		протон
17С137		«п1 ->	15Р32	+	2Не4
хлор		нейтрон	фосфор		альфа- частица
Таким образом, для получения радиоактивного изо-
топа натрия, не содержащего других радиоактивных
изотопов, после облучения необходимо разделить хими-
ческим путем радиоактивные изотопы натрия, хлора,
фосфора и серы. Количество атомов хлора 36, получаю-
щихся при ядерной реакции при небольшом времени
облучения (несколько часов), практически очень мало и
с этим изотопом можно не считаться. Хлор 38 имеет пе-
риод полураспада, равный 37 минутам, и поэтому через
5—6 часов после конца облучения он практически пол-
ностью распадается. Для отделения радиоактивного фос-
фора и серы облученный хлористый натрий растворяют в
воде и через раствор пропускают струю хлористого водо-
рода. При этом хлористый натрий осаждается из ра-
58
створа, а радиоактивные фосфор и сера остаются в ра-
створе.
Третий пример — облучение в ядерном реакторе чи-
стого металлического золота. При этом в массе атомов не-
радиоактивного золота образуется единственный радио-
активный изотоп — золото 198. Полученный радиоактив-
ный материал используется без химической обработки.
Описанный способ получения радиоактивных изотопов
является наиболее употребительным для научно-исследо-
вательских целей, так как этим путем могут быть полу-
чены радиоактивные изотопы почти всех химических
элементов без примесей других радиоактивных изотопов.
Чистота полученных изотопов зависит от чистоты мате-
риалов, употребляемых для облучения, и от способа их
очистки после облучения.
Вторым источником радиоактивных изотопов в ядерном
реакторе является процесс деления урана или другого
делящегося материала в ядерном реакторе. При делении
образуются бета-излучающие радиоактивные изотопы 34
химических элементов, начиная в периодической системе
от № 30 — цинка и до № 63 — европия включительно.
Среди этих изотопов есть много изотопов с маленькими
периодами полураспада, но ряд изотопов обладает перио-
дами полураспада, удобными для их использования в
различных областях науки, техники и военном деле. В
таблице на стр. 59—60 приведены наиболее важные
долгоживущие изотопы, получающиеся при делении урана.
Наиболее важные долгоживущие изотопы, получающиеся
при делении урана
Название элемента	Символ изотопа	Период полураспада
Цинк		Zn72	2,04 ДНЯ
Мышьяк		As76	1,11 ДНЯ
Бром		Br82	1,5 дня
Рубидий 		Rb86	19,5 дня
Стронций 		Sr89	54,5 дня
	SrM	28 лет
Иттрий		Y91	61 день
Цирконий		Zr95	65 дней
Ниобий		Nb95	38,7 дня
Молибден		Mo99	2,8 дня
59
Название элемента	Символ изотопа	Период полураспада
Технеций 		Тс»	2,12 • 105 лет
Рутений 		RulOS	38,9 дня
	RuW6	290 дней
Кадмий	•		Cd из	1.54 дня
	CdH5	5,1 года
Олово		Sn123	43 дня
Сурьма 		Sbi&	2,75 лет
Теллур 		Тё1ЭТ	90 дней
	Tei29	35,5 дня
Иод		1131	8,14 дня
Цезий		CS137	33 года
Барий 		BaHO	13,4 дня
Лантан		La 140	1,65 дня
Церий		СеШ	33,11 дня
	Cei44	282 дня
Празеодим		pr143	13,5 дня
Неодим 		N d 147	11,9 дня
Прометий		Pm 147	2,26 года
Самарий 		Smi51	73 года
Европий 		Eui54	16 лет
	Eula5	1,7 года
	Eui56	15,4 дня
Кроме того, в ядерном реакторе из урана 238 под дей-
ствием нейтронов образуется плутоний 239.
92и238 + «п1 -> 92U239 + t
уран 238 нейтрон уран 239
92U239 -> gjNp239 +
уран 239 нептуний 239 электрон
93Np239 -> 94Pu239 + _!₽«
нептуний 239 плутоний 239 электрон
Продукты деления мешают дальнейшему протеканию
цепной реакции деления в ядерном реакторе. Они погло-
щают нейтроны и прекращают процесс деления. Ядерный
реактор зашлаковывается, поэтому урановые стержни
приходится заменять новыми. В условиях атомной эле-
ктростанции СССР допускается выгорание (деление)
20% первоначального количества урана 235.
Урановый стержень, в котором накопились продукты
деления и плутоний, вынимают из ядерного реактора и
60
подвергают растворению в кислоте. Из раствора отде-
ляют продукты деления и плутоний, тем самым добывая
делящийся материал — плутоний — и очищая уран от
«осколков» деления. Этот процесс отделения сложен и
дорог, так как в большом количестве урана содержится
ничтожное количество плутония. Отделение проводится на
полностью автоматизированном заводе, так как процесс
выделения опасен для здоровья людей. Чтобы получить
в день 1 килограмм плутония, необходимо построить
большой ядерный реактор, по американским данным, теп-
ловой мощностью в 2 000 000 киловатт. Такой реактор
содержит много тонн урана. Плутоний и радиоактивные
изотопы, получающиеся в результате работы ядерного
реактора, являются ценными продуктами. Плутоний мо-
жет служить вместо урана 235 ядерным горючим, так как
он, подобно урану 235, делится под действием нейтронов
с выделением нескольких нейтронов и большого количе-
ства энергии.
При очистке и регенерировании (отделении) урана
из урановых тепловыделяющих элементов после выгора-
ния в них урана 235 и отделения образовавшегося плуто-
ния от урана в атомном производстве разделение продук-
тов деления урана на изотопы отдельных химических эле-
ментов не обязательно. Эта задача представляет собою
сложную и дорогостоящую химическую операцию, кото-
рую не всегда целесообразно выполнять. Однако в ряде
случаев для получения ценных радиоактивных изотопов
разделение может производиться.
Ядерный реактор служит также источником нейтро-
нов и гамма-лучей для облучения различных материалов
с целью изменения их свойств. Этот вопрос более по-
дробно будет рассмотрен в главе об использовании излу-
чения радиоактивных изотопов.
9.	Ядерные реакторы на быстрых нейтронах
Мы знаем, что деление ядер урана происходит не
только под действием медленных, нс и под действием
быстрых нейтронов. Но чтобы быстрый нейтрон вызвал
деление ядра урана, необходимо, чтобы он прошел мимо
большего, чем медленный, числа ядер атомов урана 235.
Для этой цели можно взять вместо естественной смеси
61
изотопов урана чистый уран 235 или естественную смесь
изотопов урана, обогащенную ураном 235.
В отличие от реакторов на медленных нейтронах, ко-
торые громоздки, реакторы, работающие на обогащенном
уране и быстрых нейтронах, могут быть созданы неболь-
ших размеров. Такой реактор содержит лишь несколько
килограммов обогащенного урана. Такого рода реакторы
могут быть использованы для двигателей на транспорте.
Реактор на быстрых нейтронах может иметь некоторые
конструктивные элементы реактора на медленных нейтро-
нах, но его активная зона не содержит замедлителя.
Большой практический интерес представляет собою
так называемый размножающий ядерный реактор. Он ра-
ботает на быстрых нейтронах и обогащенном ураном 235
естественном уране. В этом реакторе потери нейтронов
сводят до минимума. В центре реактора помещается уран
235 или обогащенный ураном 235 естественный уран. Он
окружается оболочкой из естественного урана, а затем
ставится защитная стенка.
Часть нейтронов, выделяющихся при делении урана
235, расходуется на развитие процесса деления, а избыток
нейтронов реагирует с ураном 238, находящимся в обо-
лочке из естественного урана. Эта реакция приводит к
образованию из урана 238 плутония. Так как каждое
ядро атома урана 235 при делении выделяет 2—3 ней-
трона, на продолжение реакции расходуется один ней-
трон, а потери нейтронов невелики, то один или более
нейтронов, соединяясь с ядрами урана 238, образуют плу-
тоний. Таким образом, в таком реакторе исчезает уран
235 и появляется в большем количестве, чем расходуется
уран 235, плутоний 239. В ядерном реакторе, работаю-
щем на естественном уране, также получается плутоний
239, но в меньшем количестве, чем расходуется уран 235.
Плутоний может быть извлечен и применен вместо урана
235 в качестве ядерного горючего. Этим путем теорети-
чески весь запас урана 238 может быть превращен в
плутоний — в ядерное горючее, и, следовательно, коли-
чество ядерного горючего фактически может не умень-
шаться, а накопляться в процессе его сжигания. Расхо-
доваться будет уран 238, а его в природе имеются такие
количества, которые надолго обеспечат человечество
атомной энергией.
62
Кроме урана 238, можно использовать еще более
распространенный в природе элемент — торий, который,
захватывая нейтрон, претерпевает ряд превращений и
образует уран 233.
90Th232 + «П1	90Th233
торий 232	нейтрон	торий 233
90ТЬ233	91Ра233	+
торий 233 протактиний 233	электрон
91Ра233	-> 92U233 +
протактиний 233 уран 233	электрон
Уран 233 подобно ядру урана 235 делится с выде-
лением нейтронов и может служить ядерным горючим.
Таким образом, в качестве ядерного горючего могут упо-
требляться уран 235, уран 233 и плутоний 239, а в каче-
стве материалов для получения плутония 239 и урана 233
уран 238 и торий 232. Все эти элементы радиоактивны.
Они хотя и медленно, но распадаются, испуская альфа-
частицы. Однако наименее устойчивый из них — плутоний
239 — имеет период полураспада 24 000 лет, и в течение
столетий его убыль в результате распада не будет заметна,
Уран 233 имеет период полураспада 1,63*105 лет, а
уран 235 — 7,13* 108 лет. Обращение с этими элементами
должно быть осторожным, так как они радиоактивны,
являются альфа-излучателями.
10.	Атомная энергия на службе человека
Ядерные процессы таят в себе неисчислимые богат-
ства, в них заложено счастливое будущее человечества,.
Атомная электростанция, включающая в себя ядерный
реактор, может быть построена в любом месте земного
шара: на высоких горах, глубоко под землей, в пусты-
нях юга. Она требует для своей работы перевозки лишь
урановых стержней. Это количество атомного горючего
очень мало по сравнению с тем, которое необходимо для
получения равного количества энергии на электростанции,
работающей на угле или другом топливе.
Запасы ядерного горючего урана и тория в земной
коре велики и превышают по теплотворной способности
запасы каменного угля, нефти, газа, горючих сланцев
примерно в 20 раз.
63
Размеры ядерного реактора зависят от его мощно-
сти и употребляемого в нем ядерного горючего. Уста-
новки большой мощности на естественном уране гро-
моздки. Они весят много тонн. В то же время могут быть
сконструированы реакторы небольших размеров, кото-
рые можно устанавливать, например, на больших судах,
самолетах и т. п. На судовых атомных силовых установ-
ках такие реакторы расходуют свое тепло на парообразо-
вание. Пар приводит в движение турбину, которая пере-
дает это движение, например, гребному винту судна.
Установка ядерного реактора на подводной лодке дает
возможность ей находиться длительное время под водой
без всплывания, так как для сжигания ядерного горю-
чего не нужен воздух. Такие подводные лодки могут
длительное время плавать в морях северного и южного
полюсов, пересекая их подо льдом.
Будущее трансконтинентальных и межпланетных пере-
летов связано с ядерным горючим. Можно представить
себе примерные конструкции двигателей для самолетов и
ракет, которые работают, потребляя самое концентриро-
ванное топливо — атомное топливо.
Межпланетный корабль должен развить огромную
скорость, чтобы вырваться из сферы притяжения Земли.
Такую скорость можно получить в ракете, которая ис-
пользует ядерное горючее. Ракета двигается под дейст-
вием силы отдачи, такой же силы, которая появляется
при выстреле орудия или винтовки. Газы в ракете созда-
ются при горении. Для этого ракета снаряжается порохом
или горючей жидкостью и жидким кислородом. Жидкость,
сгорая, превращается в газ, который с большой силой
вырывается из сопла (дюзов) ракеты и заставляет ее
двигаться. Деление урана 235 или плутония может заме-
нить в ракете процесс горения. В этом случае достаточно
небольшого количества делящегося материала по сравне-
нию с горючим материалом и жидким кислородом, чтобы
ракета приобрела большую скорость. Трудность конст-
руирования такого рода ракеты заключается в том, что
камера сгорания и выходные отверстия должны выдер-
живать очень высокую температуру. Ракета на атомном
(ядерном) горючем может работать и иначе, например на
принципе испарения жидкости. В качестве такой жидко-
сти может быть взят сильно охлажденный и сжатый боль-
шим давлением газ водород, которой при таких условиях
64
представляет собой жидкость. Жидкий водород из спе-
циального резервуара под давлением устремляется в ядер-
ный реактор, где он превращается в пар, сильно нагре-
вается и устремляется к выходному отверстию ракеты,
двигая ее вперед с огромной скоростью. Ядерный реактор
может быть использован и в реактивном двигателе само-
лета.
Использование атомной энергии может идти и другим
путем.
Атомная энергия, высвобождающаяся при радиоактив-
ном распаде в виде излучения, дает возможность широко
использовать радиоактивные изотопы в различных обла-
стях науки, техники и в военном деле. Этим вопросам и
будут посвящены последующие главы книги.
5 А. Н. Несмеянов
IV. МЕЧЕНЫЕ АТОМЫ
1.	Как можно узнать о присутствии радиоактивных
изотопов
При радиоактивном распаде происходит излучение
альфа- или бета- (электроны, позитроны) и гамма-лучей.
Из опытов Беккереля мы знаем, что эти лучи действуют
на фотографическую пластинку так же, как действует на
нее свет. Обнаружение радиоактивных излучений с по-
Рис. 13. Радиоавтограф коренных зубов собаки, кон-
центрировавших радиоактивный натрий:
а — снимок (негатив); б — отпечаток (позитив)
мощью фотопластинок начало развиваться на заре иссле-
дований радиоактивности.
Уже в 1904 году русский врач Лондон применял фото-
пластинки для регистрации наведенной радиоактивности
тела животных, помещенных в сосуды с газом радоном.
66
Эта активность на теле животных получалась за счет
осаждения радиоактивных изотопов — продуктов распада
радона.
Теперь ученые широко используют фотографический
способ для обнаружения радиоактивных изотопов. Этот
метод получил название радиографии, а снимок — радио-
автографа. Для получения радиоавтографа предмет, содер-
жащий радиоактивный
изотоп, прикладывается в
темноте к фотопластинке
и выдерживается некото-
рое время. Далее пластин-
ка проявляется. В местах,
на которые действовало
радиоактивное излучение,
появляется потемнение. С
полученного таким обра-
зом негатива печатается
снимок. На снимке свет-
лые места соответствуют
участкам, где скапливает-
ся радиоактивный элемент.
На рис. 13 показан нега-
тив и позитив коренных
зубов собаки, концентри-
ровавших радиоактивный
натрий, а на рис. 14 — ра-
диоавтограф минерала, со-
держащего уран.
Радиоактивное излу-
чение может быть обнаружено еще следующим путем.
Представим себе, что в цилиндр с поршнем введен чистый
водяной пар. С помощью поршня быстро увеличим объем,
занимаемый паром, настолько, чтобы пар переохладился.
Если в цилиндре нет заряженных частиц, пар останется
паром. Если же в цилиндре есть какие-нибудь заряжен-
ные частицы, например ионы, то начнется образование
тумана — ионы служат центрами, вокруг которых обра-
зуются мельчайшие водяные капельки. Так как альфа- и
бета-лучи ионизируют воздух, то на пути каждой альфа-
частицы или электрона, попадающего в такой цилиндр,
т. е. в пространство с переохлажденным паром, возникнет
полоска тумана. Полоски можно наблюдать глазом или
Рис. 14. Радиоавтограф минерала,
содержащего уран. Позитив. Свет-
лые места показывают располо-
жение радиоактивного элемента
5*
67
сфотографировать и по ним считать отдельные частицы,
выбрасываемые из ядер атомов. На этом принципе пост-
роен специальный прибор — камера Вильсона.
Радиоактивное излучение ионизирует воздух, делает
его проводником электрического тока. Поместим радиоак-
тивное вещество в металлическую камеру, в центре кото-
рой укреплен металлический стержень, не соприкасаю-
щийся с ее стенками. Такая камера называется иониза-
ционной. Присоединим к камере и стержню электриче-
скую батарею. Благодаря присутствию радиоактивного
вещества воздух ионизируется и между стержнем и стен-
кой цилиндра будет протекать электрический ток. Ток
этот тем больше, чем интенсивнее излучение. Силу тока
можно измерить электрометром. Электрометр — это при-
бор, в котором тончайшая металлическая нить, соединен-
ная со стержнем металлической камеры, находится
между двумя пластинками противоположного знака.
Если нить соединена с землей, то электрический ток течет
в землю. Если же нить отъединить от земли, то на
стержне и на нити будет накопляться электрический за-
ряд, и нить будет перемещаться к пластинке, заряженной
электричеством противоположного знака. Перемещение
нити идет тем быстрее, чем больше радиоактивного ве-
щества находится в камере. Движение нити наблюдают
в микроскоп. Скорость движения нити является мерой
интенсивности излучения. На рис. 15 показана схема
ионизационной камеры с электрометром.
В настоящее время наиболее распространенным при-
бором для регистрации радиоактивного излучения яв-
ляется счетчик Гейгера-Мюллера. При различного рода
исследованиях применяют счетчики различных конструк-
ций. Одна из них представляет собой тонкостенный стек-
лянный баллон диаметром, равным 1—2 сантиметрам, и
длиной в 10—20 сантиметров. Стенки баллона изнутри
покрыты слоем металла, концы баллона запаяны, и по
оси его натянута металлическая нить, изолированная от
покрытия стенок. Баллон наполнен смесью аргона и па-
ров спирта при давлении, равном приблизительно 10 сан-
тиметрам ртутного столба. Покрытие стенок присоеди-
няется к источнику высокого напряжения в 1000—
2000 вольт, а нить через высокое сопротивление зазем-
лена (рис. 16).
68
вещемЛо
Рис. 15. Схема ионизационной камеры с электрометром
Рис. 16. Упрощенная схема счетчика Гейгера-Мюллера
и его включения:
1 — стеклянный баллон; 2 — внутреннее металлическое покрытие;
9 — нить; 4 — источник высокого напряжения; 5 — сопротивление
69
Если в такой счетчик проникает электрон, то он иони-
зирует некоторое количество молекул газа, находящегося
внутри счетчика. Образовавшиеся при этом электроны
вследствие высокой разности потенциалов между элект-
родами счетчика с большей скоростью устремляются к
нити, производя при этом ионизацию новых молекул газа.
Таким образом, число электронов растет подобно снеж-
ной лавине, начинающейся с падения небольшого комка
снега. В итоге происходит разряд. В момент разряда по
сопротивлению к земле будет течь ток. Вследствие этого
на сопротивлении возникнет импульс напряжения, кото-
рый усиливается специальным прибором и регистрируется
с помощью электросчетчика. Электросчетчик отвечает на
каждую проникшую в газовый счетчик частицу перемеще-
нием стрелки на одно деление. При помощи счетчика
Гейгера-Мюллера можно определить интенсивность излу-
чения или количество распадающихся атомов радиоак-
тивного элемента по числу зарегистрированных в единицу
времени импульсов тока.
Если в счетчик проникают гамма-фотоны, то они вы-
бивают из стенок счетчика электроны, которые в итоге
и вызывают в счетчике разряд. Счетчик фотонов может
быть толстостенным. Для регистрации альфа-частиц и
электронов малой энергии, которые не могут проникнуть
внутрь счетчика через его стенку, применяют счетчики
специальной конструкции с окошками, закрытыми тонкой
слюдой, или применяют счетчики, конструкция которых
позволяет вводить препарат внутрь счетчика. На рис. 17
показан общий вид одной из отечественных установок для
регистрации излучения радиоактивных элементов с по-
мощью счетчика Гейгера-Мюллера.
Альфа-частицы могут быть обнаружены и сосчитаны и
по сцинтилляциям — световым вспышкам, которые полу-
чаются при попадании альфа-частиц на экран из серни-
стого цинка. Сцинтилляции можно наблюдать в темноте
с помощью микроскопа.
Сцинтилляционный метод широко применяется в на-
стоящее время и для регистрации электронного и гамма-
излучения. Однако электроны вызывают настолько сла-
бые вспышки света на сцинтиллирующем экране, что ре-
гистрация их возможна лишь с помощью специального
прибора. Таким прибором является фотоумножитель,
70
Рис. 17. Внешний вид одной из установок для регистрации радио-
активного излучения с помощью счетчика Гейгера-Мюллера:
1 — счетчик в специальной защите; 2 — источник высокого напряжения; 3 —
преобразователь импульсов; 4 — регистратор импульсов
перед стеклянным окошком которого ставится сцинтилли-
рующий экран.
Фотоумножитель представляет собой откаченный до
глубокого вакуума небольшой цилиндрический стеклян-
ный баллон, в котором размещены катод, эмиттеры и анод
(коллектор). На рис. 18 приведена схема устройства и
Рис. 18. Схема регистрации излучения сцинтилляционным методом
с помощью электронного умножителя:
Z< — катод; А — анод; Э — эммитеры
71
включения электронного умножителя. На эмиттеры по-
дается со специального прибора (делителя напряжения)
возрастающее от первого к последующим эмиттерам на-
пряжение. Анод является фактически последним в ряду
эмиттеров и к нему так же подается напряжение, боль-
шее, чем у последнего эмиттера. На катод подается отри-
цательное напряжение порядка 1000—1500 вольт. Излу-
чение радиоактивных изотопов попадает на сцинтилли-
рующий экран или специальный кристалл — фосфор, ко-
торый ставится перед окном фотоумножителя. Под дейст-
вием световых фотонов с поверхности катода вырываются
электроны, которые фокусируются и ускоряются в элект-
рическом поле между катодом и первым эмиттером.
Обычно используют сурмяно-цезиевые катоды, из кото-
рых электроны легко выбить. Попадая на первый эмиттер,
электроны вырывают из его поверхности новые электроны
в большем числе. Последние под действием электриче-
ского поля движутся, все ускоряясь, ко второму эмиттеру
и вырывают из его поверхности еще большее число элект-
ронов, которые устремляются к следующему эмиттеру, и
так до тех пор, пока все электроны не попадут на анод.
Число электронов, попадающих на анод, в сто тысяч —
миллион раз больше числа электронов, срывающихся с
катода. Число последних обычно не превышает тысячи.
Таким образом, на появление в-кристалле фосфора одной
ионизирующей частицы радиоактивного излучения фото-
электронный умножитель отвечает кратковременным
электрическим сигналом, сила которого достаточна для
регистрации его с помощью радиолампового усилителя и
электромеханического счетчика. Каждому электрону или
фотону, попадающему на катод фотоумножителя, электро-
механический счетчик отвечает перемещением стрелки на
одно деление.
В качестве фосфоров можно использовать кристаллы
йодистого натрия с таллием, антрацена, нафталина, воль-
фрамата кальция, некоторые жидкости и растворы, на-
пример раствор терфенила в ксилоле.
Сцинтилляционные счетчики отличаются большой эф-
фективностью регистрации всех видов радиоактивного
излучения.
Мы описали лишь наиболее распространенные методы
регистрации радиоактивных излучений,
72
2.	Что такое метод меченых атомов
В основе большинства явлений природы и искусствен-
ных процессов, проводимых в лабораториях и промышлен-
ности, лежит движение атомов и молекул. С движением
атомов и молекул связаны: течение рек, движение воз-
духа, рост растений, разложение их при гниении, усвоение
пищи животным и человеком, горение ракеты, взрыв ди-
намита и т. д. Атомы во многих из этих процессов не
только перемещаются, но и меняют партнеров, с которыми
они были соединены, образуют новые химические соеди-
нения, новые вещества. Изучение природных и лабора-
торных процессов, следовательно, связано с наблюдением
за перемещением атомов. Наука нашла много тончайших
методов исследования, однако один из этих методов от-
личается такими возможностями, которые не таят в себе
другие. Он позволяет наблюдать движение в самых слож-
ных и скрытых химических и физических процессах и
называется методом «меченых атомов».
Ученые давно мечтали о том, чтобы пометить атомы,
как метят птиц и других животных, за которыми хотят
провести наблюдение. Кольцо на ноге птицы или какая-
либо другая отметка на теле животного дает возмож-
ность определить, далеко ли животное уходит от места
метки, куда и какими путями улетают на зиму птицы,
как долго живут рыбы и т. д. С помощью таких меток
удалось, например, установить, сколько лет живут щуки,
что угри из рек Европы и Америки уходят метать икру в
Саргассово море, где умирают и откуда через несколько
лет молодое поколение угрей приплывает в реки Запад-
ной Европы и Америки.
Метод меток распространен довольно широко. Так, в
поисках подземного пути рек в горных местностях гидро-
логи примешивают к воде рек краски, которые позволяют
доказать по выходу окрашенной воды из-под земли в
нескольких километрах ниже по течению от места, где
была влита краска, связь двух рек между собою. Так с
помощью флуоресцена — краски, которая даже при очень
сильном разбавлении легко заметна, удалось доказать
подземную связь Дуная с рекой, текущей от неё в не-
скольких километрах.
Недавно способ метки был применен пчеловодами.
В улье находится до сорока тысяч пчел, и наблюдение за
73
отдельными группами пчел невозможно без их метки. Пче-
ловоды делают улей с прозрачной крышей, а пчел, выле-
тающих на сбор корма, метят краской у поставленных
на разных расстояниях и в разных направлениях от улья
кормушках. За поведением отмеченных краской пчел
легко проследить в улье с прозрачной крышей. Пчелово-
дам удалось таким путем узнать многие тайны жизни
пчел.
Но не можем же мы превратиться в микроскопических
гномов, уменьшиться в миллиард раз, чтобы атомы стали
для нас подобны пчелам и мы смогли бы их видеть и по-
метить. Что же делать? Как можно пометить атомы?
Только ли глазом можно следить за движением тел?
Вспомните прогулку в лесу за грибами. Вы потеряли
своего товарища, но вот слышите повторяющийся возглас
«ау!» и по этому возгласу легко определяете его местопо-
ложение. Значит, по звуку можно следить за движением
так же, как с помощью зрения. Теперь представьте себе
самолет, который в тумане или ночью идет на посадку.
Посадочный аэродром непрерывно посылает в эфир радио-
сигнал, а летчик принимает этот сигнал с помощью спе-
циального приемника и ведет самолет к месту посадки
так же точно, как если бы он его видел. Представьте себе
корабль, получивший повреждение; его радиостанция не-
прерывно посылает сигналы бедствия. Эти сигналы поз-
воляют установить местопребывание судна. Представьте
себе, наконец, радиолокационную станцию, которая на
огромном расстоянии может проследить за движением
самолета, корабля, подводной лодки, воспринимая отра-
жение посылаемой ею волны от отыскиваемых целей.
Читателю уже известно, что радиоактивные атомы
способны посылать сигнал в виде излучения и что этот
сигнал с помощью приборов, описанных в предыдущем
разделе, может быть принят — зарегистрирован.
Впервые, как уже было рассказано выше, этот сигнал
атомов — радиоактивное излучение — был принят и за-
регистрирован Анри Беккерелем при исследовании соеди-
нений элемента урана. Этим же воспользовались и Мария
и Пьер Кюри при поисках радия и полония. Излучение
радия и полония являлось, следовательно, природной мет-
кой, по которой супруги Кюри обнаружили и выделили
эти элементы.
74
Описанные примеры показывают, что радиоактивное
излучение может служить для атомов меткой, с помощью
которой можно проследить их местонахождение. Но надо
иметь в виду, что радиоактивное излучение — это резуль-
тат радиоактивного распада, и, следовательно, мы можем
зарегистрировать только гибель атома, его превращение
в другой атом. Вспомним, что радиоактивному распаду
подвергаются не все радиоактивные атомы одновременно,
распад происходит постепенно, в течение времени, кото-
рое зависит от свойств данного радиоактивного элемента,
от его периода полураспада. Например, количество ато-
мов радиоактивного фосфора 32 убавится наполовину за
14,3 дня, радиоактивного золота 198 за 2,7 дня, радиоак-
тивной меди 64 за 12,9 часа и т. д.
В процессах, за которыми производят наблюдение с
помощью метода меченых атомов, участвует такое боль-
шое количество атомов, что превращение даже десятков
и сотен тысяч их практически не меняет общего числа
атомов, общего количества вещества, убыль его остается
незаметной для наблюдателя.
Как уже было сказано, в природных и лабораторных
процессах обычно участвуют огромные количества атомов.
При этом поведение одинаковых атомов — атомов одного
и того же элемента — в одном и том же процессе одина-
ково. Например, атомы элемента кальция и фосфора, по-
падающие с пищей в организм человека, идут на построе-
ние костных тканей, атомы иода скапливаются в щито-
видной железе и т. д. Неотличимо ведут себя и изотопы
одного и того же элемента. Если приготовить смесь ра-
диоактивных и нерадиоактивных атомов одного и того же
элемента — смесь изотопов, то отделить атомы радиоак-
тивного изотопа от атомов нерадиоактивного изотопа
очень трудно. В большинстве природных и лабораторных
процессов радиоактивные изотопы ведут себя совершенно
так же, как и нерадиоактивные. Например, при сжигании
серы, содержащей смесь атомов радиоактивного и не-
радиоактивного изотопа, с кислородом соединяются и
радиоактивные и нерадиоактивные атомы. При попада-
нии смеси радиоактивных и нерадиоактивных атомов
какого-либо элемента внутрь организма человека или
животных оба вида атомов ведут себя химически и физи-
чески неотличимо.
Однако -каждый атом радиоактивного изотопа рано или
75
поздно распадается и дает сигнал в форме излучения. Если
же в смеси атомов имеется достаточно большое количе-
ство радиоактивных атомов, то они распадаются непрерыв-
но один за другим, все время сигнализируя о местопребы-
вании и движении всей массы атомов данного элемента.
Мы теперь видим, что достаточно к веществу, за кото-
рым хотят провести наблюдение, подмешать молекулы
этого же вещества, содержащие в своем составе атомы
радиоактивного изотопа, чтобы в течение всего процесса
знать местопребывание всей массы данного вида атомов
по испускаемому атомами изотопа излучению. Метод ме-
ченых атомов, следовательно, — это способ наблюдать за
поведением данного вида атомов в каком-либо процессе
с помощью его радиоактивного изотопа.
Для проведения опыта с использованием метода мече-
ных атомов получают радиоактивные изотопы, а из них —
вещества, необходимые для исследования, часть молекул
которых содержит радиоактивные атомы. По излучению,
исходящему от радиоактивных молекул, следят за пове-
дением и движением таких же молекул, но не содержа-
щих радиоактивных атомов, — следят за всей массой
вещества.
Не только радиоактивные изотопы могут быть исполь-
зованы для метки атомов. У ряда химических элементов
таких важных, например, как кислород и азот, нет радио-
активных изотопов с достаточно большой продолжитель-
ностью жизни. В этом случае используют нерадиоактив-
ные изотопы элемента, за которым хотят вести наблюде-
ние, с массой, отличающейся от средней массы атомов
природного элемента.
Примешивая, например, к обыкновенной воде воду,
содержащую кислород с массовым числом 18 (обычный
кислород имеет массовое число 16), можно наблюдать за
поведением всей массы кислорода по его изотопу с мас-
сой 18. Для наблюдения за движением атомов в этом
случае используют масспектрометр — прибор, в котором
можно определить массу отдельных групп атомов.
3.	Что можно исследовать методом меченых атомов
Метод меченых атомов в настоящее время широко
применяется в различных областях науки; в ряде случаев
он облегчает наблюдение за происходящими процессами,
76
а часто без применения этого метода наблюдение невоз-
можно.
Метод меченых атомов позволяет исследовать рас-
пределение любого вещества в той или иной среде, ре-
шить, где находится то или иное вещество, например
найти распределение фосфора между шлаком и сталью,
установить распределение иода или другого элемента в
животном или растительном организме, изучить распре-
деление легирующих металлов в стали при ее выплавке
и т. д.
Метод меченых атомов дает возможность изучить на-
правление движения того или иного вещества; найти, от-
куда пришли в данную систему те или иные атомы и куда
они направятся дальше, например проследить движение
невидимого газа, не обладающего запахом, в вентиляци-
онной системе; изучить перемещение различных элемен-
тов в живом организме, в частности вытеснение одних
атомов в ней другими; исследовать процессы изнашива-
ния деталей машин и пр.
Далее этот метод позволяет проследить превращение
одних веществ в другие в химических лабораторных,
производственных и биологических процессах.
Метод меченых атомов также помогает решать за-
дачи, связанные с определением малых количеств веще-
ства, например при процессах растворения малораствори-
мых веществ, испарения малолетучих веществ, в хими-
ческом анализе состава или при определении количе-
ственного содержания того или иного вещества и т. д.
Рассмотрим ряд примеров, характеризующих метод
меченых атомов.
4.	Меченые атомы в химии
Химия — наука о превращении веществ. Превращение
же веществ это — перемещение атомов. В связи с этим
метод меченых атомов находит самое широкое приме-
нение в химии; он позволяет сделать тончайшие анализы
состава вещества и содержания в нем тех или иных эле-
ментов, установить наличие едва заметных примесей,
исследовать механизм течения химических реакций, опре-
делить строение молекул, найти растворимость вещества
и решить многие другие задачи химии.
Рассмотрим примеры применения меченых атомов в
химии.
Поведение атомов в растворах. Всыплем в стакан с
водой ложку поваренной соли и размешаем. Соль ра-
створится в воде; ее частицы равномерно распределятся
между молекулами воды, образуя однородную жидкость.
Если мы прибавим к полученному раствору еще не-
много соли, то и она растворится. В 100 граммах воды
при температуре 20° можно растворить 35,77 грамма по-
варенной соли. Но если к такому раствору прибавить еще
соли, она уже не будет растворяться, как бы долго мы ее
ни перемешивали. Раствор, который уже не может рас-
творять новые порции вещества, называют насыщенным,
а количество граммов вещества, которое содержится в
100 граммах насыщенного раствора,— растворимостью.
Одни вещества растворяются лучше, другие хуже.
Сахар растворяется в воде очень хорошо, столовая соль
хуже, а мел совсем плохо.
Происходят ли какие-нибудь изменения с кристал-
лами соли, если их бросить в насыщенный раствор?
Представим себе, что к насыщенному раствору обычной
столовой соли прибавлены кристаллы соли, содержащей
в своем составе радиоактивный натрий. Через несколько
минут мы обнаружим, что в растворе появились радио-
активные атомы натрия, которые можно легко обнару-
жить, отделив раствор и измерив его активность. Через
несколько десятков минут радиоактивность раствора до-
стигает наибольшего значения. Это явление можно объ-
яснить только следующим образом. Молекулы хлори-
стого натрия отрываются от поверхности кристалла и
переходят в насыщенный раствор, на их место сейчас же
становятся молекулы из раствора. Значит, в насыщенном
растворе все время идет обновление кристаллов.
Если вещество растворяется в воде более или менее
хорошо, то определить его растворимость нетрудно. Для
этого получают насыщенный раствор, взвешивают неболь-
шое его количество, а затем выпаривают из него воду и
взвешивают сухие кристаллы. После этого рассчитывают,
сколько вещества содержится в 100 граммах раствора.
А как быть, если вещество растворяется в воде очень
плохо? На современных точных аналитических весах
можно взвесить 100—200 граммов вещества с точностью
до 0,0002 грамма, на микровесах несколько граммов с точ-
ностью до 0,000002 грамма, на специальных весах, пред-
78
ставляющих собой кварцевую пружинку, можно взве-
шивать с точностью до 0,000000001 грамма, но не более
0,000000025 грамма, а для определения растворимости
надо взвесить и вещество и сосуд, а сосуд всегда весит
несколько граммов. Поэтому с помощью весов опреде-
лить растворимость малорастворимых веществ нельзя.
Здесь снова на помощь приходят меченые атомы.
Предположим, что нам нужно определить раствори-
мость какого-либо вещества. Как известно, мел в воде
практически не растворяется. Мел — это углекислый
кальций; молекулы мела состоят из кальция, углерода и
кислорода. Для опыта возьмем мел, в котором часть ато-
мов кальция радиоактивна. Определим с помощью счет-
чика радиоактивность одного миллиграмма мела. Затем
приготовим обычным путем насыщенный раствор, выпа-
рим определенное количество его и найдем с помощью
счетчика активность остатка после выпаривания.
Дальше, разделив активность остатка на активность
миллиграмма мела, найдем количество мела в остатке
после выпаривания и, наконец, рассчитаем содержание его
в 100 граммах раствора.
Таким путем была определена растворимость многих
веществ, которые считаются практически нераствори-
мыми.
Устойчивы ли молекулы? На столе лежит белый поро-
шок. Это бариевая соль угольной кислоты — углекислый
барий (ВаСОз). В его состав введен радиоактивный угле-
род.
Измерим величину его радиоактивности с помощью
счетчика и оставим углекислый барий на столе. Мы за-
метим, что активность соли будет постепенно уменьшаться.
Но уменьшение происходит не за счет распада радио-
активного углерода, так как период его полураспада ве-
лик.
Что же происходит с углекислым барием?
Находящийся в воздухе углекислый газ (СО2) пере-
ходит в молекулы соли, а радиоактивный углерод посте-
пенно уходит в воздух:
ВаС*О3 + СО2 -+ ВаСО3+ С*О2
(звездочками помечены атомы радиоактивного углерода).
Молекулы углекислого бария, оказывается, неустой-
79
чивы; они все время обновляются, так же как обнов-
ляется кристалл в насыщенном растворе.
Рассмотрим, еще один пример. Йодистый этил
(C2H5J)—это жидкость, кипящая при 72°. Йодистый
этил можно испарить, а затем снова перевести в жид-
кость; молекулы его при этом не изменятся. Растворим
иодистый этил, содержащий в своем составе радиоактив-
ный иод, в спирте и добавим к нему иодистый натрий
(NaJ). Покипятив некоторое время смесь и поместив ее
в фарфоровую чашку, выпарим иодистый этил и спирт.
В чашке останется только иодистый натрий. Соберем
оставшийся иодистый натрий и с помощью счетчика изме-
рим его активность. При этом мы обнаружим, что соль
стала радиоактивной. Это означает, что радиоактивный
иод из йодистого этила перешел в иодистый натрий. Про-
изошла реакция обмена:
C2H5J* + NaJ £ C2H5J + NaJ*
Внешне ничего в смеси не изменяется, но атомы ме-
няются местами. Таким образом могут обмениваться
атомы во многих соединениях, которые обычно счита-
ются вполне устойчивыми.
Все ли атомы в молекулах ведут себя подобным обра-
зом? Нет. Многие атомы в молекулах прочно сохраняют
свое место. Например, атомы серы в молекулах серной
кислоты не меняются местами с атомами серы в других
соединениях; углерод органических молекул также не
обменивается с углеродом, находящимся в молекулах
других веществ.
С помощью меченых атомов, таким образом, можно
определить способность атомов к обмену. От этой спо-
собности зависят многие природные, лабораторные и про-
изводственные процессы, например распределение фос-
фора в организме. Это распределение связано с обменом.
Испаряются ли твердые вещества? С помощью обоня-
ния можно обнаружить присутствие в воздухе крайне ма-
лых количеств пахучих веществ. Но обонянием невоз-
можно определить количество вещества. Если же веще-
ство не обладает запахом, то трудно обнаружить и его
присутствие.
Запахом обладают не только газы, но и жидкости и
твердые тела, например бензин, нафталин и т. п. Несом-
ненно, что ощущение запаха связано с попаданием моле-
80
кул пахучего вещества в нос, а из этого следует, что не
только жидкие, но и твердые тела способны испаряться.
Испарение твердых тел идет весьма медленно, и в воз-
дух попадает ничтожное количество молекул твердого
вещества. Способность твердых тел к испарению оцени-
вается по давлению образуемых ими паров.
Для измерения давления воздуха пользуются баро-
метрами, для определения давления газа в закрытых со-
судах — манометрами. С помощью этих приборов давле-
ние пара твердых тел измерять нельзя — оно очень мало.
Как же можно определить малые давления пара?
На помощь приходят радиоактивные атомы.
Обычно малые давления пара измеряют методом
испарения в вакуум с открытой поверхности или по исте-
чению пара в вакуум сквозь маленькое отверстие. В
первом случае количество вещества, испаряющегося в
секунду, тем больше, чем больше поверхность, с которой
идет испарение. Во втором случае оно зависит от вели-
чины отверстия сосуда, в котором помещено вещество. В
обоих случаях количество испарившегося вещества рас-
тет с увеличением температуры, при которой выдержи-
вается твердое вещество, и пропорционально времени
испарения. Определив вес испарившегося вещества за
некоторый промежуток времени с одного квадратного
сантиметра поверхности или через отверстие известной
площади, можно рассчитать давление пара.
Масса испарившегося вещества так мала, что непо-
средственно его взвесить невозможно. Однако можно
собрать все испарившееся вещество на холодной поверх-
ности. Пары твердого вещества на такой поверхности
будут осаждаться так же, как осаждаются пары воды
на холодной ложке, поднесенной к горячему чаю. Если
твердое вещество содержало радиоактивные атомы, то
при помощи счетчика можно обнаружить их присутствие
на охлаждаемой поверхности. По числу отсчетов счетчика
в минуту можно рассчитать число радиоактивных атомов
и при его помощи вес испарившегося вещества, так как
заранее известна доля радиоактивных атомов в данном
веществе.
Если, например, известно, что 1 миллиграмм исход-
ного вещества дает на счетчике 100 тысяч отсчетов в ми-
нуту, а при измерении излучения от испарившегося
металла получается 100 отсчетов, то испарилось
6 А. Н. Несмеянов	81
0,001 миллиграмма вещества. Таким путем удалось изме-
рить давление пара многих твердых веществ.
Метод меченых атомов позволил советским исследова-
телям создать новый метод измерения малых давлений
Рис. 19. Упрощенная схема прибора
для определения малых давлений
пара методом меченых атомов:
1 — металлическая печь; а и б — тигель с
металлом; в — обменная камера с образ-
цами; 2 — стеклянный сосуд; 3 — подставка;
4 — спираль высокочастотного нагревателя;
5 — трубка, ведущая к вакуум-насосу; 6 —
термопара
пара. При этом методе
два одинаковых образ-
ца вещества, например
металлических диска,
один из которых содер-
жит радиоактивный изо-
топ, помещаются в ва-
кууме напротив друг
друга и нагреваются до
постоянной температу-
ры. При этом атомы ме-
талла, испаряющиеся с
поверхности каждого
из образцов, сталкива-
ются с противополож-
ной поверхностью и осе-
дают на ней. Таким об-
разом, между поверх-
ностями обоих образцов
идет непрерывный об-
мен атомами. Атомы,
осевшие на поверхно-
сти металла, вследст-
вие диффузии прони-
кают в глубь образца.
В результате этих про-
цессов радиоактивный
изотоп постепенно пере-
ходит в неактивный об-
разец. Скорость пере-
хода зависит от темпе-
ратуры образцов, их
первоначальной активности, давления насыщенного пара
и скорости диффузии. Если измерить со временем нара-
стание активности первоначально неактивного образца, то
по этим опытным данным можно вычислить давление на-
сыщенного пара и скорость диффузии одновременно. На
рис. 19 приведена принципиальная схема прибора для из-
мерения малых давлений пара тремя описанными мето-
82
дами. Отдельно нарисованы камера с малым отверстием,
тигель с металлом для испарения с открытой поверхно-
сти и камера для проведения обмена между двумя образ-
цами.
Атомы-контролеры. Химики умеют определять состав
вещества, узнают, какие элементы и в каком количестве
содержатся в исследуемом веществе. Определение каче-
ственного и количественного состава веществ при их про-
мышленном производстве весьма важно. Не зная, на-
сколько химически чист полученный продукт, нельзя гово-
рить о его пригодности для тех или иных целей.
В промышленности часто приходится вести анализ
сплава, содержащего золото, платину и иридий. Однако
разделить эти три металла друг от друга очень сложно.
Для проверки одного из способов разделения металлов
приготовляли смесь, содержащую заранее известные коли-
чества золота, платины и иридия, а затем производили
их разделение. Вес выделенного золота был выше взятого,
а вес иридия и платины ниже. Казалось, что при разде-
лении золото загрязняется иридием и платиной, а иридий
и платина выделяются чистые.
Так ли это? Нет, — показывают меченые атомы. Если
к смеси трех металлов прибавить атомы радиоактивного
золота, а затем их разделить, то в иридии и платине ока-
зывается радиоактивное золото. Это легко определить
счетчиком.
С помощью меченых атомов химики проверили многие
способы химического анализа и методы промышленного
разделения веществ. Важные исследования в этой обла-
сти проведены академиком В. Г. Хлопиным и его сотруд-
никами.
Изотопный анализ. Чтобы найти содержание того или
иного элемента или вещества в смеси, необходимо прове-
сти химическое отделение этого вещества или элемента
в виде какого-либо известного соединения в чистом виде.
Эта задача в ряде случаев является невыполнимой или
очень трудно выполнимой.
Если из сложной смеси удается выделить все интере-
сующие исследователя вещества, то оно выделяется за-
грязненным другим веществом, сходным с ним по свой-
ствам. Если выделяют чистое вещество, то не удается его
выделить без потерь. Благодаря этому определение коли-
6*
83
чества вещества оказывается затрудненным. Меченые
атомы помогают решить эту задачу.
Представим себе, что необходимо провести определе-
ние содержания металла рубидия в его руде. Полное
выделение рубидия из руды практически невозможно.
Однако несложно выделить из руды небольшую часть ру-
бидия в виде чистой соли. Для анализа изотопным мето-
дом возьмем определенное весовое количество руды, ра-
створим ее в кислоте, добавим к раствору определенное
весовое количество соли рубидия, содержащее известное
количество радиоактивного изотопа рубидия. Добавлен-
ный рубидий смешается с тем, который был в растворе.
При этом доля радиоактивных атомов рубидия в растворе
уменьшится во столько раз, во сколько раз ру-
бидия в растворе стало больше, чем было добавлено.
Далее химическим путем выделим из раствора небольшое
количество чистой рубидиевой соли и определим вес вы-
деленного рубидия и относительное содержание радиоак-
тивного изотопа. Для этого определим с помощью счет-
чика, какое количество отсчетов дает миллиграмм выде-
ленной рубидиевой соли. Разделив эту величину на число
отсчетов, которое давал миллиграмм рубидиевой соли,
добавленной к раствору, и умножив на количество добав-
ленной соли, получим содержание рубидиевой соли в рас-
творе после добавления. Отсюда, вычтя количество добав-
ленной соли, нетрудно найти содержание рубидия во взя-
том растворе и, следовательно, в руде.
Активационный анализ. Перед вами несколько брусков
стали, среди которых имеются образцы марганцовой
стали. Можно ли отличить эти образцы, не прибегая к
химическому анализу?
Да, можно, используя радиоактивные атомы.
Если образцы облучить нейтронами, то атомы эле-
ментов, входящих в состав стали, будут поглощать ней-
троны, образуя радиоактивные элементы. Но не все атомы
одинаково легко вступают в подобную реакцию. Атомы
марганца, например, вступают в эту реакцию гораздо
легче, чем атомы железа.
Хотя железа в стали больше, чем марганца, нейтроны
будут взаимодействовать главным образом с атомами
марганца.
Ядро атома марганца захватывает нейтрон и превра-
щается в радиоактивное ядро с массой на единицу боль-
84
шей. Из марганца с массой 55 образуется его изотоп с
массой 56, который распадается с испусканием электро-
нов. и гамма-лучей. Период полураспада радиоактивного
марганца равен 2,6 часа.
Обнаружить радиоактивный марганец легко: нужно
поднести к облученной нейтронами поверхности бруска
счетчик. Количество электронов, попадающих в счетчик,
будет тем больше, чем больше образовалось в стали ра-
диоактивного марганца, а радиоактивного марганца об-
разуется при одинаковых условиях облучения тем больше,
чем больше марганца в стали. Следовательно, можно не
только ответить на вопрос о том, какой образец стали яв-
ляется марганцовой сталью, но и определить количество
марганца в стали. Прием этот прост, и с его помощью
можно легко и быстро определить состав сплава, не раз-
рушая детали.
Мы привели только один пример распознавания со-
става сплава с помощью облучения его нейтронами. Та-
ким же способом можно установить содержание различ-
ных элементов в самых сложных комбинациях. Можно
определить, например, содержание серы и фосфора в бу-
маге, углерода в поверхностных слоях стали и т. д. Этот
способ получил название активационного анализа (мате-
риал активируется нейтронами или другими ядерными
частицами).
Активационный анализ применяется тогда, когда
нужно определить малые количества примесей в чистых
металлах или быстро установить состав сложной смеси.
Особенно легко активационным анализом определить
содержание редкоземельных элементов, так как они обла-
дают очень большой способностью к поглощению нейтро-
нов. Например, европий и гольмий могут быть опреде-
лены в количествах до 10'11 грамма на грамм вещества.
Определение же редкоземельных элементов в таких ма-
териалах, как графит, висмут, свинец и т. п., употребляе-
мых в современной атомной промышленности, очень
важно, так как редкоземельные элементы нарушают пра-
вильное течение процессов в ядерном реакторе.
Редкоземельными элементами называют 15 родствен-
ных по своим химическим свойствам металлов: лантан,
церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий,
гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, ит-
тербий и лютеций. В периодической системе Д. И. Менде-
85
леева эти химические элементы имеют порядковые но-
мера от 57 (лантан) до 71 (лютеций). Иногда к редкозе-
мельным элементам относят также иттрий и (реже)
скандий.
Название редкоземельные элементы, или элементы
редких земель, устарело. В действительности многие из
редкоземельных элементов, такие как церий, лантан, не-
одим, по своей распространенности в природе превосходят
хорошо известные элементы, играющие большую роль в
технике. Долгое время редкоземельные элементы нахо-
дили применение лишь в виде смеси. В последнее время
произошли коренные сдвиги в использовании этих эле-
ментов. В настоящее время установлены новые области их
использования в промышленности. Четко наметилось ин-
дивидуальное применение отдельных металлов этой
группы.
В свободном состоянии редкоземельные элементы —
это металлы, быстро тускнеющие на воздухе. Воду они
разлагают на холоде медленно, а при нагревании — быст-
рее. Они очень активны и способны непосредственно вза-
имодействовать с кислородом, водородом, азотом и дру-
гими неметаллами. Редкоземельные элементы легко сплав-
ляются с большинством металлов. Многие из сплавов
редкоземельных элементов при трении дают раскаленные
искры, что находит практическое применение. Окислы
редкоземельных элементов применяются для обесцвечива-
ния, окрашивания и изготовления оптических и других
стекол и для окрашивания фарфора. Их окислы приме-
няются также как абразивы для полировки оптических
стекол.
Добавление редкоземельных элементов улучшает пла-
стичность, структуру, ударную вязкость и другие свойства
сталей, увеличивает жаропрочность нихрома, улучшает
свойства алюминия и магния. Стекла с церием не тем-
неют под действием излучения радиоактивных элемен-
тов. Вот почему в ядерных реакторах цериевые стекла
употребляются для защиты обслуживающего персонала
от вредного действия радиации.
Гадолиний, самарий, прометий, европий и диспрозий
активно поглощают медленные нейтроны. Этим элемен-
там, особенно гадолинию, предсказывается большое буду-
щее в ядерных реакторах на самолетах и подводных лод-
86
ках, где важное значение имеет экономия объема и веса.
В настоящее время использование редкоземельных
элементов открывает новые возможности для техники,
медицины, геологии и многих других областей.
Изучение катализаторов. Каждому знакома серная
кислота, но, может быть, не все помнят, что ее получают
соединением сернистого газа с кислородом воздуха с пос-
ледующим растворением полученного таким образом сер-
ного ангидрида в воде. Но сернистый газ очень медленно
соединяется с кислородом в обычных условиях. Этот про-
цесс очень сильно ускоряется присутствием платины.
Платина необходима в процессе образования кислоты,
но она остается химически неизменной. Вещества, кото-
рые изменяют скорость химической реакции, но сами ос-
таются химически неизменными, называются катализато-
рами.
Процессов, происходящих с участием катализаторов,
известно чрезвычайно много. Большая часть химической
промышленности работает, используя катализаторы. Ре-
акции получения аммиака, азотной кислоты и многих
других веществ протекают в присутствии катализаторов.
При помощи меченых атомов в ряде случаев удается
установить, принимает ли участие катализатор в процессе
перехода атомов от одной молекулы к другой.
При взаимодействии окиси углерода с водородом в
присутствии железа в качестве катализатора образуется
метан и другие углеводороды. Ученые считали, что окись
углерода с железом образует карбид, то есть соединение
железа с углеродом, а карбид железа взаимодействует е
водородом, образуя углеводороды. Эта точка зрения до
последнего времени излагалась в учебниках.
При помощи меченых атомов удалось доказать, что
эти взгляды неправильны. К катализатору подмешивали
карбид железа, содержащий радиоактивный углерод. По-
сле этого над катализатором пропускали смесь водорода
и окиси углерода с нерадиоактивным углеродом.
Получающийся метан вводился в счетчик, и измеря-
лась его активность. Оказалось, что радиоактивный угле-
род остается в катализаторе, а углеводороды получаются
слаборадиоактивными. Следовательно, карбид железа не
участвует в переносе углерода от окиси углерода к угле-
водородам. Процесс в этом случае идет на поверхности
87
катализатора, так же как он идет при образовании серной
кислоты на платине.
Изотопы в хроматографии. Разделение многих смесей
веществ в настоящее время производится с помощью ад-
сорбционной колонки. Адсорбционная колонка представ-
ляет собою трубу, заполненную веществом, способным
поглощать (адсорбировать) из раствора различные хими-
ческие соединения. При фильтровании через такую ко-
лонку все растворенное вещество поглощается в ее верх-
ней части. Затем колонка промывается растворителем,
при этом адсорбированные вещества перемещаются вдоль
колонки сверху вниз с различной скоростью. По мере пе-
ремещения вдоль колонки происходит разделение смеси
на отдельные вещества. Из колонки последовательно вы-
текают растворы чистых веществ. Этот метод разделения
был разработан в 1903 г. русским ученым Цветом на при-
мере растительных пигментов и был назван хроматогра-
фическим. В качестве наполнителя колонки Цвет употре-
бил белую окись алюминия, а за ходом разделения сле-
дил глазами, так как разделяемые им вещества
образовывали окрашенные кольца. Колонка Цвета была
сделана из стекла.
Проконтролировать степень разделения неокрашенных
веществ, особенно установить контроль разделения в са-
мой колонке, трудно без меченых атомов. Если в состав
разделяемой смеси добавить вещества, содержащие ра-
диоактивные элементы, то за их разделением можно
легко проследить по излучению, передвигая счетчик вдоль
колонки или контролируя радиоактивность вытекающей
жидкости. Таким путем ученые установили, в частности,
условия разделения близких по своим свойствам редко-
земельных элементов.
Как протекает химическая реакция, Течение химиче-
ской реакции или, как говорят химики, механизм химиче-
ской реакции совершенно необходимо знать для управле-
ния ею и для построения технологии получения тех или
иных химических продуктов.
Механизм химических реакций можно изучать при по-
мощи меченых атомов. Простейшим примером является
окисление ряда органических кислот, при котором обра-
зуется углекислота, но этот процесс идет в различных ус-
ловиях по-разному. Если получить пропионовую кислоту,
в состав которой введен радиоактивный углерод, то в
88
кислой среде при окислении выделяется радиоактивный
углекислый газ, а в щелочной среде — нерадиоактивный.
В первом случае углекислый газ получается за счет
углеродного атома III (см. схему), а во втором случае —
за счет окисления углеродного атома I.
НН О
I I	окисление |4- О|
Н—С—С—С14	---------—Л С14О2 +
I I П I III \	КИСЛОТа углекислый
н н	о—н
пропионовая кислота
н о
I	S
+ н—с—с	+н2о
н	^о—н
уксусная кислота
о
Н Н О	f
I I S окислениеЦ-0|	С—О—Н
-С—С—С14	--------—С02+ I
I | и | in \	щелочь	(ju_о___Н
Н Н 0-Н	%
О
щавелевая кислота
В этих формулах черточки, соединяющие символы
атомов, обозначают химические связи между атомами.
Вторым примером исследований механизма химиче-
ских процессов методом меченых атомов может послу-
жить окисление этилена на катализаторе, в качестве ко-
торого взято серебро.
Продуктами этой практически важной реакции яв-
ляются окись этилена и углекислый газ. Не было ясно:
образуется ли углекислый газ непосредственно из эти-
лена или в результате окисления окиси этилена? Для про-
верки этого к смеси этилена и окиси этилена был добав-
лен этилен, содержащий радиоактивный углерод. Прово-
дилось наблюдение за ростом радиоактивности окиси
этилена и углекислого газа, пробы которых отбирались
от смеси, разделялись и просчитывались на счетчике.
89
Если бы реакция получения углекислого газа шла через
образование окиси этилена, то активность единицы веса
окиси этилена возрастала бы быстрее, чем активность
единицы веса углекислого газа. Однако на самом деле
активность углекислого газа возрастает быстрее, чем ак-
тивность окиси этилена, что ясно показывает образова-
ние углекислого газа непосредственно из этилена.
Мы привели лишь простейшие примеры изучения ме-
ханизма химических реакций методом меченых атомов.
Таких работ можно найти сотни, и значение их трудно пе-
реоценить.
5.	Меченые атомы в археологии
Метод меченых атомов проникает во все новые и но-
вые области науки. Даже в такой науке, как археология,
меченые атомы помогают определять возраст раскопок.
Природа метит атомы. Из межпланетного простран-
ства к Земле идут лучи, получившие название космиче-
ских. На своем пути в атмосфере эти лучи разбивают
атомы азота и других газов, находящихся в воздухе. В
результате такого процесса образуются протоны, ней-
троны, электроны, позитроны и мезоны. Мезоны — ча-
стицы с массой, в сотни раз большей, чем масса элек-
трона, и зарядом, равным заряду электрона. Таким обра-
зом, в составе космических лучей оказываются все пе-
речисленные виды частиц. Эти частицы летят с огромной
скоростью и вновь взаимодействуют с встречающимися
на их пути атомами. Взаимодействие мезонов с веще-
ством заключается в полном разрушении отдельных ато-
мов и образовании нейтронов, протонов, электронов и по-
зитронов. Нейтроны и протоны несут большую энергию.
Взаимодействие их с атомами ведет к образованию ра-
диоактивных элементов. В результате столкновения ней-
тронов с атомами азота получается радиоактивный угле-
род с массовым числом 14 и периодом полураспада,
равным приблизительно 5570 годам. Этот процесс проис-
ходит в земной атмосфере в огромных масштабах.
Космические лучи идут из мирового пространства
и днем, и ночью, и зимой, и летом. Интенсивность косми-
ческих лучей заметно не меняется с веками. Это привело
к тому, что в нашей атмосфере в течение длительного
90
времени с одинаковой скоростью образуется из азота
радиоактивный углерод, а из него — радиоактивный угле-
кислый газ.
Углекислый газ, находящийся в атмосфере, погло-
щается растениями, и из него, воды и других веществ по-
лучаются углеводы, жиры и белки. Из растений углеводы,
содержащие радиоактивный углерод, вместе с пищей по-
падают в организмы животных. Сама природа метит ве-
щества так, как их метят исследователи в лабораториях.
Количество радиоактивного углекислого газа в атмос-
фере неизменно, так как постоянны и скорость его обра-
зования в результате воздействия космических лучей и
скорость его радиоактивного распада. Поэтому и доля
радиоактивного углерода в живых организмах совер-
шенно определенна. В одном грамме углерода недавно
полученной клетчатки, взятого из любого растения, содер-
жится одно и то же количество атомов радиоактивного
углерода, а именно, около 75 миллиардов атомов вне за-
висимости от того, что это за растение и где оно произра-
стает.
Из 75 миллиардов атомов радиоактивного углерода за
две минуты распадается только 17 атомов (распад сопро-
вождается излучением бета-частиц). Такую небольшую
активность обнаружить чрезвычайно трудно, но можно.
Поэтому ученым пришлось применять специальные ме-
тоды измерения радиоактивности природных веществ, со-
держащих радиоактивный углерод.
В живых растениях на место распадающихся атомов
радиоактивного углерода приходят новые из углекислого
газа атмосферы. В животных организмах пополнение уг-
лерода идет за счет питания растениями.
А если растение или животное погибнет? В этом слу-
чае на место распадающихся атомов радиоактивного уг-
лерода не будут поступать новые атомы из атмосферы.
Число атомов радиоактивного углерода в умершем ор-
ганизме будет уменьшаться в соответствии с законом ра-
диоактивного распада: через 6000 лет количество радио-
активного углерода убавится вдвое, через 12 000 лет —
вчетверо, через 18 000 лет — в 8 раз и т. д. Поэтому со-
держание радиоактивного углерода в древних остатках
животных и растений может служить своего рода часами,
по которым можно определить время смерти животного
или растения.
91
Ученые воспользовались этими часами для определе-
ния возраста раскопанных древних поселений и археоло-
гических находок.
Представим себе, что в раскопках древнего поселе-
ния найден кусок дерева. С помощью счетчика мы можем
определить количество атомов радиоактивного углерода,
приходящееся на один грамм чистого углерода в дереве,
а затем рассчитать, когда это дерево было срублено, и
таким образом узнать, к какому времени относится древ-
нее поселение. Например, в образцах деревьев, свалив-
шихся при каких-либо обстоятельствах 11440 и 5720 ты-
сяч лет назад, на один грамм углерода приходится такое
количество радиоактивного углерода, которое дает 170 и
340 распадов за 40 минут, а грамм углерода из образца
свежесрезанного дерева дает 680 распадов за тот же про-
межуток времени. Таким путем был определен возраст
целого ряда образцов дерева, найденных при проведении
раскопок.
Описанным методом можно определить возраст по-
род, заключающих в себе соединения углерода, которые
образовались в результате отмирания растений или жи-
вотных, если их возраст не превышает нескольких десят-
ков тысяч лет. Это ограничение связано с тем, что через
60 тысяч лет, то есть через время, равное 10 периодам
полураспада, от имевшегося в образце количества ато-
мов радиоактивного углерода остается лишь тысячная
доля и обнаружить ее будет практически невозможно.
6.	Меченые атомы в геологии
Исследование истории образования земли и горных
пород, залежей и минералов, изучение богатств недр на-
шей планеты — вот те необъятные задачи, которые вхо-
дят в предмет изучения геологии.
Меченые атомы нашли большое применение в иссле-
дованиях геологов. В этом разделе будет рассказано о
применении радиоактивных изотопов в геологии.
Геологические часы. Радиоактивные атомы могут быть
использованы для определения возраста горных пород.
«Геологическими часами» является соотношение урана и
свинца в урановых рудах. Природный уран состоит из
трех изотопов с массовыми числами 234, 235 и 238. Уран
с массовым числом 234 называется ураном вторым. Он
92
получается из урана первого, массовое число которого
238, в результате ряда превращений, показанных на
рис. 5. Дальнейший распад приводит к образованию ус-
тойчивого изотопа свинца. Другой изотоп урана — уран
235 (актиноуран) не связан с рядом урана 238, но также
в результате ряда превращений переходит в свинец.
Соотношение количества изотопов в природном
уране, а следовательно, и в урановой руде соответ-
ствует 99,28% урана 238, 0,714% урана 235 и 0,006%
урана 234. Но это соотношение миллиард лет назад
было иным, так как скорости распада урана 235 и урана
238 различны. Образование свинца из урана происхо-
дит чрезвычайно медленно, так как периоды полурас-
пада урана 238 и урана 235 очень велики. За 900 мил-
лионов лет количество атомов урана 235 уменьшилось
в два раза, а от имевшегося количества урана 238 оста-
лось 86%. За 2 миллиарда лет количество урана 235
уменьшилось в 4,65 раза, а количество урана 238 —
в 1,36 раза. Следовательно, природная смесь урана, нахо-
дящаяся в настоящее время в земной коре, получилась
из урана 238 и урана 235.
Накопление свинца в урановой руде подчиняется за-
кону радиоактивного распада. Расчет показывает, что
за один миллион лет из 1 грамма природной смеси изо-
топов урана образуется 0,000137 грамма свинца, а за
10 миллионов лет — 0,00136 грамма свинца. Если учесть
изменение соотношения изотопов в смеси с течением
времени, то можно рассчитать количество свинца, кото-
рое могло образоваться из урана и за более продолжи-
тельное время. Можно решить и обратную задачу: опре-
делить количество урана и свинца в урановой руде и по
соотношению этих количеств рассчитать время, прошед-
шее с момента образования руды. В этих рассуждениях
предполагается, что весь свинец, который находится в
урановой руде, образовался из урана.
Эта интересная задача решается следующим образом.
Кусочек урановой руды растворяется в смеси кислот.
Из полученного раствора свинец осаждается химическим
путем. Но весь свинец выделить очень трудно. Как же
узнать, какое количество свинца было в руде? Для этого
приходится использовать меченые атомы. Перед осажде-
нием свинца к раствору урановой руды добавляется нич-
тожное по весу количество радиоактивного изотопа
93
свинца — радия D. Радий D — продукт распада радия.
Он имеет период полураспада, равный 22 годам. Химиче-
ские свойства радия D и свинца одинаковы. И если из
раствора выделяется, допустим, одна двадцатая часть
всего прибавленного радия D, то и свинца выделяется
такая же часть. Определить относительное количество ра-
дия D в растворе и в осадке легко по радиоактивности.
Зная соотношение между растворенным и выделенным
радием D и определив количество выделенного свинца,
рассчитывают его общее количество, а затем вычисляют
время образования уранового минерала. Если этот мине-
рал образовался вместе со всей массой земной коры, то
тем самым определяется возраст земной коры. По таким
подсчетам возраст земной коры равен приблизительно
4 миллиардам лет.
Определение геологического возраста можно произво-
дить не только по свинцу. При переходе урана в свинец
в цепи превращений выделяется 8 альфа-частиц (8 атомов
гелия). За один год из одного грамма урана образуется
1,1 • 10~7 кубических сантиметров гелия. Гелий скапли-
вается в урановой руде и может быть из нее извлечен.
Определив количество гелия в руде, можно рассчитать
время, прошедшее с момента образования урановой руды.
Однако такой расчет менее точен, чем по свинцу, так как
газообразный гелий частично теряется минералами.
Поиски полезных ископаемых. Как определить нали-
чие того или иного вещества в земной коре? Для этого не-
обходимо исследовать пробы, взятые с различных глубин
земли, например из буровой скважины. Но анализ проб —
сложная и трудоемкая работа. На помощь геологам мо-
гут прийти радиоактивные атомы.
Если в буровую скважину опустить ионизационную
камеру, соединенную с прибором, записывающим актив-
ность, то можно обнаружить залегание минералов, содер-
жащих радиоактивные элементы уран, торий, калий и др.
(рис. 20).
Исследования показали, что глины, сланцы и фосфор-
ные известняки обладают высокой радиоактивностью,
а каменный уголь, песчаные образования и известняки,
в которых может быть нефть, и газы — низкой. Таким
образом, с помощью ионизационной камеры можно обна-
ружить залегание нефти.
94
Ценные результаты дает измерение Излучения, кото-
рое появляется при спускании в скважину нейтронного
источника из смеси полония и бериллия. Альфа-лучи по-
лония взаимодействуют с бериллием с образованием ней-
тронов. Источник нейтронов подвешивается снизу счет-
чика гамма-лучей и изолируется от его излучения. Счетчик
б
Рис. 20. Схема прибора для поисков радиоактивных
минералов:
а — разрез скважины; 1 — счетчик; 2 — регистрирующий прибор;
б — график изменения активности по мере спускания счетчика
в скважину
регистрирует гамма-лучи, получающиеся при взаимодей-
ствии нейтронов с элементами породы. При взаимодей-
ствии нейтронов с большинством химических элементов
происходит их захват с испусканием гамма-лучей, проис-
ходят так называемые п, 7-реакции. Эти реакции сопро-
вождаются образованием радиоактивных изотопов.
Последние при распаде также испускают гамма-лучи.
Ядерные реакции захвата нейтронов зависят от состава
породы, через которую проходит источник нейтронов.
95
В пористых породах, содержащих нефть, наведенная
гамма-радиоактивность будет низкой, в плотных рудных
породах — высокой. Нейтронным гамма-корротажем
можно, следовательно, искать нефть, руды многих элемен-
тов, особенно таких как бор, марганец, вольфрам, ртуть,
редкоземельные и другие элементы, сильно взаимодей-
ствующие с нейтронами. Радиоактивные изотопы нашли
широкое применение в нефтяной промышленности при бу-
рении скважин.
Для определения местоположения в скважине пори-
стых пород, в которых можно ожидать скопления нефти и
газа, при бурении употребляют раствор, содержащий не-
которое количество радиоактивного изотопа натрия. Ра-
створ накачивается в скважину и проникает в пористые
легкопроницаемые породы. В этом случае при опускании
в скважину счетчика повышение радиоактивности будет
соответствовать пористым, легкопроницаемым породам.
Радиоактивные изотопы позволили обнаружить неф-
тяные пласты в толще пермских отложений, найти про-
дуктивные горизонты среди толщи известняков и доломи-
тов ряда нефтяных месторождений. При помощи радио-
активных изотопов удалось ввести в действие много за-
брошенных скважин Апшеронского полуострова и улуч-
шить буровую разведку нефти и другого ценного сырья.
7.	Меченые атомы в металловедении и металлургии
За последние годы меченые атомы нашли большое при-
менение в металлургии и металловедении. Исследование
процессов выплавки металлов и изучение свойств спла-
вов металлов широко проводится с применением радио-
активных изотопов. Это легко понять из описанных ниже
примеров.
Движение атомов в газах. Вы сидите в комнате, а в
соседней комнате пролили духи. Через очень небольшой
промежуток времени вы почувствуете их запах. Как он
передается?
Душистое вещество испаряется, его молекулы смеши-
ваются с непрерывно движущимися молекулами воздуха,
рассеиваются в нем и постепенно проникают во все
уголки помещения.
Процесс распространения одного вещества по объему,
занятому другим веществом, носит название диффузии.
96
Если вещество имеет запах или окрашено, то за его диф-
фузией легко проследить по запаху или окраске. Но за
бесцветным газом, не имеющим запаха, проследить
трудно. В этом случае можно использовать меченые
атомы. С помощью счетчика легко определяется скорость
движения газа.
Используя газы, в молекулах которых есть радиоактив-
ные атомы, удалось проследить за движением вредных
газов в вентиляционных системах на промышленных
предприятиях.
С помощью радиоактивного газа радона было исследо-
вано движение газов в доменной печи.
Для этой цели ампула с радиоактивным газом радо-
ном вводилась в фурму доменной печи. В определенный
момент ампула взрывалась и радон вместе с воздухом
поступал в домну. Пробы газа, начиная с момента вве-
дения радона в печь, отбирались в колошнике доменной
печи на различных расстояниях от стенок. Радиоактив-
ность проб газа измерялась с помощью счетчика. Таким
образом устанавливалось время, а следовательно, и ско-
рость прохождения газов в доменной печи в разных ее
сечениях. Этим путем было установлено, что скорость
движения газов у стенок печи больше, чем в ее центре.
Как ведут себя атомы в твердых телах. Атомы в твер-
дых телах, так же как в жидкостях и газах, находятся
в непрерывном движении. Принято считать, что они
прочно связаны со своими соседями и совершают только
колебательное движение около определенных точек. Но
это не совсем верно. Одними колебаниями движение ато-
мов в твердом теле не ограничивается.
Если привести в соприкосновение гладкие поверхно-
сти двух кусков какого-либо металла, например золота, и
нагреть их так, чтобы они не расплавились, то оказы-
вается, что атомы золота из одного куска перемещаются
в другой.
Но как об этом можно узнать? Для этого ученые бом-
бардировали один из кусков золота нейтронами. При та-
кой бомбардировке идет процесс образования радиоак-
тивных атомов золота:
79Au197 + on1 -> 79Аи198 + у
золото нейтрон	золото	гамма-
лучи
7 А. Н. Несмеянов
97
Золото 198 радиоактивно, оно распадается, испуская
электроны. Период полураспада золота 198 равен 56 ча-
сам.
Атомы радиоактивного золота постепенно проникают
из одного куска золота во второй и тем глубже, чем
дольше они соприкасаются и чем сильнее нагреты. За
этим легко проследить, счищая с куска золота небольшие
слои и измеряя радиоактивность полученных опилок счет-
чиком.
Следовательно, атомы в металлах также способны
к диффузии или, как принято называть этот процесс,
к самодиффузии. Но диффузия в твердых телах происхо-
дит гораздо медленнее, чем в жидкостях и газах.
Металлургам очень важно знать скорость диффузии
различных атомов в сплавах, так как сплав меняет свои
свойства, если составляющие его атомы изменяют взаим-
ное расположение.
Советскими учеными за последние годы разработан
ряд методов измерения скорости диффузии металлов в
твердом состоянии. Эти методы основаны на использова-
нии радиоактивных изотопов. Один из методов заклю-
чается в следующем. На исследуемый металл путем элек-
тролиза наносится тонкий слой металла, содержащего
радиоактивный изотоп. Металл подвергается в печи от-
жигу при определенной температуре заданное время.
В результате диффузии атомы радиоактивного изотопа
проникают внутрь металла. Чем глубже мы будем уда-
ляться от поверхности металла, тем меньше должно быть
там радиоактивного изотопа. Для определения содержа-
ния радиоактивного изотопа на разных глубинах в ме-
талле, с его поверхности электролитическим методом сни-
мают тонкие слои металла, сначала один, затем второй
такой же слой, третий и т. д. Для этой цели пластинку
металла присоединяют к положительному электроду
источника постоянного тока и опускают в раствор кис-
лоты. При пропускании тока определенной силы в течение
определенного времени происходит растворение пла-
стинки и снятие с нее слоя определенной толщины. Далее
определяют радиоактивность каждого снятого слоя, вы-
деляя растворенный металл химическим путем и измеряя
радиоактивность на счетчике. На основании полученных
данных вычисляют скорость диффузии.
98
Другой метод заключается в том, что по мере отжига
пластинки металла с нанесенным на нее слоем радио-
активного металла радиоактивность, измеренная сначала
со стороны, на которую был нанесен слой радиоактивного
металла, а затем с противоположной, будет меняться.
Радиоактивность стороны, на которую был нанесен слой
радиоактивного металла, будет уменьшаться, а противо-
положной стороны — увеличиваться вследствие того, что
радиоактивные атомы будут проникать вглубь, и излуче-
ние, идущее с лицевой стороны, будет поглощаться в слое
металла. Излучение же, идущее с противоположной сто-
роны пластинки, будет расти, так как слой металла, пре-
пятствующий прохождению бета-лучей, по мере проник-
новения изотопа внутрь пластинки будет уменьшаться.
Данные измерения радиоактивности обеих сторон пла-
стинки со временем при постоянной температуре дают
возможность вычислить скорость диффузии.
В помощь металловедам. С диффузией в твердом со-
стоянии связаны многие свойства сплавов металлов.
Что такое обыкновенная сталь? Это сплав железа с
углеродом. Небольшая примесь углерода делает железо
твердым. Атомы железа и углерода в стали распола-
гаются в определенном порядке.
Если приготовить закаленную сталь, содержащую
радиоактивный углерод, и гладкую поверхность куска
стали приложить к фотопластинке, завернутой в черную
бумагу, то на пластинке получится изображение куска.
Излучение радиоактивного углерода засвечивает фото-
пластинку, и поэтому места вкрапления радиоактивного
углерода будут отмечены более темными пятнами.
Теперь нагреем сталь, а затем медленно охладим. От
этого она станет более мягкой. Повторим радиографиро-
вание. Новый снимок покажет уже иное расположение
атомов радиоактивного углерода в куске.
С течением времени атомы углерода в куске стали
перемещаются. Сталь, как говорят, стареет, ее прочность
изменяется.
За перемещением атомов в сплавах можно легко про-
следить с помощью меченых атомов. Эти исследования
очень важны для всех отраслей промышленности, исполь-
зующих сплавы.
Сплавы — тела кристаллические. От величины отдель-
ных кристаллов и их расположения зависят многие свой-
7*
99
ства сплавов. Как же выявить строение сплава? Как опре-
делить величину кристаллов? Для этого применяют раз-
личные способы. Один из них заключается в следующем.
Гладко отшлифованную поверхность сплава подвергают
действию кислоты, травят. Кислота по-разному действует
на различные части сплава. После травления поверхность
сплава рассматривают в микроскоп и устанавливают раз-
меры отдельных кристаллов.
Меченые атомы также позволяют определить струк-
туру сплава. Кроме того, они позволяют установить, ка-
кие кристаллы выделяются из расплавленной массы пер-
выми. Опыт производится таким образом. Кусок стали
помещается в закрытом сосуде над радиоактивным эле-
ментом радиоторием. Радиоторий после ряда превраще-
ний образует атомы тория В с периодом полураспада
10,6 часа. Атомы тория В осаждаются на поверхности
стали.
Подготовленный таким образом кусок стали расплав-
ляют, а затем металлу дают остыть. В жидком расплаве
начинается образование кристаллов. Торий В выделяется
из расплава только к концу затвердевания слитка и рас-
полагается по границам кристаллов или в примесях. По-
верхность металла шлифуют и прикладывают к фотопла-
стинке, которая засвечивается в тех местах, где располо-
жен торий В.
Точно так же можно исследовать строение самых раз-
нообразных сплавов, выявив расположение и величину
отдельных кристаллов при радиографировании. На рис. 21
дан радиоавтограф стали, содержащей большое количе-
ство радиоактивного фосфора (белые пятна).
Изучение металлургических процессов. Для изготовле-
ния качественной стали, то есть стали, обладающей ка-
кими-либо особенно ценными свойствами, например не-
ржавеющей или подшипниковой, при плавке добавляют
те или иные металлы. Процесс плавки стали связан с вы-
горанием и отшлаковыванием вредных примесей, таких,
как сера и фосфор.
Все эти процессы легко контролировать с помощью
меченых атомов. Степень и скорость удаления серы и фос-
фора из стали, например, можно определить путем введе-
ния в плавку определенного количества радиоактивного
фосфора и серы. Используя радиоактивный кальций,
можно также найти степень загрязнения стали шлаком и
100
материалами футеровки печи. Количество радиоактивного
кальция в выплавленном металле показывает степень за-
грязнения металла шлаком и материалами печи. Так, со-
ветские ученые установили, что 12% примесей, имею-
Рис. 21. Радиоавтограф стали, богатой фосфором
(позитив увеличен в 60 раз). Фосфор радиоактивен
щихся в подшипниковых сплавах, попадает в них из
шлака и до 20% из футеровки печи.
Методом меченых атомов можно решать и многие дру-
гие вопросы металлургии и металловедения, например
распределение легирующих металлов в сплавах, измене-
ние структуры сплавов при термической и механической
обработке и т. п.
8.	Меченые атомы в технике
Радиоактивные изотопы в технике находят все боль-
шее и большее применение. Это применение развивается
главным образом по линии использования излучения
101
•радиоактивных изотопов, поэтому основные примеры бу-
дут описаны в главе «Применение радиоактивных изото-
пов как излучателей». Однако несколько примеров целе-
сообразно' дать в главе «Меченые атомы».
Изучение износа деталей машин от трения. Движу-
щиеся части машины при работе изнашиваются из-за тре-
ния. При смазывании трущихся частей маслом трение и
износ уменьшаются.
Вспомните поездку по железной дороге. Узловая стан-
ция. Вдоль поезда проходит смазчик и заливает масло
в каждое гнездо у колес вагонов, в подшипники. Многие
из вас видели дым, идущий от горящих подшипников.
Это бывает при плохой смазке: трение возрастает, металл
сильно нагревается и масло загорается. Без смазки металл
быстро изнашивается и деталь теряет прочность.
Как найти металлы, которые менее всего изнаши-
ваются? Как найти смазки, лучше всего предохраняющие
металл от износа? Метод меченых атомов дает в руки
исследователей этих вопросов необходимое оружие.
Для испытания износа того или другого металла при-
готовляют из него платформу и ползун (брусок). В пол-
зун вводят радиоактивный изотоп металла, а затем за-
ставляют его двигаться по платформе. При движении
атомы металлов вследствие трения переходят с одной по-
верхности на другую. Вместе с нерадиоактивными ато-
мами перемещаются и радиоактивные, и это перемещение
можно проследить, исследуя поверхность платформы с по-
мощью специального счетчика или радиографии. В пос-
леднем случае после проведения опыта по трению на
платформу накладывают фотопластинку и, выдержав
определенное время, проявляют ее. Чем больше металла
перенесено на платформу, тем сильнее почернеет фотопла-
стинка. Испытания проводятся в отсутствии смазки,
с различными сортами смазывающих материалов и при
различных нагрузках на ползун.
Эти испытания дают важный материал для выбора
металлов и смазок. Испытания трудно провести без по-
мощи меченых атомов, так как при трении в условиях
испытания переносятся столь ничтожные количества ве-
щества, что они не могут быть обнаружены никакими
другими методами.
С помощью меченых атомов можно испытывать каче-
102
ство не только куска металла или сплава, но и готовых
деталей машин.
Например, для испытания автомобильного двигателя
на его поршень надевают кольцо, облученное нейтронами,
в котором образовалось радиоактивное железо. Двигатель
пускают в ход. При этом частички металла, отрываю-
щиеся от кольца, попадают в масло, которым смазы-
Рис. 22. Схема установки для изучения износа поршне-
вых колец двигателя:
1 — поршень с радиоактивным поршневым кольцом; 2 — меха-
низм подачи масла; 3 — маслопровод; 4 — счетчик
вается машина. Масло приходит в соприкосновение со
счетчиком, с помощью которого легко определить количе-
ство радиоактивного железа, по последнему судят об из-
носе поршневых колец (рис. 22). Здесь же можно уста-
новить, как влияет качество топлива на износ поршневых
колец. Если топливо содержит в своем составе большое
количество серы, то износ деталей резко увеличивается.
Путем облучения режущих инструментов нейтронами
можно получить в них ряд радиоактивных изотопов. Упо-
требление таких режущих инструментов позволяет опре-
делить их износ по радиоактивности стружек, на которые
радиоактивные элементы попадают в результате износа
103
вая движение на маховик.
во время работы. Точность такого метода испытания в
несколько раз выше стандартной, а время испытания
в 25 раз меньше.
Описанный способ прост, быстр и, безусловно, имеет
большие перспективы при испытании материалов и ма-
шин.
Двигатель внутреннего сгорания обслуживает электро-
станцию, его поршни ведут непрерывную работу, переда-
Но как узнать, не останавли-
вая машины, не пора ли ме-
нять поршень или поршне-
вые кольца, не пришли ли
они в негодность в резуль-
тате износа? Для этой цели
можно использовать радио-
активные элементы. Они смо-
гут вовремя дать сигнал о
необходимости замены изно-
шенных деталей. В трущей-
ся поверхности машины вы-
сверливают маленькое от-
верстие, в него помещают
радиоактивный элемент так,
чтобы наружный край его
был на такой глубине, даль-
ше которой износ деталей
опасен.
На рис. 23 дана схема
расположения радиоактивного элемента в трущейся де-
тали машины. Когда износ превышает допустимую глу-
бину, то в смазочное масло машины попадает радио-
активный изотоп, который легко может быть обнаружен
в масле с помощью счетчика, вмонтированного в масля-
ную систему.
Таким путем можно контролировать износ ответствен-
ных деталей машин, которые не поддаются непосред-
ственному наблюдению.
Автоматизация перекачки нефтяных продуктов. Пред-
ставим себе трубопровод, по которому перекачиваются на
большое расстояние различные сорта минеральных масел.
Как сделать так, чтобы одно масло не могло смешаться
с другим в приемнике, если процесс перекачки ведется
непрерывно? Радиоактивные изотоцы помогают решить и
Рис. 23. Схема установки для
контроля износа детали с по-
мощью радиоактивного эле-
мента:
1 — подвижная деталь; 2 — непо-
движная деталь; 3 — радиоактивный
элемент; 4 — масло
104
эту задачу. Между двумя сортами масла вливают жид-
кость, содержащую радиоактивное вещество. Выход из
трубы соединяют с клапаном, связанным со счетчиком
прибора, который переключает направление движения
текущей жидкости в новый приемник, как только прибор
начинает реагировать на протекание мимо него радио-
активной жидкости.
Контроль работы фильтров. Многие производства пе-
ред спуском отработанных жидкостей в канализационную
сеть производят их обезвреживание фильтрованием. Спе-
циальные фильтры поглощают ядовитые вещества.
Фильтры с течением времени насыщаются и перестают
поглощать отравляющие вещества. В таком случае их
нужно менять, временно пропуская канализационные
воды через запасные фильтры.
Контролировать работу фильтра можно с помощью
радиоактивных атомов. Для этого в сточные воды при-
мешивается небольшое количество поглощаемого ядови-
того вещества, имеющего в своем составе радиоактивные
атомы. Когда отработанную жидкость спускают в канали-
зацию, за фильтром ставят счетчик, который присоеди-
нен к прибору, переключающему ток жидкости из одного
трубопровода в другой. Если через фильтр начинает про-
никать ядовитое вещество, счетчик отмечает присутствие
радиоактивных атомов в сточной воде и включает при-
бор автоматического переключения.
О шелковых нитях. Всем знаком искусственный шелк.
Многие знают, как его делают, но мало кто знает, что
качество шелка во многом зависит от тончайшего покры-
тия, которое наносится на нить при ее получении; от
этого тончайшего покрытия зависит равномерность
окраски нити и качество вязки. Если нить покрыта неров-
ным слоем вещества, то краска ложится неровно, и нить
при дальнейшей обработке путается. Вещество это назы-
вается олеатом натрия и является натриевой солью олеи-
новой кислоты.
Равномерность покрытия нити олеатом натрия можно
контролировать с помощью радиоактивного натрия, кото-
рый вводится в состав соли. Нить проходит вблизи спе-
циально сконструированного счетчика Гейгера-Мюллера.
Если слой олеата натрия слишком тонок, радиоактивность
будет меньше контрольной величины; если же слой тол-
стый, то и радиоактивность будет больше. Все это реги-
105
стрирует счетчик. Он соединен с особым автоматическим
устройством, которое тотчас же изменяет в нужную сто-
рону толщину наносимого слоя.
9.	Меченые атомы в биологии
Изучение процессов, происходящих в животном и ра-
стительном организмах, процессов их роста и питания,
обмена веществ и т. п. является предметом биологических
наук. Особенно важными являются исследования, прово-
димые на неповрежденном организме. К этому стремился
в своих исследованиях великий русский физиолог
И. П. Павлов. Метод меченых атомов позволил осуще-
ствить стремления Павлова. Этот метод широко проник
во все уголки биологической науки, он позволяет изучить
распределение различных веществ в живых объектах,
превращение и обмен веществ в организме, роль отдель-
ных элементов в питании животных и растений и многие
другие вопросы. Познакомимся на ряде примеров с воз-
можностями и достижениями метода меченых атомов
в биологии.
От корней к тканям растения. Одной из самых боль-
ших тайн природы, в которую удалось проникнуть с по-
мощью метода меченых атомов, является поведение хими-
ческих элементов в живом организме.
Фосфор является одним из важнейших элементов, не-
обходимых для жизни растений и животных. Он входит
в состав многих тканей, в больших количествах содер-
жится в костях животных, в плодах и семенах растений.
В организм животных фосфор попадает с пищей, а ра-
стения всасывают его корнями из почвы в виде солей
фосфорной кислоты. Если почву у корней растения полить
раствором соли фосфорной кислоты, в состав которой вве-
дены атомы радиоактивного фосфора, то легко просле-
дить, как фосфор проникает в корни растения, затем под-
нимается по его стеблю и распространяется в листьях по
их жилкам. Наблюдение за движением фосфора осуще-
ствляют следующим образом. Для опыта используют не-
сколько растений, подкормленных радиоактивным фосфо-
ром. Одно из них срезают через час, другое через два
часа, третье через пять часов после начала опыта и т. д.
Затем от различных частей срезанных растений отделяют
по грамму ткани; ткань высушивают и сжигают. В остав-
106
шейся золе содержится фосфор, который был в отделен-
ной части растения. Теперь с помощью счетчика можно
легко подсчитать, в каких тканях растения находится
больше радиоактивного фосфора, как влияет время на из-
менение количества радиоактивного фосфора в листьях,
плодах или других частях растения. Вместо описанного
способа можно растения, впитавшие в себя радиоактив-
ный фосфор, срезать и приложить в темноте к фотографи-
ческой пластинке. Контуры тех частей растения, в кото-
рых находится радиоактивный фосфор, будут зафикси-
рованы почернением на фотографической пластинке. По-
чернение оказывается неравномерным, оно тем больше,
чем больше радиоактивного фосфора содержится в той
или иной части растения. Таким способом легко можно
изучить направление движения атомов фосфора и других
элементов в растении.
Можно показать, что фосфор в плодах томата скапли-
вается в семенах (рис. 24), а в табаке, зараженном ви-
русной мозаикой, фосфор особенно интенсивно погло-
щается больными листьями (рис. 25).
Фотосинтез. Углерод, идущий на построение клеток
тканей, растения получают главным образом из воздуха
в виде углекислого газа, который в листьях на свету пре-
терпевает ряд сложнейших превращений. Процесс этот
носит название фотосинтеза.
Фотосинтез сложен и многообразен. Исследования
А. К. Тимирязева и его учеников заложили основу учения
о фотосинтезе, но только с помощью метода меченых ато-
мов удалось показать, как углекислый газ и вода превра-
щаются в углеводы. Оказалось, что кислород, выделяю-
щийся при синтезе углеводов, образуется из воды, что
листья растений способны запасать солнечную энергию,
то есть процесс фотосинтеза продолжается некоторое
время и в темноте. В этих исследованиях растения выдер-
живались в различных условиях в атмосфере углекислого
газа, содержащего радиоактивный углерод, затем с по-
мощью счетчика определялось количество радиоактивного
углерода в тканях листьев. Более сложные опыты заклю-
чались в том, что исследовалось не просто содержание
радиоактивного углерода, а определялось, в какие хими-
ческие соединения и при каких условиях он входит. После
выдерживания в атмосфере радиоактивного углекислого
107
Рис. 24. Радиоавтограф (позитив) плодов томата, подкорм-
ленного радиоактивным фосфором (разрез)
Рис. 25. Радиоавтограф (позитив)
табака, подкормленного радиоактив-
ным фосфором. Верхние листья по-
ражены вирусной мозаикой
108
газа растения убивались спиртом. При этом образовав-
шиеся в процессе фотосинтеза органические соединения
переходили в раствор.
Для анализа состава раствора к нему добавляли не-
радиоактивные вещества, наличие которых в нем предпо-
лагали. Эти вещества выделяли из смеси известными хи-
мическими приемами. Если вещество оказывалось радио-
активным, то тем самым доказывалось его образование
в процессе опыта по фотосинтезу из углекислого газа, так
как вместе с нерадиоактивным добавленным веществом
извлекалось и то радиоактивное, которое было образовано
в процессе фотосинтеза. Если же отделенное вещество
было нерадиоактивно, то, следовательно, его образова-
ние не связано с поглощением углекислого газа из воз-
духа.
Интересными являются опыты с применением бумаж-
ной хромотографин. В этом случае спиртовой экстракт
из растений, выдержанных в атмосфере радиоактивного
углекислого газа, наносился на угол вертикально вися-
щего листа фильтровальной бумаги.
Верхний край бумаги опускался в ванночку с органи-
ческим веществом — фенолом. Фенол впитывался бума-
гой и проникал в нее, перемещаясь все ниже и ниже. По
мере смачивания бумаги фенолом вещества, нанесенные
на ее угол, также передвигались сверху вниз. Скорость
передвижения различных веществ при таком способе про-
мывания бумаги различная, поэтому, если выдержать
край бумаги в феноле определенное время, вещество пе-
реместится на какое-то определенное расстояние от края.
Затем лист бумаги поворачивался на 90° и ее край
опускался в ванну с раствором пропионовой кислоты в
спирте. Снова происходило движение жидкости по бумаге
сверху вниз, а вместе -с ней и находящихся на бумаге ве-
ществ. Благодаря такому приему каждому веществу при
стандартных условиях промывания соответствовал опре-
деленный участок бумаги. Предварительно те же опера-
ции проводили со смесью веществ, которые ожидали найти
в растении, содержащих в своем составе радиоактивные
атомы. Таким образом, находили места расположения от-
дельных веществ на бумаге при стандартном промывании.
После промывания исследуемого раствора с помощью
счетчика или фотографическим методом определяли, на
109
каких частях бумаги находятся соединения, содержащие
радиоактивный углерод, и, следовательно, какие веще-
ства образовались из радиоактивного углекислого газа
в условиях опыта (рис. 26).
Рисунок 26 показывает, что второе вещество — серин
образуется из первого — алонина, так как при 5-секунд-
ной экспозиции растения в атмосфере радиоактивного
углекислого газа его обнаружить не удается, а при 90-се-
кундной выдержке растения в атмосфере радиоактивного
углекислого газа он появляется. Подобные анализы ра-
Рис. 26. Радиоавтографы (негативы) результатов разделения на
бумаге продуктов! фотосинтеза с углекислым газом, содержащим
углерод 14:
а — сетка, полученная при промывании смеси, содержащей 10 веществ; б —
растение выдержано в атмосфере углекислого газа 5 секунд; в — растение
выдержано в атмосфере углекислого газа 90 секунд; 1 — аланин; 2 — серин;
3 — аспаргин; 4—яблочная кислота; 5, 6, 7 — глицерофосфорная кислота; 8 —
глюкозо-фосфат; 9 — фруктозо-фосфат; 10 — сахороза
ной при различном времени выдерживания растений в
атмосфере радиоактивного углекислого газа, позволяет
найти последовательный ход превращения одних веществ
в другие.
Русским исследователям удалось также обнаружить,
что источником углерода для растений является не только
углекислый газ воздуха. Подкормка растений солями
угольной кислоты, содержащими радиоактивный углерод,
показала проникновение радиоактивного углерода через
корни в ткани растений, тем самым удалось установить
новое назначение корневой системы для построения угле-
родистого скелета растений.
Советскими учеными были найдены сложнейшие пути
образования углеродистых веществ в растениях и роль
ПО
углерода, поступающего из воздуха в листья и из земли
через корни. Углекислый газ воздуха в листьях превра-
щается в сахар, который спускается в корни растения, где
он переходит в пировиноградную кислоту. Последняя с
углекислотой, извлекаемой корнями из земли, дает щаве-
лево-уксусную и затем яблочную кислоту. Яблочная кис-
лота идет вверх: в листья, плоды и т. д. и превращается
в них в белок и углеводы.
В то же время углекислота почвы, превращаясь в орга-
нические кислоты, проникает во все уголки растения и
под влиянием хлорофилла разлагается и выделяет кисло-
род. Таким образом осуществляется кислородное питание
растений.
Питание растений азотом и фосфором также осущест-
вляется за счет углекислоты, извлекаемой корнями расте-
ния из почвы. Это происходит следующим путем: угле-
кислота превращается в щавелево-уксусную кислоту, ко-
торая соединяется с почвенным аммиаком, содержащим
азот, и превращается в аспаргиновую кислоту. Образова-
ние щавелево-уксусной кислоты идет только в присут-
ствии фосфора, поэтому при недостатке фосфора питание
растений азотом не осуществляется.
Советские ученые установили также, что свет с раз-
личной длиной волны вызывает различное действие. Так,
красный свет вызывает образование углеводов, а си-
ний — белков.
Движение поваренной соли в организме. Путь различ-
ных веществ в организме животных еще более сложен,
чем путь их в растениях. С пищей различные элементы
попадают в желудок и кишечник животного, а из него
в кровь. Кровь поставляет их во' все уголки тела. Про-
следить за движением веществ, путь которых интересует
исследователя, невозможно без радиоактивных элемен-
тов. Метод меченых атомов дает возможность отличить
вновь пришедшие в организм атомы от тех, которые
в нем были ранее.
Вы выпили стакан воды, в которой растворена столо-
вая соль, то есть хлористый натрий (соединение натрия
и хлора). Куда же попадают молекулы хлористого нат-
рия из желудка? Ответ может дать радиоактивный нат-
рий, который легко ввести в состав молекул соли.
111
Если вы выпьете раствор такой соли и зажмете в руке
счетчик, то уже через несколько минут он покажет, что
в руке появились атомы радиоактивного натрия, которые
распадаются с испусканием электронов и гамма-лучей.
Радиоактивный натрий принесла в вашу руку кровь, что
легко доказать, взяв пробу крови и проверив в ней при-
сутствие радиоактивного натрия с помощью того же
счетчика.
В течение часа большая часть попавшего в желудок
хлористого натрия проникает в кровь. Затем хлористый
натрий разносится кровью по всему телу и из нее попа-
дает в так называемую межклеточную жидкость, далее
постепенно уходит в почки и выделяется из организма.
В моче с помощью счетчика можно обнаружить неболь-
шие количества радиоактивного натрия уже через 10 ми-
нут после того, как он попал в желудок. Хлористый на-
трий всегда находится в живом организме; вновь посту-
пающий хлористый натрий заменяет собой тот, который
был в организме раньше.
Куда идет фосфор. Попробуем теперь проследить с по-
мощью меченых атомов за движением фосфора в орга-
низме животного и установить его роль в питании. Для
этого необходимо соединение фосфора — соль фосфорной
кислоты, содержащую радиоактивный фосфор, — ввести
в желудок. Можно ввести соль фосфорной кислоты и пу-
тем подкожного впрыскивания. Она быстро всасывается
в кровь и распределяется по всему организму. Для опыта
используют животных, например мышей или крыс. Через
некоторое время после подкожного впрыскивания крысу
умерщвляют.
От различных частей ее тела отделяют по одному
грамму ткани и сжигают. Затем с помощью счетчика
определяют величину радиоактивности золы, полученной
после сжигания каждого вида ткани. Радиоактивность,
или, как мы будем говорить в дальнейшем, активность
выражают числом импульсов, отмеченных счетчиком
в единицу времени. Зная вес и активность 1 грамма
ткани, вычисляют активность всей ткани. Полученные ак-
тивности складывают и, приняв их за 100%, рассчиты-
вают процент активности в каждом с виде ткани. Резуль-
таты одного из таких опытов приведены в таблице.
112
Распределение меченого фосфора в различных органах крысы
через 4 часа после подкожного введения
Ткань	Вес ткани в грам- мах	Вес фосфора в ткани в миллиграм- мах	Актив- ность в °/о	Отношение активности к весу фос- фора	Относитель- ная актив- ность на миллиграмм фосфора
Кость 		21,6	931	18,6	0,020	1
Мышцы		75,2	118	15,4	0,131	6,6
Печень		7,5	29,5	14,0	0,475	23,8
Кожа		29,7	45,8	8,8	0,192	9,6
Легкие		9,1	15,8	5,0	0,317	15,9
Кровь		9,0	3,58	2,0	0,558	27,9
Почки		1,9	5,05	1,84	0,370	18,5
Общая активность оказывается наибольшей у костей,
но активность на миллиграмм фосфора гораздо большая
у мышц и других мягких тканей, где, очевидно, идет наи-
более сильный обмен фосфора.
Повторяя подобные опыты с другими крысами, умерщ-
вляя их через различное время, можно проследить изме-
нение этого соотношения со временем. Фосфор посте-
пенно уносится из организма с мочой и калом. Убывание
его из мягких тканей идет быстро, а в костях он медленно
накопляется. Это изменение можно характеризовать сле-
дующей таблицей, построенной на основании одного из
опытов.
Ткань	Время после введения радиофосфора						
	часы		ДНИ				
	0,5	|	4	10	20	30	|	50	|	98
Мышцы		18,3	19,4	25,8	28,8	25,2	12,1	3,6
Скелет 		19,1	23,4	43,1	49,1	51,8	76,5	92,0
Значительная часть введенного под кожу крысы ра-
диоактивного фосфора уже через полчаса оказывается в
костях; далее процесс накопления фосфора в костях за-
медляется, но идет непрерывно. В мышцах содержание
радиоактивного фосфора доходит до максимума через
20 дней, а затем начинает падать.
8 А. Н. Несмеянов	113
Со временем в костях происходит биологическая пере-
кристаллизация. Кровь приносит фосфор, который обра-
зует кристаллы фосфата кальция, а старые кристаллы
растворяются и уносятся кровью, кости обновляются.
97,8% фосфора, введенного в кровь, как показывают ме-
ченые атомы, уже через два часа уходит из нее.
Радиоактивный фосфор в теле животного легко также
обнаружить путем радиографии, если приложить его раз-
рез к фотографической пластинке и выдержать некоторое
Рис. 27. Радиоавтограф мыши, в костях которой ско-
пился радиоактивный фосфор.
время. Излучение радиоактивного фосфора вызовет за-
свечивание фотографической пластинки. На рис. 27 пока-
зан отпечаток радиоавтографа разреза мыши, под кожу
которой был введен радиоактивный фосфор.
Стронций, попавший в организм животного, так же как
и.фосфор, накапливается в костях.
В организме происходит непрерывный обмен одних
атомов на другие и не только в костях, но и в любых дру-
гих тканях тела животного.
Обмен атомов фосфора происходит во всех частях
тела, особенно интенсивно обмен происходит в мозгу.
Используя меченый фосфор, удалось показать, что в
различных частях мозга обмен усиливается при различ-
ного рода раздражениях (световых, звуковых и т. п.). На-
пример, при звуковом раздражении наблюдается усиле-
ние обмена фосфором в корковой части слухового анали-
затора мозга.
Любопытным является тот факт, что фосфор, внесен-
ный в воду в виде солей, проникает в тело рыб через их
114
поверхность, что дает возможность производить под-
кормку рыб фосфором.
Можно ли было проследить за движением фосфора
или других атомов в живых тканях без метода меченых
атомов? Конечно, нет.
Откуда берется кальций. В состав скорлупы яиц вхо-
дит кальций. Предполагали, что кальций непосредственно
из пищи поступает в кровь, а из крови в скорлупу яиц.
Однако опыты с применением радиоактивного кальция
показали, что из пищи весь кальций поступает в скелет,
не попадая непосредственно в скорлупу яиц. Из скелета
он расходуется, в частности, и на построение скорлупы
яиц. Его расходование тем самым регулируется. Оно идет
у кур, например, в соответствии с их продуктивностью.
У кур, которые за 2 месяца снесли 25 яиц, происходит
обновление костяка на 95%, в то время как у ненесу-
щихся кур за то же время костяк обновляется лишь на
25%.
Роль железа. Без элемента железа не могут обхо-
диться живые существа. Железо входит в состав гемогло-
бина, а гемоглобин является основным веществом, состав-
ляющим красные кровяные тельца — эритроциты. Эритро-
циты переносят кислород от легких во все уголки слож-
ного организма человека и животного. Перенос этот
совершается с помощью атомов железа, которые в легких
присоединяют кислород, а в тканях тела отдают его.
Как проследить за движением и распределением же-
леза в живом организме? Где накапливаются запасы же-
леза? Меченые атомы помогают ответить на поставлен-
ные вопросы.
Для проведения опытов используются радиоактивные
изотопы железа, которые вводятся с пищей в желудок
животного в виде солей железа. Затем с помощью счет-
чика измеряется количество радиоактивного железа в
крови и различных органах.
В результате многочисленных исследований было
установлено следующее.
Железо, поступающее с пищей в организм, всасы-
вается слизистой оболочкой двенадцатиперстной и тонких
кишок. Далее оно входит в состав белкового вещества
ферритина. Ферритин накапливается главным образом
в печени и селезенке.
8*
115
Если организм здоровый, то кровь, мышцы, печень и
другие органы содержат определенное количество железа.
В печени и селезенке содержится запас ферритина. Новые
порции железа, введенного в желудок, почти целиком
выбрасываются организмом. Но стоит взять из вены жи-
вотного некоторое количество крови, как начинается
интенсивное всасывание железа.
Железо ферритина в костном мозгу превращается
в гемоглобин, который включается в состав образующихся
там же эритроцитов. У малокровных людей идет интен-
сивное усвоение железа.
Интересен также следующий опыт. Если в вену чело-
века ввести определенный объем крови, эритроциты кото-
рой содержат в своем составе радиоактивное железо, то
можно определить общий объем крови. Для этого через
24 часа после введения крови у подопытного животного
берут кровь в количестве, равном введенному, и измеряют
ее активность. Вследствие того что кровь, содержащая
радиоактивное железо, смешивается со всей массой
крови, полученная активность так относится к введенной,
как количество введенной крови к ее общему количеству.
Метод меченых атомов оказался чрезвычайно плодо-
творным для изучения различных биологических процес-
сов, и тысячи ученых в настоящее время применяют его.
10.	Меченые атомы в сельском хозяйстве
Процессы питания и роста растений, обмена веществ
в них и ряд других вопросов, важных для сельского хо-
зяйства, мы уже описали в разделе применения меченых
атомов в биологии. В этом разделе мы остановимся на
исследовании процессов, непосредственно связанных
с выращиванием сельскохозяйственных культур, на изу-
чении возможности повышения их урожайности, на иссле-
довании методов внесения удобрений в почву и т. п.
В полеводстве. Как вносить удобрения в почву, в ка-
кие сроки, в каком виде и в каких дозах? Все эти во-
просы можно решить, изучая из года в год действие удоб-
рений на опытных участках. Меченые атомы позволяют
значительно быстрее и точнее ответить на все приведен-
ные выше вопросы.
Попробуем внести фосфорное удобрение, содержа-
щее радиоактивный фосфор, поверх почвы или с зарыва-
116
нием в канавку близ корней. В последнем случае расте-
ние становится радиоактивным быстрее и в большей сте-
пени. Это легко установить с помощью счетчика. Следо-
вательно, при зарывании в канавку удобрение исполь-
зуется быстрее и полнее.
Можно проследить также, как сказывается различное
расположение удобрения по отношению к корням. Так,
листья, корневая система которых находится в непосред-
ственной близости от удобрения, содержащего радио-
активные элементы, становятся радиоактивными уже че-
рез 20 минут. Если удобрения расположены на 3—4 сан-
тиметра от корней, то содержащиеся в них элементы ока-
зываются в листьях через 3 дня, а при расстоянии от
корней до удобрения, равном 5—6 сантиметрам, — только
через 3—4 недели.
Очевидно, используя радиоактивные вещества, внесен-
ные в почву на различные расстояния от растения, можно
проследить за ростом корневой системы, не вынимая ра-
стение из земли, а измеряя радиоактивность листьев.
Почва содержит ряд нужных растениям химических
элементов, их недостаток необходимо восполнять удобре-
ниями. Внося удобрения, содержащие, например, радио-
активный фосфор, легко показать, что питание растений
идет не только за счет фосфора удобрения, но и прибли-
зительно на Уз за счет почвенного фосфора. Для этого
исследования растение, выросшее на почве, удобренной
радиоактивным фосфором, срезают, сжигают и опреде-
ляют химическим анализом в золе общее содержание
фосфора и с помощью счетчика содержание радиоактив-
ного фосфора; тем самым устанавливают долю фосфора,
взятого растением из удобрений и из почвы. Таким же
способом определяют степень использования фосфора
органических удобрений, например навоза. Чтобы полу-
чить навоз, содержащий радиоактивный фосфор, овец
кормят травой, смоченной раствором соли, фосфорной
кислоты, содержащей радиоактивный фосфор.
Большую роль в жизни растений играют микроэле-
менты, которые присутствуют в растениях в ничтожно ма-
лых количествах. Применяя радиоактивные изотопы, на-
пример, таких элементов, как кобальт, цинк и другие,
можно установить роль этих элементов в жизни растений,
необходимость тех или иных элементов для лучшего раз-
вития культур.
117
Ряд опытов, проведенных с мечеными удобрениями,
показал, что листья наряду с корнями являются для ра-
стений источником не только углекислого газа — угле-
рода, но что они способны всасывать минеральные соли,
тем самым помогая корням в питании растений азотом,
фосфором и другими необходимыми растениям элемен-
тами. Это открытие позволило поставить на научные
основы внекорневую подкормку сельскохозяйственных
культур. Внекорневая подкормка значительно повышает
урожайность ряда культур, например урожайность
хлопка на полях наших южных республик таким путем
повышается на 10—20%, урожайность картофеля — на
7%, ячменя — на 18%, фасоли — на 17% и т. д. Мече-
ные атомы позволяют установить также, в какой период
растение плохо усваивает удобрения из почвы и хорошо
листьями, т. е. наиболее рациональные сроки внекорне-
вой подкормки.
В садоводстве. Куда лучше вносить удобрения под
деревья? И этот вопрос помогают решить меченые атомы.
Внесем удобрение вблизи одного из корней дерева, на-
пример яблони. В этом случае спустя некоторое время
радиоактивным становится не все дерево, а лишь опре-
деленные ветки, плоды и листья, растущие на этой ветке,
что легко можно проверить, поднося счетчик к различ-
ным частям дерева. Следовательно, питание разных ча-
стей дерева осуществляется за счет разных корней, и
только при круговом внесении удобрения под все корни
можно достигнуть положительного эффекта.
Какова связь между дичком и привитой к нему веткой
яблони?
В решении этой задачи меченые атомы являются не-
заменимыми. Они показывают, что не только из корневой
системы дичка питательные вещества направляются
к привитой ветке, но привитая ветка начинает полностью
функционировать и посылает вырабатываемые в ней ве-
щества в тело и корни дичка.
11.	Меченые атомы в медицине
Врачи давно используют радиоактивные элементы для
лечебных целей. Излучение, например, радия или радона,
а в настоящее, время и ряда искусственных радиоактив-
118
ных элементов с успехом применяется для лечения рака,
белокровия и других болезней.
Метод меченых атомов также начинает проникать во
врачебную практику и практику исследований болезней и
их лечения. Последние очень близко примыкают к иссле-
дованиям в области физиологии.
В поисках средств борьбы с болезнями. Радиоактив-
ные элементы начинают в настоящее время использо-
ваться при поисках средств для лечения болезней, напри-
мер гипертонии — повышенного давления крови.
Рис. 28. Определение скорости кровотока с помощью радио-
активного изотопа натрия
Скорость кровообращения может характеризовать со-
стояние организма. При помощи радиоактивных элемен-
тов легко определить скорость кровотока (рис. 28). Если
в вену вблизи кисти руки ввести раствор поваренной
соли, содержащей в своем составе атомы радиоактивного
натрия, то можно по гамма-лучам, испускаемым радио-
активным натрием, при помощи счетчика определить
время, необходимое для переноса крови от кисти руки до
ступни ноги (или другого места). У здоровых людей это
время составляет приблизительно 43 секунды. У лиц,
страдающих артериосклерозом, это время увеличивается
и может дойти до 105 секунд, а у лиц с расширением вен
уменьшается даже до 30 секунд.
119
Тяжелое заболевание, гипертония, связана с повыше-
нием давления крови. Лекарства, помогающие больным
гипертонией, должны расширять кровеносные сосуды, со-
здавая таким образом более свободное и быстрое движе-
ние крови. Чтобы определить влияние того или другого
лекарства, применяемого для лечения гипертонии, раньше
необходимо было в течение длительного промежутка вре-
мени испытывать его действие.
При помощи меченых атомов задача подбора ле-
карств решается просто и быстро. Перед испытанием ле-
карства у больного определяют скорость движения крови
с помощью радиоактивного натрия. Повторяют те же из-
мерения после принятия больным лекарства. Если лекар-
ство расширяет кровеносные сосуды, то скорость движе-
ния крови увеличивается и время прохождения натрия
с кровью от кисти руки до локтей, колен и ступней умень-
шается.
При определении болезней. Где и как найти в огром-
ном мире атомов нашего тела атомы иода, которые мы
поглощаем вместе с пищей и водой или в виде лекар-
ства?
Эту задачу удается решить, используя меченые атомы.
Человеку дают выпить раствор нескольких миллионных
долей грамма йодистого калия, в состав которого входит
радиоактивный иод. Радиоактивный иод испускает гамма-
лучи. Если после введения йодистого калия подставить
счетчик к горлу человека, где находится щитовидная
железа, то уже через несколько минут счетчик обнаружи-
вает, что атомы радиоактивного иода проникли в щито-
видную железу (рис. 29). Иод постепенно в ней накапли-
вается. Его количество сначала нарастает, а затем убы-
вает. Накопление иода в щитовидной железе здоровых и
больных людей происходит неодинаково. У здоровых лю-
дей наибольшее накопление радиоактивного иода в щи-
товидной железе происходит через сутки после приема
иода. У людей, заболевших базедовой болезнью и при
других заболеваниях, усиливающих работу щитовидной
железы, иод скапливается в ней быстрее. Его максималь-
ное количество можно обнаружить уже через несколько
часов после введения. При угнетении деятельности щито-
видной железы максимальное накопление иода происхо-
дит через несколько суток. Нарушение работы щитовид-
ной железы происходит и при ряде других заболеваний,
120
например при гипертонической болезни, заболевании
сердца, туберкулезе легких. В этих случаях работа щито-
видной железы замедляется. При заболевании кожи, на-
оборот, работа щитовидной железы убыстряется. При вы-
здоровлении работа щитовидной железы становится нор-
мальной и нормально происходит накопление в ней иода.
Таким образом, радиоактивный иод помогает определить
Рис. 29. Регистрация накопления радиоактивного
изотопа иода в щитовидной железе
болезнь и в ходе ее лечения контролировать выздоровле-
ние.
При определении болезней крови большую помощь
может оказать радиоактивный фосфор. Если взять кровь
и прибавить раствор соли фосфорной кислоты, содержа-
щей радиоактивный фосфор, то уже через час он в зна-
чительных количествах скапливается в эритроцитах крови.
Отделив эритроциты от жидкой части крови, можно с по-
мощью счетчика определить в них количество радиоак-
тивного фосфора. У здоровых людей количество фосфора,
включающееся в эритроциты, равно 18—20%, а у боль-
ных оно изменяется. При сердечных заболеваниях оно
становится не более 10%, при туберкулезе легких
около 13% и т. д.
121
Наряду с радиоактивным иодом и фосфором для уста-
новления заболеваний применяют радиоактивный изотоп
натрия. Он употребляется для распознавания болезней,
при которых изменяется скорость кровообращения, на-
пример при заболеваниях сердца, гипертонии, при ревма-
тизме. В этих случаях радиоактивный натрий вводится
в кровь и, как это описано выше, определяется скорость
движения крови с помощью счетчика.
Но с помощью радиоактивного натрия не только
можно определить скорость движения крови, но и отсут-
ствие этого движения в кровеносных сосудах, обслужи-
вающих те или иные органы или части органов тела. При
отсутствии проходимости сосудов радиоактивный натрий
не проникает в исследуемый участок тканей тела и счет-
чик регистрирует отсутствие радиоактивности в крови,
взятой из этого участка ткани.
Известно1, что при ряде заболеваний нарушается ско-
рость обмена натрием между кровью и тканью. При
подкожном впрыскивании радиоактивного натрия ско-
рость его перехода в кровяное русло легко найти, отби-
рая пробы крови и измеряя ее радиоактивность счетчи-
ком. Используя этот метод по замедленному переходу
радиоактивного натрия в кровяное русло, можно опреде-
лить порок сердца, который нарушает процесс обмена
натрия в организме.
Установление диагнозов с использованием радиоактив-
ных изотопов, очевидно, будет расширяться все больше
и больше по мере исследования влияния болезней на на-
рушение процессов обмена веществ в организме.
В помощь хирургам. Скопление иода в щитовидной
железе дает возможность использовать это явление при
хирургическом удалении больной щитовидной железы.
Перед операцией больной выпивает раствор йодистого
натрия, содержащего радиоактивный иод. Радиоактивный
иод накапливается в щитовидной железе. Во время опе-
рации легко с помощью счетчика проверить, полностью ли
удалена щитовидная железа.
Известно, что некоторые элементы преимущественно
скопляются в опухолях. Этим можно воспользоваться для
установления местоположения опухоли с помощью радио-
активных изотопов.
122
В организм вводят вещества, легко накапливающиеся
в опухоли, которые содержат в своем составе радиоактив-
ные атомы, обладающие гамма-излучением.
Спустя некоторое время с помощью счетчика можно
легко определить местоположение опухоли по гамма-
излучению радиоактивного изотопа, накопившегося в опу-
холи. Особенно важно точно определить положение опу-
холи в головном мозгу перед операцией, так как в этом
случае при операции необходимо вскрывать череп.
В лаборатории. С помощью меченых атомов легко
изучить проникновение в различные органы не только пи-
тательных веществ, но и лекарственных, что очень важно
знать врачам. Особый интерес представляет изучение про-
никновения лекарственных веществ в те органы, в кото-
рые оно затруднено, например в спинномозговую жид-
кость.
Меченые атомы помогают разобраться и в причинах
некоторых болезней. С их помощью установлено, напри-
мер, что обмен атомов в организме при шоковом состоя-
нии резко замедляется.
Меченые атомы помогли разобраться в природе забо-
леваний, связанных с недостатком витаминов. Было по-
казано с помощью радиоактивного изотопа серы, что об-
новление белков в тканях и органах животных, страдаю-
щих недостатком витамина С и Д, замедлено; особенно
замедлено обновление белков сердечной мышцы, почек и
скелетных мышц.
В этом разделе не описано лечебное действие радиоак-
тивных изотопов, основанное на применении их излуче-
ния, а этот вид использования радиоактивных изотопов в
настоящее время играет важнейшую роль в медицине.
12.	Техника работы с радиоактивными изотопами
Излучение радиоактивных изотопов поглощается ве-
ществами, сквозь которые оно проходит. При поглощении
излучения происходит ионизация атомов и молекул. По-
этому альфа-, бета-, гамма-, рентгеновское и другие виды
излучения называют ионизирующими.
Количество излучения, поглощающегося в единице
массы вещества, или точнее энергия излучения, погло-
щающаяся в единице массы вещества, называется дозой
ионизирующего излучения. Дозы выражают в единицах,
123
которые называют рентгенами. Рентген — это такая доза
рентгеновских или гамма-лучей, которая, проходя сквозь
слой воздуха при температуре 0° и давлении 760 милли-
метров ртутного столба, создает в 1 куб. сантиметре воз-
духа 2 миллиарда пар ионов (1 электростатическую еди-
ницу положительных и столько же отрицательных ио-
нов). На образование одной пары ионов затрачивается
33 электронвольта энергии, следовательно, поглощение
энергии в 1 куб. сантиметре воздуха равно 0,11 эрга.
Для характеристики количества энергии, поглощае-
мой тканями тела человека, употребляют так называе-
мый масс-рентген, т. е. количество энергии, поглощаемой
1 граммом ткани. Это количество энергии равно тому, ко-
торое поглощается 1 граммом воздуха, так как воздух
имеет средний атомный вес такой же, как и тканц тела
человека. Плотность тканей тела человека приблизительно
в 770 раз больше плотности воздуха при 0° и 760-милли-
метрах давления ртутного столба. Поэтому при поглоще-
нии в теле потока излучения, соответствующего в воз-
духе 1 рентгену, выделяется энергия, равная 83,8 эрга.
Если происходит поглощение другого вида ионизирую-
щего излучения, например альфа- или бета-лучей, то их
доза измеряется в физических эквивалентах рентгена.
Физический эквивалент рентгена — это такое количество
ионизирующего корпускулярного (состоящего из частиц)
излучения, которое соответствует поглощению в 1 грамме
воздуха энергии, равной 83,8 эрга.
Доза прямо пропорциональна количеству излучаю-
щего вещества и времени действия излучения.
Количество, или активность, радиоактивных изотопов
измеряют в единицах, называемых кюри. Кюри — это та-
кое количество радиоактивного изотопа, в котором проис-
ходит 37 миллиардов распадов ядер атомов в секунду.
Такое количество распадов происходит, например, в од-
ном грамме радия 226, период полураспада которого ра-
вен 1590 лет. Единица кюри делится на тысячные
доли — милликюри и миллионные доли — микрокюри.
1 миллиграмм радия на расстоянии 1 сантиметра в тече-
ние часа создает дозу, равную 8,3 рентгена, 1 милликюри
кобальта 60 — дозу 13,3 рентгена. С увеличением рассто-
яния интенсивность излучения, а следовательно, и доза
уменьшаются. Если источник излучения точечный, то при
увеличении расстояния вдвое доза уменьшается в четыре
124
раза, при увеличении расстояния в три раза — в девять
раз, при увеличении в 100 раз — в 10 000 раз, то есть
уменьшение дозы происходит пропорционально увеличе-
нию квадрата расстояния.
Ионизирующее излучение при систематическом дей-
ствии или при больших дозах может вредно действовать
на живой организм. Вредное действие излучения связано
с ионизацией атомов и молекул, входящих в состав кле-
ток живой материи. В результате этого процесса появ-
ляются химически активные ионизированные «осколки»
молекул — радикалы, которые способны к химическим
реакциям, приводящим к гибели клетки живой ткани.
Длительное воздействие ионизирующего излучения мо-
жет вызвать лучевую болезнь.
Облучение может быть внешним, когда нет соприкос-
новения источника излучения с телом. Облучение может
быть и контактным, возникающим при заражении кожи
радиоактивными веществами или при попадании их
внутрь организма. Внешнее облучение опасно' только ней-
тронами и гамма-лучами, которые глубоко проникают в
тело. Альфа-лучи затрагивают лишь верхний слой
кожи, а бета-лучи проникают не более чем на несколько
миллиметров в глубь тканей. Однако такое действие мо-
жет вызвать местные поражения кожи. Местные пораже-
ния кожи наступают также при ее загрязнении радиоак-
тивными веществами. Эти поражения приводят к воспа-
лению кожи и образованию язв. Особенно подвержены
таким поражениям слизистые оболочки глаз, носа и рта.
При попадании радиоактивных изотопов внутрь орга-
низма при заглатывании или вдыхании радиоактивные
изотопы из желудка или легких проникают в кровь и да-
лее накапливаются в различных органах тела. Радиоак-
тивные изотопы кальция, стронция, бария, фосфора, плу-
тония и ряда других элементов накапливаются в костях,
иода — в щитовидной железе, лантана и церия — в пе-
чени и т. д. Это также приводит к местным поражениям
отдельных органов или всего организма.
Поражения, вызываемые действием ионизирующего из-
лучения, бывают острыми и хроническими. Острые пора-
жения возникают в результате воздействия больших доз
в короткие промежутки времени. Хронические поражения
наступают в результате многократного воздействия ма-
лыми дозами.
125
При острых поражениях спустя несколько часов после
облучения появляются тошнота, рвота, понос и сильная
слабость. Затем недомогания исчезают, но ПО' прошествии
некоторого промежутка времени (от нескольких часов до
трех недель) возобновляется острый период. ВО' время
скрытого периода болезни происходит изменение состава
крови. Далее во время последнего острого, или так на-
зываемого токсического периода болезни, кроме сильного
нарушения пищеварения, происходит выпадение волос,
кровотечения, кровоизлияния и еще больше меняется со-
став крови. Организм перестает сопротивляться инфек-
ционным заболеваниям.
Хронические поражения развиваются в скрытой форме
и связаны главным образом с изменением состава крови.
Они вызывают болезни крови. При местном систематиче-
ском облучении возникают поражения кожи. Лучевая бо-
лезнь у различных людей развивается по-разному и за-
висит не только от особенностей организма, но и от его
физической закалки.
Человек может переносить без вреда при однократ-
ном облучении значительные дозы ионизирующих излу-
чений, измеряющиеся десятками рентгенов. Безвредными
могут быть местные облучения еще большими дозами.
Это позволяет использовать излучение радиоактивных
изотопов в медицине. При единовременных дозах порядка
100—200 рентгенов наступает лучевая болезнь в легкой
форме. Дозы, превышающие 300 рентгенов, вызывают лу-
чевую болезнь в тяжелой форме. Крайне тяжелые за-
болевания получаются при дозах свыше 500 рентгенов.
Систематическое облучение организма даже сравнительно
небольшими дозами ионизирующего излучения приводит
к заболеваниям, поэтому работы с радиоактивными изо-
топами должны вестись с соблюдением особых условий
и правил. Эти правила предусматривают, что еженедель-
ное общее облучение не должно превышать 0,3 рентгена
или ежедневное облучение всего организма должно быть
не свыше 0,05 рентгена. Для отдельных частей тела до-
пустимы более высокие дозы, например для рук при си-
стематическом облучении— 1,5 рентгена в неделю.
Особенно опасным является попадание радиоактивных
изотопов внутрь организма при вдыхании и заглатывании
через легкие и рот. В этом случае, как уже говорилось,
происходит накопление радиоактивных изотопов в опре-
126
деленных органах и тканях тела. Оставаясь длительное
время В’ теле человека, радиоактивные изотопы произво-
дят систематическое облучение тела, в результате чего
может наступить заболевание.
В связи с этим при работе с радиоактивными изото-
пами необходимо принимать меры против попадания ра-
диоактивных веществ внутрь организма и на поверхность
тела работающих, а также против облучения людей из-
лучением радиоактивных изотопов.
Лаборатории для работы с радиоактивными изото-
пами должны иметь такие полы, стены, потолки и ме-
бель, чтобы их было легко мыть. Пол покрывается лино-
леумом или метлахской плиткой, стены и двери окраши-
ваются масляной краской. Мебель делается из непористых
материалов на ножках, деревянная — окрашивается мас-
ляной краской, рабочие поверхности столов и вытяжных
шкафов покрываются линолеумом, пластмассой, гетинак-
сом, стеклом и тому подобными материалами. Помеще-
ния оборудуются хорошей приточно-вытяжной вентиля-
цией.
Если работа проводится с малыми количествами ра-
диоактивных изотопов (меньше 0,05 милликюри бета-
излучателей на рабочем месте), то основные мероприя-
тия должны быть направлены на предупреждение попа-
дания радиоактивных веществ на поверхность тела и
внутрь организма. В защите от внешнего облучения не-
обходимости нет. Если работа ведется с гамма-излучаю-
щими изотопами, то количеством, при котором нет необ-
ходимости в защите от внешнего облучения, является
такое, которое соответствует по создаваемой дозе
0,05 миллиграмма радия. Однако, чтобы предохранить от
облучения руки, все операции с радиоактивными веще-
ствами совершают с помощью ручных и механических
манипуляторов — щипцов специального устройства
(рис. 30а и 306).
При работе с большими количествами радиоактивных
изотопов, помимо мер, направленных на предотвращение
попадания радиоактивных веществ внутрь организма и
на поверхность тела, необходима защита работающих от
внешнего облучения.
Для защиты от бета-лучей применяют плексигласо-
вые, а для защиты от гамма-лучей свинцовые экраны.
127
Рис. 30а. Ручные манипуляторы для работы
с радиоактивными изотопами
Чтобы предотвратить загрязнение поверхности тела
радиоактивными веществами, пользуются специальной
одеждой и всю работу проводят в резиновых перчатках.
В случае наличия в атмосфере радиоактивных газов, па-
ров, аэрозолей или пыли применяют при работе противо-
газы или защитные маски. На рис. 31 справа показан ра-
128
Рис. 306. Действие «механических рук»:
а — разъединение деталей; б — переливание жидкостей
Рис. 31. Слева — комбинезон с трубой из
пластмассы, пользуясь которой человек наде-
вает комбинезон, через трубу поступает неза-
раженный воздух; справа работник лабора-
тории в комбинезоне и защитном плексигла-
совом шлеме. В руках переносный батарейный
радиометр
9 А. Н. Несмеянов
129
ботник лаборатории в комбинезоне и плексигласовом изо-
лирующем шлеме.
Если работы не связаны с попаданием радиоактивных
веществ в атмосферу лаборатории, то они производятся
на обычных столах для химических работ, но для предот-
вращения разливания растворов сосуды с растворами
ставятся в эмалированные кюветы, кюветы из плекси-
гласа, пластмассы, нержавеющей стали и т. п.
В случаях проведения работ, при которых возможно
поступление радиоактивных изотопов в воздух рабочего
помещения в виде газов, паров, аэрозолей или пыли, их
производят в специальных вытяжных шкафах или за-
крытых камерах. Эти шкафы и камеры не только изо-
лируют помещение от поступления радиоактивных ве-
ществ в атмосферу лаборатории и тем самым предохра-
няют работающих от попадания радиоактивных веществ
в организм через легкие, но и предохраняют от загряз-
нения тела и от излучения радиоактивных изотопов. На
рис. 32 изображен шкаф (камера) для работы с радиоак-
тивными изотопами, испускающими только бета-лучи, а
на рис. 33 — тяжелый свинцовый шкаф для работы с
гамма-излучающими изотопами. Работа в этих шкафах
осуществляется руками, которые вводятся.внутрь шкафа
через вмонтированные в специальные отверстия резино-
вые перчатки или с помощью вмонтированных в стенку
механических манипуляторов. Вещества для работы вно-
сятся внутрь шкафа через небольшие боковые камеры-
шлюзы. Удаление воздуха из шкафов производится через
фильтры, поглощающие радиоактивные вещества. В лег-
ком шкафу наблюдение осуществляется через переднюю
плексигласовую стенку, а в тяжелом — через специаль-
ное свинцовое стекло, хорошо поглощающее гамма-лучи.
Если приходится работать с очень большими количе-
ствами радиоактивных изотопов, измеряемыми десятками,
сотнями и тысячами кюри, то все без исключения опера-
ции проводят в специально построенных для этой цели
так называемых «горячих» камерах. Работу в «горячих»
камерах совершают с помощью механических или элек-
трических манипуляторов. Такие манипуляторы позво-
ляют производить работу из соседнего помещения. На-
блюдение за совершаемыми операциями проводятся с
помощью оптической системы — перископа или через тол-
130
Рис. 32. Небольшой герметичный шкаф для работы с бета-
излучающими изотопами
Рис. 33. Шкафы перчаточного типа из нержавеющей стали (а) и из
свинца (б). Передвижные экраны для защиты от излучений (ej
при работе с гамма-излучающими радиоактивными изотопами
9*
стый слой прозрачного поглощающего материала (свин-
цовое стекло, растворы в воде солей тяжелых металлов,
таких, как свинец).
Кроме использования при работе с радиоактивными
изотопами специальной аппаратуры и одежды для без-
опасной работы, необходимо соблюдать ряд мер предо-
сторожности. В рабочих помещениях необходимо соблю-
дать большую чистоту, не допускать скопления пыли и
ежедневно производить влажную уборку помещений.
Загрязнения тела часто происходят от загрязненной
спецодежды и рук. В связи с этим необходимо тщательно
следить за чистотой халатов и комбинезонов, ежене-
дельно производя их стирку. Несмотря на то что работа
с радиоактивными изотопами ведется в резиновых перчат-
ках, после работы, перед едой и курением необходимо
тщательно мыть руки. В случае обнаружения загрязне-
ния тела необходимо принять душ.
Организация работы лабораторий также должна
служить к предотвращению случаев внешнего и внутрен-
него облучения работающих.
Для этой цели хранение радиоактивных изотопов
осуществляется в специально отведенных помещениях в
сейфах, поглощающих излучение. Переноска изотопов
проводится в контейнерах (рис. 34), обеспечивающих
не только защиту от излучения, но и предохраняю-
щих изотопы от возможного разливания и рассыпания.
Изотопы в контейнерах ставятся в других сосудах. Для
предотвращения загрязнения канализационной системы
отходы радиоактивных изотопов собираются в специаль-
ные сосуды и хранятся до полного распада. В случае
долгоживущих изотопов их отходы собираются в спе-
циальные могильники.
Контроль за работой с радиоактивными изотопами
осуществляется самими работающими и службой конт-
роля и дозиметрии, которая должна организовываться в
каждой лаборатории. Контроль заключается в системати-
ческом наблюдении за чистотой рабочих помещений, за от-
сутствием радиоактивных загрязнений в помещениях для
работы, на халатах и теле работающих, в особенности на
руках. Кроме того, необходим контроль за правильностью
хранения и удаления отходов радиоактивных изотопов.
Контроль осуществляется с помощью дозиметрических
приборов. В зависимости от назначения дозиметрические
132
приборы делятся на четыре группы: индикаторы, дози-
метры, радиометры, рентгенометры.
Индикаторы радиоактивности предназначаются для
обнаружения мест, зараженных радиоактивными изото-
Рис. 34. Контейнеры для перевозки и хранения радиоактивных
изотопов
пами, для сигнализации о недопустимых уровнях радиа-
ции в воздухе, на поверхности пола, столов, на местности,
на спецодежде и теле.
Дозиметры применяются для измерения суммарной
дозы радиации. На рис. 35 показана схема карманного
дозиметра, выполненного в виде авторучки. Этот дози-
метр употребляется для определения дозы излучения, ко-
торую получает человек, носящий дозиметр, за все время
пребывания в зоне излучения. Такой дозиметр носится в
кармане. Он состоит из миниатюрной ионизационной ка-
133
меры, электроскопа и микроскопа. На внутренний элект-
род электроскопа подается от специального зарядного
устройства постоянное напряжение. При этом подвижной
лепесток электроскопа, прикрепленный к электроду, от-
ходит от последнего. Заряд, находящийся на электроде и
лепестке, постепенно переносится ионизированным воз-
духом на корпус дозиметра. Сила отталкивания кварце-
вого, покрытого платиной лепестка от электрода умень-
шается, и благодаря упругой силе лепесток приближается
к электроду. Место-
Рис. 35. Принципиальная схема карман-
ного дозиметра:
1— окуляр; 2 — объектив; 3 — зарядная мем-
брана; 4 — внутренний электрод; 5 — корпус;
6 — шкала; 7 — электроскоп; 8 — изолятор
положение лепестка
определяется через
микроскоп глазом по
шкале, находящейся
внутри микроскопа.
Шкала отградуиро-
вана так, что дози-
метр непосредствен-
но показывает коли-
чество миллирентге-
нов.	Прибор
позволяет измерять
от 0 до 200 милли-
дозы рентгеновых и гамма-лучей
рентгенов.
Рентгенометры предназначаются для определения
мощности дозы. Мощность дозы — это доза в единицу
времени. Поэтому шкала показывающего стрелочного
прибора рентгенометров градуируется в рентгенах в час
или микрорентгенах в секунду. Рентгенометр состоит из
ионизационной камеры, усилителя ионизационного тока,
регистрирующего электроизмерительного прибора и ис-
точника питания для усилителя и ионизационной камеры.
Действие рентгенометра основано на регистрации с по-
мощью микроамперметра ионизационного тока, возни-
кающего в ионизационной камере под действием излуче-
ния, после его усиления. Величина ионизационного тока
колеблется в пределах порядка 10“7—10-11 ампера, а
обычные микроамперметры позволяют измерять токи не
менее 1 микроампера. Рентгенометры бывают полевые —
батарейные, в которых питание усилителя и ионизацион-
ной камеры осуществляется от батарей, сухих элементов,
и лабораторные — сетевые с питанием от электрической
сети переменного тока через выпрямитель тока. На рис. 36
134
Рис. 36. Лабораторный сетевой рентгенометр
приведен внешний вид лабораторного сетевого, а на
рис. 37 — полевого батарейного рентгенометра. Послед-
ний представляет из себя
один блок в металличе-
ском кожухе. На верхней
панели прибора разме-
щены регистрирующий
прибор и ручки управле-
ния. Внутри кожуха на
передней панели крепится
ионизационная камера и в
Рис. 37. Общий вид полевого батарейного рентгенометра
135
отдельном отсеке размещаются источники питания —
батареи сухих элементов. Усилитель тока и другие эле-
менты радиотехнической схемы радиометра очень чувст-
вительны к влаге и поэтому монтируются в отдельном
герметизированном отсеке. Для измерения уровня бета-
радиации в дне кожуха имеется отверстие. Гамма-излу-
чение проникает в ионизационную камеру прямо через
кожух прибора.
Радиометры предназначаются для определения сте-
пени зараженности воздуха, воды, поверхностей земли,
пола, лабораторной мебели, одежды и тела радиоактив-
ными изотопами.
Рис. 38. Лабораторный сетевой радиометр
Радиометр представляет собой прибор, состоящий из
приемника излучений, в качестве которого используется
газовый счетчик, усилителя импульсов тока, питающего
устройства и регистрирующего прибора. В качестве ре-
гистрирующих приборов используют электромеханический
счетчик импульсов тока или стрелочный прибор, програ-
дуированный в импульсах тока в минуту.
Радиометры, так же как и рентгенометры, бывают се-
тевые — лабораторные и полевые — батарейные. В пер-
вых питание газового счетчика и усилителя тока осуще-
ствляется от электрической сети переменного тока, а во
вторых — от батареи сухих элементов. Многие радио-
метры имеют наушники, позволяющие определять на
слух интенсивность излучения. На рис. 3§ представлен
136
Измерительный
пульт
§ лабораторный сете-
® вой радиометр, а на
g рис. 39 — полевой
§ радиометр. В по-
« следнем счетчик
® вмонтирован в так
называемый зонд.
| Зонд представляет
§ собою дюралюми-
g, ниевую трубку диа-
ф метром 26 мм, окан-
§ чивающуюся пово-
ротной головкой, в
| которой крепится
я счетчик. В стволе
зонда расположена
§ радиосхема. Зонд
& радиометра гермети-
° чен и допускает его
w погружение в воду
£ на 200 мм и работу
о с прибором под до-
| ждем. Головка зонда
л может быть постав-
£ лена в два положе-
s® ния — прямо и под
углом 120°. Головка
Й зонда имеет оболоч-
ю ку, которая может
2 быть поставлена в
| три положения: счет-
§ чик закрыт алюми-
ниевым кожухом —
§ измеряется только
гамма-излучение, бе-
§ та-лучи поглощают-
§ ся оболочкой; счет-
® чик открыт — изме-
I ряются бета- и
3 гамма - излучения
вместе (рис. 39); до-
. ступ к счетчику для
бета-лучей открыт в
I	137
виде щели; в этом случае также измеряются бета- и
гамма-излучения, но при этом значительная часть бета-
лучей поглощается оболочкой. Это положение необходимо
в случаях очень интенсивного бета-излучения. Внутри
зонда проходит электрошнур, соединяющий газовый счет-
чик с регистрирующим и питающим устройствами, смон-
тированными в одной коробке. Внутри коробки располо-
жены питающие батареи и усилительное устройство. Сна-
ружи под крышкой вмонтирован регистрирующий при-
бор — микроамперметр, шкала которого проградуирована
для бета-излучения в распадах в минуту с квадратного
сантиметра поверхности, а для гамма-лучей — в милли-
рентгенах в час. Некоторые образцы приборов позволяют
регистрировать от 50 до 90 000 распадов с 1 кв. санти-
метра в минуту по бета-лучам, от 0,02 до 30 миллирент-
генов в час по гамма-лучам. Ручки управления и регули-
ровки прибора также находятся на передней панели под
крышкой. Параллельно с показывающим прибором к уси-
лителю подключены телефонные наушники. На крышке
прибора с внутренней стороны указаны правила обраще-
ния с прибором и перевод показаний шкалы прибора в им-
пульсы в минуту и миллирентгены в час. Радиометр мо-
жет работать при колебаниях температуры от—40 до
+50° С и при больших колебаниях влажности воздуха.
В СССР охрана здоровья работающих с радиоактив-
ными изотопами является общегосударственным делом.
Законодательным порядком установлены нормативы пре-
дельно допустимых уровней облучения и предельно допу-
стимых концентраций содержания радиоактивных изото-
пов в воздухе и воде. Изданы обязательные правила для
работ с радиоактивными изотопами. Нормирована про-
должительность рабочего времени и отпусков. Организо-
вано медицинское наблюдение за работающими и уста-
новлен государственный контроль за выполнением законо-
дательства в данной области. Работа с радиоактивными
изотопами при соблюдении правил безопасна.
V. ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ
КАК ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
Излучение радиоактивных элементов в последние годы
находит все более и более широкое применение в науке
и технике. В этой главе мы рассмотрим применение излу-
чения радиоактивных изотопов для дефектоскопии, в из-
мерительных приборах и приборах контроля и автомати-
зации производственных процессов, для получения новых
веществ в медицине, пищевой промышленности и ряде
других важных отраслей науки и техники.
1.	Излучение в технике
Гамма-дефектоскопия. Как заглянуть внутрь металли-
ческого предмета? Как найти в таком теле пустоты, тре-
щины, пузырьки газа и т. д.?
Для просвечивания непрозрачных тел в технике и ме-
дицине до последнего времени применялись только лучи
рентгена. Однако промышленные рентгеновские установки
громоздки, их нельзя переносить с одного места на другое,
они требуют источника электрического тока и они не дают
возможности просвечивать металлы, толщина которых
превышает 5 сантиметров. Вследствие этого на металлур-
гических и машиностроительных предприятиях стали упо-
треблять для просвечивания металлов радий, гамма-лучи
которого проникают на большую глубину. Однако радий
очень дорог. Поэтому в последнее время вместо него ис-
пользуют более дешевые искусственные радиоактивные
изотопы. Наиболее пригодным оказался радиоактивный
изотоп кобальта — кобальт 60. Он достаточно долгове-
чен — за пять лет его количество убывает лишь наполо-
139
вину, — и его легко получить, облучая металлический
кобальт нейтронами в ядерном реакторе. Гамма-лучи
кобальта 60 обладают большой проникающей способно-
стью (до 30 сантиметров железа), так как их энергия ве-
лика и равна 1,3 Мэв. Мощные препараты радиоактив-
ного кобальта можно получить в виде маленького ша-
рика, палочки, пластинки или в любой другой форме.
Просвечиванием можно выявить дефекты в металлах,
трещины в деталях машин, раковины, пузырьки и неодно-
Рис. 40. Внешней вид гамма-дефектоскопа
ГУ'П-Со-50. (В кружке показана гаммаграфия
дефектной детали.)
140
родности в отливах, равномерность и качество сварного
шва и разрешить ряд других вопросов, используя радио-
графию.
При просвечивании гамма-лучами по одну сторону
детали ставят источник излучения, а по другую — фото-
пленку. Гамма-лучи поглощаются материалом детали, но
в местах, где находятся пустоты и трещины, они погло-
щаются меньше и, попадая на фотопленку, засвечивают ее
неравномерно. При проявлении пленки в местах против
трещин и пустот появляется почернение. На рис. 40 пока-
зан внешний вид отечественного аппарата для гамма-
дефектоскопии ГУП-Со-50 и гаммаграфия дефектной де-
тали, снятой при просвечивании гамма-лучами Со60.
Кроме кобальта 60, для просвечивания можно использо-
вать и другие радиоактивные изотопы. Так, для просвечи-
вания тонких деталей (до 10 миллиметров) применяют
изотоп радиоактивного тулия — Ти170, энергия гамма-лу-
чей которого равна всего 0,084 Мэв, а более толстых (от
10 до 40 миллиметров)—радиоактивный изотоп ири-
дия — 1г192 с энергией гамма-лучей 0,6 Мэв или европия —
Ей155 (энергия гамма-лучей — 0,1 Мэв). Гамма-лучи Со60
благодаря большой энергии проходят сквозь тонкие изде-
лия, практически мало ослабляясь, в то время как гамма-
лучи 1г192 и Ти170 заметно поглощаются такими изделиями.
Благодаря этому наличие трещин и пустот в тонких изде-
лиях при просвечивании мало сказывается на интенсив-
ности потока гамма-лучей Со60 и сильно сказывается на
интенсивности потока гамма-лучей небольшой энергии.
Следовательно, фотографическая эмульсия при действии
гамма-лучами Со60 будет засвечиваться равномерно, а
гамма-лучами иридия и тулия неравномерно и против
пустот будет более интенсивное засвечивание.
Из описанного ясно, что для различных по толщине и
плотности деталей можно использовать различные изо-
топы, подбирая их по энергии гамма-лучей. Для дефек-
тоскопии стараются использовать изотопы с большой про-
должительностью жизни, подбирая их для различных
целей по энергии гамма-лучей. Гамма-дефектоскопы не
нуждаются в питании электрическим током и могут ис-
пользоваться в полевых условиях.
Дефекты в деталях могут быть выявлены и с помощью
счетчика и препарата, излучающего гамма-лучи, что видно
141
Рис. 41. Схема контроля изделия
с помощью счетчика:
1 — радиоактивный препарат; 2 — счет-
чик; 3 — изделие; 4 и 5 — свинцовые
блоки
из рис. 41. Интенсивность счета резко увеличивается, если
в металле против счетчика находится трещина или
пустота.
Гамма-дефектоскопия становится на заводах нашей
страны обязательным способом контроля производства.
В настоящее время в на-
шей промышленности ра-
ботает большое количе-
ство установок для гам-
ма-дефектоскопии.
Светосоставы постоян-
ного действия. Радио-
активные изотопы также
широко используются в
промышленности для при-
готовления светосоставов
постоянного действия.
Смесь радия с сернистым
цинком и некоторыми дру-
гими веществами светится
в темноте зеленоватым
светом. Этот свет знаком
всем по свечению стрелок
часов. Свечение происхо-
дит вследствие действия
альфа-частиц, которые ис-
пускает радий, на серни-
стый цинк. Это свечение
воспринимается глазом
как спокойный ровный
свет. Однако под микро-
скопом можно увидеть мириады отдельных вспышек.
Вместо радия можно взять и другие радиоактивные эле-
менты, излучающие альфа-частицы и имеющие достаточ-
ную продолжительность жизни. Такие светосоставы упо-
требляются для покрытия указателей приборов, за кото-
рыми необходимо вести наблюдение в темноте, например
в самолетах. Эти светосоставы могут действовать непре-
рывно в течение длительного времени.
Контроль выгорания огнеупоров. Контроль выгорания
огнеупорной кладки, например, в доменной печи очень
сложен. С помощью радиоактивных элементов этот конт-
роль осуществить чрезвычайно просто. Если при по-
142
стройке или ремонте доменной печи в огнеупорную кладку
на разную глубину от внутренней поверхности запрессо-
вать препараты радиоактивного изотопа кобальта, то их
наличие в кладке легко проверить извне домны с
помощью счетчика. По мере выгорания огнеупорной футе-
ровки печи препараты радиоактивного кобальта посте-
пенно, один за другим, попадают в чугун. При выгорании,
следовательно, гамма-излучающие препараты кобальта
60 перестают обнаруживаться счетчиком на местах их за-
прессовок, что дает возможность определить глубину вы-
горания огнеупоров.
Снятие электростатических зарядов. В ряде произ-
водств благодаря трению одних частей машин о другие
на изоляторах происходит накопление электрического за-
ряда. Это явление возникает, например, на текстильных
машинах при движении материи или ниток в машине.
Накопление заряда может вызвать искру, а от нее может
возникнуть пожар. В связи с этим встает необходимость
снятия заряда во время работы машины. Это легко дости-
гается применением радиоактивных элементов, излучение
которых ионизирует воздух. В особенности сильно иони-
зируют воздух альфа-частицы, поэтому для целей снятия
заряда употребляют альфа-излучающие препараты.
Радиоактивный элемент помещается вблизи трущихся
частей, и заряд постепенно стекает с машины через воз-
дух, который становится проводником электрического
тока. Это особенно важно при производстве фотопленки,
на которой при сушке и перемотке возникает заряд и про-
исходит искрение. Это искрение засвечивает пленку, на
которой появляются полосы, подобные маленьким мол-
ниям. В присутствии альфа-излучающего препарата искре-
ния не получается.
2.	Приборы контроля в производстве
Излучение радиоактивных элементов используется в
ряде приборов автоматического контроля в производстве.
Радиоактивные уровнемеры. Представьте себе метал-
лический бак, в котором необходимо знать уровень жид-
кости. Поместим в такой бак поплавок, в котором закреп-
лено небольшое количество радиоактивного элемента.
Затем наполним бак до определенного уровня и закрепим
над жидкостью счетчик Гейгера-Мюллера. Подсчитаем,
143
сколько отсчетов дает счетчик в минуту при таком урбвнё
воды. Опустим уровень на 10 сантиметров и снова изме-
рим количество отсчетов счетчика в минуту; так как рас-
стояние от поплавка до счетчика стало больше, то количе-
ство излучения, попадающего в счетчик, становится
меньше, и он дает меньше
уровня жид-
СВ верхнем
схема.)
Рис. 42. Измеритель
кости в баллоне.
углу приведена
отсчетов. Далее спустим уро-
вень жидкости еще на
10 сантиметров и снова
подсчитаем количество им-
пульсов в минуту и так
далее. После такой гра-
дуировки легко опреде-
лить по количеству отсче-
тов (импульсов) в минуту
уровень жидкости в баке.
Можно счетчик соединить
с прибором, который пря-
мо будет показывать уро-
вень жидкости в баке.
Если счетчик соединить с
системой автоматического
устройства, которое соеди-
няется с клапанами, впу-
скающими жидкость в
бак, то при повышении в
баке уровня выше нормы
счетчик выключает кла-
пан притока жидкости.
Другая конструкция
уровнемера использует яв-
ление поглощения излуче-
ния в слое жидкости. Та-
кой уровнемер устроен
следующим образом. На
двух противоположных
стенках резервуара распо-
лагают радиоактивный изотоп, служащий источником
излучения, и прибор, регистрирующий излучение, иони-
зационную камеру или счетчик. Источник излучения и
регистрирующий прибор могут одновременно переме-
щаться по вертикали вдоль стенок резервуара. Если на
пути излучения находится жидкость, то излучение сильно
поглощается и в регистрирующий прибор почти не попа-
144
дает. В случае когда излучатель и прибор находятся над
уровнем жидкости, излучение поглощается только стен-
ками резервуара и большая часть его попадает в счет-
чик. Следовательно, пе-
редвигая прибор снизу
вверх на границе по-
верхности жидкости, мы
будем наблюдать рез-
кое увеличение количе-
ства излучения, попа-
дающего в прибор, т. е.
легко обнаружим уро-
вень жидкости. Если не-
обходимо поддерживать
уровень жидкости на
определенной высоте, то
радиоактивный препа-
рат и приемник излу-
чения закрепляются на
указанном уровне и по-
следний соединяется с
автоматическим устрой-
ством, увеличивающим
или уменьшающим при-
ток и отток жидкости
в резервуар при изме-
нении потока излучения,
попадающего в регист-
рирующий прибор. На
рис. 42 приведена схе-
ма и внешний вид оте-
чественного измерителя
Рис. 43. Схема установки уровнемера
конструкции «Цветметавтоматика» на
рукаве подземного бункера:
I — источники Y -излучения Со90; 2 — при-
емники излучения; 3 — шнуры; 4 — измери-
тельный блок; 5 — сигнализация
уровня жидкого хлора
в баллоне.
Уровнемеры такого
типа, а также уровне-
меры, работающие по
другим схемам, но ос-
нованные на поглощении излучения радиоактивных изо-
топов, были сконструированы советскими инженерами для
ряда производств: для нефтяной промышленности —
с целью поддержания уровня нефтепродуктов в закрытых
резервуарах, границы раздела, например керосин — вода
10 А. Н. Несмеянов
145
и т. й., для пищевой промышленности — с целью контроля
уровня пива в пивных танках, для металлургической
промышленности — с целью определения уровня металла
в вагранке, для парфюмерной промышленности — с целью
контроля заполнения тюбиков парфюмерными изделиями,
наконец для контроля уровня руды или угля в подзем-
ных бункерах при их добыче. Схема последнего уровне-
мера приведена на рис. 43.
Радиоактивный плотномер. На принципе поглощения
гамма-излучения радио-
активных изотопов ос-
нован и сконструиро-
ванный советскими ин-
женерами прибор для
определения плотности
жидкостей в трубопро-
водах. Источниками из-
лучения служат кобальт
60 и цезий 137. Прибор
действует по принципу
уровнемера. По одну
сторону трубопровода
Рис. 44. Внешний вид прибора для
измерения содержания грунта в
пульпе землесосных снарядов
щий излучение прибор, а по
ния. Поглощение излучения
ставится регистрирую-
другую — источник излуче-
пропорционально плотности
жидкости в трубопроводе. Регистрирующий прибор гра-
дуируется так, что непосредственно показывает плот-
ность жидкостей в граммах в кубическом сантиметре. Та-
кого рода прибор применяется для непрерывного дистан-
ционного измерения содержания грунта в пульпе земле-
сосных снарядов (рис. 44).
На принципе изменения степени поглощения бета-лу-
чей советскими инженерами сконструированы также при-
боры для контроля качества молока по его плотности и
для измерения плотности огнеупоров.
Измерение плотности можно вести и с помощью при-
бора, основанного на рассеянии гамма-лучей.
В этом приборе, так же как и в предыдущем, имеется
источник гамма-лучей — препарат радиоактивного изо-
топа и приемник излучения — ионизационная камера, ко-
торые расположены в свинцовой защите и ставятся по
одну сторону сосуда, в котором производится измерение
плотности жидкости, например в трубопроводе.
146
Гамма-лучи по узкому каналу из свинцового контей-
нера попадают внутрь трубы с жидкостью, где они рассе-
иваются. Рассеянные лучи снова проникают сквозь трубу
и попадают в ионизационную камеру. С изменением плот-
Рис. 45. Схема установки для контроля толщины холод-
ного стального проката (а). Прибор для определения
толщины оловянных покрытий (б)
ности жидкости в трубе изменяется и степень рассеяния
гамма-лучей, тем самым изменяется поток излучения, по-
падающего в ионизационную камеру. Ионизационная
камера соединена с усилителем тока и регистрирующим
прибором, проградуированным в единицах плотности.
10*
147
3
Рис. 46. Схема измерителя тол-
щины:
i — поток излучения; 2 — объект изме-
рения; 3 — ионизационная камера; 4 —
прибор, показывающий толщину
Радиоактивный толщиномер. Теперь нетрудно предста-
вить себе прибор для измерения толщины каких-либо
пластин — толщиномер. Схема его показана на рис. 45,
46. Гамма-лучи, проходя сквозь слой материала, частично
поглощаются. Поглощение идет тем сильнее, чем толще
материал. Количество гамма-лучей, проникших через пре-
граду, регистрируют с помощью счетчика или иониза-
ционной камеры. Прибор
предварительно градуиру-
ют по тому же самому ма-
териалу с известной тол-
щиной. Сначала между
счетчиком и источником
гамма-лучей ставят пре-
граду в 1 миллиметр, за-
тем в 2 миллиметра, в-
4 миллиметра и т. д., от-
мечая каждый раз показа-
ние прибора. После этого
ставят пластину с неиз-
вестной толщиной и по
показанию прибора нахо-
дят ее толщину.
Так как бета-лучи по-
глощаются значительно
легче гамма-лучей, то для
измерения толщины тон-
ких пластин, фольги, бу-
маги и т. п. можно упо-
треблять бета-излучатели.
Принцип поглощения излучения может быть использо-
ван для непрерывного контроля в производстве толщины
изделий. Например, при применении гамма-лучей — про-
ката или в случае использования бета-лучей — бумаги и
металлической фольги.
Бесконечная металлическая лента бежит из-под вал-
ков машины. Радиоактивный «глаз» внимательно следит
за качеством получающейся ленты, за ее толщиной. Этот
«глаз» в виде радиоактивного элемента, излучающего
бета- или гамма-лучи, помещается в форме полоски по
одну сторону, а счетчик — по другую сторону бегущей
ленты. Всякое утолщение ленты сказывается на работе
счетчика, так как в ленте излучение поглощается тем в
148
большей степени, чем толще лента. Если счетчик отрегу-
лировать на определенную скорость счета при заданной
толщине ленты и соединить с автоматом, связанным с
валками, то всякое утолщение вызовет понижение ско-
рости счета и заставит автомат уменьшить расстояние
между валками. Наоборот, утоньшение ленты против
нормы вызовет увеличение скорости счета, а автомат, свя-
занный со счетчиком, раздвинет валки (рис. 47).
Рис. 47. Схема контроля толщины фольги, выходя»
щей из вальцов, с помощью радиоактивного препа-
рата и счетчика
Советскими инженерами сконструировано в настоящее
время большое количество приборов контроля толщины,
основанных на поглощении излучения радиоактивных изо-
топов. Такие приборы созданы для контроля толщины
проката, фольги, бумаги, кожи, резины, ткани и т. п.
На принципе поглощения бета-излучения церия 144
был сконструирован прибор для контроля качества меха,
с помощью которого можно осуществлять непрерывный
бесконтактный контроль густоты меха. В этом приборе
радиоактивный препарат находится в контейнере с отвер-
стием, из которого идет узкий пучок бета-лучей. На пути
бета-лучей проходит шкурка с мехом. Поток излучения
попадает в ионизационную камеру и создает в ней иони-
зационный ток, который усиливается линейным усилите-
лем и регистрируется гальванометром.
Используя принцип поглощения бета-лучей в материа-
лах, советским инженерам удалось также сконструировать
прибор автоматической регулировки хлопкотрепальных
машин. Прибор состоит из источника излучения (строн-
ций 90) и приемника излучения — ионизационной камеры,
которые располагаются по разные стороны хлопкового
холста. Толщина нитки, выходящей из машины, зависит
от толщины холста, поступающего в машину. Если тол-
щина холста выше или ниже нормы, то излучение строн-
ция 90 начинает поглощаться соответственно сильнее или
149
слабее и ток в ионизационной камере ослабляется или
усиливается. Изменение тока в камере передается на ба-
рабан, протягивающий хлопковый холст, и изменяет число
оборотов так, что скорость поступления хлопка остается
все время постоянной.
Дозирующие устройства. Поглощение бета- и гамма-
излучения радиоактивных изотопов в веществе может
быть использовано для дозировки заполнения различного
рода устройств в производстве. Принцип действия такого
рода устройств ясен из рис. 48. Как только уровень угля
или руды отделяет поток гамма-лучей от приемника
(счетчика или ионизационной камеры), срабатывает реле
и приводится в действие механизм, отсекающий дальней-
шее поступление материала. Подобное устройство может
быть использовано для контроля заполнения вагонеток
и т. п.
Использование рассеяния гамма-лучей. На принципе
рассеяния гамма-лучей сконструирован прибор для опре-
деления внутренней коррозии труб.
Как же заглянуть внутрь металлической трубы
какого-либо трубопровода, не нарушая ее цельности, и
узнать ее состояние? Не проржавела ли такая труба и не
грозит ли аварией? Для этой цели можно употребить
специальный прибор. Он состоит из двух камер, изолиро-
ванных друг от друга свинцом. В первой камере помещен
радиоактивный препарат, излучающий гамма-лучи, а во
второй — счетчик. Гамма-лучи от препарата через диа-
фрагмы узким пучком направляются на трубу, проникают
в нее и рассеиваются. Часть гамма-лучей отражается и
попадает в счетчик. В том месте трубы, где цельность ме-
талла не нарушена коррозией, пустотами и трещинами,
отражение определяется строго известным числом импуль-
сов счетчика, а в случае разрушения трубы коррозией
счет повышается и тем больше, чем больше разрушение,
так как излучение проникает внутрь трубы с меньшим
поглощением.
Использование рассеяния бета-лучей. Ряд приборов, в
которых используется излучение радиоактивных изото-
пов, построен на принципе рассеяния бета-излучения.
Известно, что если на данное вещество падает поток
бета-лучей, то часть их рассеивается так, что вещество
становится как бы источником излучения. Рассеивание
бета-лучей различными элементами не одинаково. Чем
J50
Рис. 48. Схема с применением ^-реле в дозирую-
щем устройстве
больше атомный вес рассеивающего элемента, тем больше
отраженных бета-лучей. Степень отражения также зави-
сит от толщины отражающего материала. Она возрастает
с увеличением толщины до тех пор, пока не достигнет
максимальной для данного элемента величины. Исполь-
зуя этот принцип, можно производить анализ материала,
из которого выполнен отражатель; например, можно опре-
151
делить процентное содержание какого-либо тяжелого ме-
талла в сплаве с легким металлом. На этом принципе
советскими инженерами сконструирован прибор для
определения толщины оловянных покрытий жести
(рис. 49). Прибор представляет ионизационную камеру в
свинцовой защите, внизу которой расположен бета-излу-
чающий радиоактивный препарат (таллий 204). Препарат
находится в свинцовой ампуле, которая направляет поток
Рис. 49. Схема прибора для измере-
ния толщины металлических покры-
тий, построенного на принципе рас-
сеяния бета-лучей
излучения вне камеры. В камеру излучение попадает, пре-
терпевая обратное рассеяние в слое олова- и жести. Же-
лезо жести практически производит лишь небольшой
эффект рассеяния, а олово рассеивает бета-лучи в соот-
ветствии с толщиной покрытия, что и контролируется
регистрирующим прибором, соединенным с ионизацион-
ной камерой.
Радиоактивный измеритель площади. Трудно быстро
найти площадь сложной фигуры. Однако, используя
радиоактивные элементы, удалось сконструировать при-
бор для измерения таких площадей. Он позволяет в тече-
ние долей минуты измерить площадь самой сложной
фигуры. Для измерения нужная фигура вырезается из
бумаги и кладется в прибор на сетку, находящуюся между
источником излучения альфа-частиц и ионизационной ка-
мерой. Ионизационная камера соединена со стрелочным
прибором, проградуированным так, что в отсутствие пре-
пятствия между альфа-излучателем и ионизационной ка-
мерой стрелка стоит на нуле, при полностью закрытой
сетке — на делении шкалы, соответствующем площади
сетки в квадратных сантиметрах. Если на сетке находится
1-52
фигура из бумаги, то она препятствует прохождению ча-
сти альфа-лучей в ионизационную камеру и стрелка пока-
зывает то число делений, которое составляет площадь
бумаги, положенной на сетку (рис. 50).
Рис. 50. Схема прибора для изме-
рения площадей:
1 — радиоактивный препарат; 2 — изме-
ряемый предмет; 3 — ионизационная
камера
Весы с радиоактивным препаратом. Весы — это тон-
чайший инструмент, без которого трудно себе представить
современную химическую и физическую лабораторию. От
их точности и чувствительности зависит в значительной
мере результат многих опытов. Люди сконструировали
много различных типов весов. Одним из них являются
весы, в которых чувствительность повышается с помощью
излучения радиоактивных элементов в 100 раз. На коро-
мысле весов закрепляется радиоактивный препарат, а
против него устанавливается счетчик. При равновесии
счетчик регистрирует определенное число импульсов. На-
рушение равновесия вызывает понижение счета импуль-
сов, что видно по специально устроенному прибору, с
помощью которого и можно установить равновесие.
Манометр с альфа-излучающим препаратом. Совет-
скими инженерами сконструирован манометр, с помощью
которого можно измерять малые давления газов и паров
в области от 1 микрона * до 10 миллиметров ртутного
столба. Манометр основан на явлении ионизации газов
альфа-лучами радиоактивного препарата, в качестве кото-
рого могут быть использованы долгоживущие радиоак-
тивные изотопы, испускающие альфа-лучи.
Число ионов, которое образует альфа-частица при
движении в газе на сантиметре пути, зависит от давления
газа, через который она двигается. Оно тем больше, чем
* Микрон равен 0,001 миллиметра.
153
больше давление газа. Одной из основных частей мано-
метра является небольшой стеклянный баллон, содержа-
щий альфа-излучатель. Баллон присоединен к прибору, в
котором производится измерение давления. Газ, находя-
щийся в приборе, заполняет баллон. Ионы, образуемые в
баллоне альфа-излучателем, создают ионный ток, кото-
рый усиливается специальным радиотехническим прибо-
ром и регистрируется стрелочным прибором (миллиампер-
метром), проградуированным в единицах давления —
миллиметрах ртутного столба.
Тахометр, использующий радиоактивное излучение.
Радиоактивные изотопы позволяют сконструировать без-
инерционный счетчик оборотов — тахометр. На вращаю-
щийся объект (колесо, ось, вал) в определенном месте
наносится радиоактивный изотоп, обладающий гамма-
излучением.
Рис. 51. Схема прибора для счета числа
оборотов:
1 — вращающаяся деталь; 2 — радиоактивный препа-
рат; 3 —- счетчик; 4 — регистрирующий прибор; 5 —
защитная стенка
На некотором расстоянии от него устанавливается
счетчик, который закрыт от излучателя на всем пути его
движения, кроме определенного положения, соответствую-
щего каждому обороту объекта вращения. При прохожде-
нии излучателем положения, в котором излучение может
действовать на счетчик, последний регистрирует группу
импульсов тока. Таким образом, каждому обороту
объекта вращения соответствует группа импульсов, кото-
рая передается на специальный счетчик оборотов
(рис. 51).
Этот принцип советскими инженерами был положен в
основу целого ряда приборов, употребляемых для безинер-
154
ционного счета предметов в производстве, например для
счета бутылок на конвейере, мясных туш на транспортере
и т. п.
Интересным вариантом подобного рода устройства яв-
ляется прибор для определения расхода газов и жидко-
стей. В трубопроводе ставится вертушка, число оборотов
которой определяет расход газа или жидкости. На одной
из лопастей вертушки крепится радиоактивный препарат.
Каждый оборот вертушки заставляет срабатывать счет-
чик, который при этом попадает в зону действия излуче-
ния радиоактивного изотопа.
Электрические атомные батареи. С помощью действия
излучения радиоактивных изотопов можно построить
маломощные источники электрического тока. Электриче-
ская батарея включает в себя, например, радиоактивный
изотоп (прометий 147), излучение которого действует на
фосфоресцирующее вещество. Световые кванты, получаю-
щиеся в фосфоресцирующем веществе, воспринимаются
фотоэлементами, которые превращают световую энергию
в электрическую. Батареи, построенные на этом принципе,
могут быть размером с таблетку от кашля и могут обеспе-
чить, например, бесперебойный и точный ход электриче-
ских часов без завода в течение 5 лет.
Радиодетали с радиоактивными изотопами. Радио-
лампы являются составной частью каждой радиосхемы.
Большое значение в настоящее время приобрела радиоло-
кация. Радиолокационная станция имеет большое количе-
ство радиоламп. Для таких станций, в частности, необхо-
димы газоразрядные лампы с очень малым временем
зажигания. Для уменьшения времени зажигания внутрь
ламп вводят небольшие количества радиоактивного
кобальта, который ионизирующим действием излучения
резко уменьшает время зажигания лампы.
Радиотехника нуждается также в устойчивых больших
сопротивлениях, которые могут быть изготовлены с помо-
щью радиоактивных элементов. Такие сопротивления
представляют собой стеклянную трубку, на концах кото-
рой имеются впаи. Трубка наполнена воздухом и содер-
жит радиоактивный препарат. Благодаря ионизации
воздух в трубке становится проводником тока, но сопро-
тивление его велико.
15S
Рис. 52. Облучение гамм а-луча]
кобальта в лечебных целях'
3.	Использование радиоактивного излучения в медицине
На заре открытия радиоактивности было обнаружено,
что излучение радия может вызвать тяжелые, долго не
заживающие поражения тканей тела, подобные ожогу.
В последующие годы удалось установить, что оно осо-
бенно сильно влияет на ткани, пораженные раковой опу-
холью. Иглы с препаратами радия или радона стали вво-
дить в раковую опухоль и
в ряде случаев удавалось
достигнуть излечивания от
этой тяжелой болезни.
Лучи радия действуют по-
добно лучам рентгена, но
с помощью радия легче
провести облучение не-
большого участка тела,
так как радий занимает
небольшой объем и его
излучение может быть на-
правлено узким пучком на
объект облучения, если
радий помещен в свинцо-
вый сосуд с отверстием.
С открытием искус-
ственной радиоактивности
появилась возможность за-
мены радия радиоактив-
ными изотопами других
элементов.
Особенно широкое применение получил радиоактивный
изотоп кобальт 60. Сейчас сконструированы и употребля-
ются в медицинской практике специальные кобальтовые
установки. С помощью этих установок производят облу-
чение опухолей — лечение рака. Установка дает узкий
пучок гамма-лучей, который может быть направлен
только в определенное место. На рис. 52 показано облу-
чение гамма-лучами кобальта 60 опухоли головного мозга
с помощью отечественной установки.
Облучение может проводиться не только с помощью
кобальтовой установки, а путем введения препаратов в
организм.
Известно, что различные вещества, попадая в орга-
низм, скапливаются в различных частях и тканях тела.
156
Зная, в каких частях тела и какие элементы скапли-
ваются, можно производить местное облучение тех или
иных органов тела, вводя соответствующие вещества, в
составе которых находится радиоактивный изотоп, в желу-
док вместе с пищей или в кровь. Например, при лечении
некоторых заболеваний щитовидной железы вместо рент-
геновских лучей применяют радиоактивный иод. При раке
печени — коллоидное золото, которое вводят в вену, несу-
щую кровь в печень или в другие кровеносные сосуды
при опухолях других органов.
Радиоактивный изотоп фосфора скопляется в костях.
Благодаря этому происходит местное облучение костного
мозга, в котором расположены кроветворные органы.
В определенных дозах излучение способствует снижению
количества эритроцитов и лейкоцитов в крови и тем
самым излечению лиц с заболеваниями крови.
Облучение больной кожи бета-лучами радиоактивного
изотопа фосфора 32 приводит к вылечиванию родимых
пятен, экзем, нейродермитов, опухолей век и других по-
добных заболеваний. Для лечения на больное место при-
кладывается кусок материи, смоченной радиоактивным
фосфором. Между кожей и материей прокладывается
целлофан, и все это приклеивается к коже пластырем.
Препарат на коже выдерживается в течение длительного
времени (несколько дней).
Радиоактивный изотоп тулия — тулий 170 испускает
мягкие гамма-лучи, подобные лучам Рентгена. Он исполь-
зуется в портативных (весом в несколько килограммов)
установках для медицинского просвечивания и может
употребляться в условиях экспедиций и в отдаленных сель-
ских районах, не имеющих электроэнергии. С помощью
тулиевой установки легче производить просвечивание
труднодоступных участков тела.
Лечебные грязи, радоновые ванны, радиоактивные
источники принесли облегчение тысячам больных. Дей-
ствие природных радиоактивных вод и грязей основано на
влиянии излучения на организм. Русские ученые поло-
жили много сил на исследование радиоактивных источ-
ников. Профессор В. И. Баранов предложил использовать
искусственно приготовленные радоновые ванны, которые
стали заменять природные радиоактивные воды.
Перспективы использования излучения радиоактивных
элементов в медицине велики и разнообразны.
157
4.	Использование радиоактивного излучения в сельском
хозяйстве и пищевой промышленности
Под действием излучения радиоактивных элементов
может происходить специальная обработка сельскохозяй-
ственных животных.
Такая стерилизация может также применяться для
обезвреживания вредителей сельского хозяйства на полях
или в местах хранения зерна (в элеваторах), где сравни-
тельно небольшое облучение ликвидирует размножение
таких вредителей.
Далее облучение овощей, например картофеля, предо-
храняет его от прорастания. Благодаря этому гамма-лучи
могут найти широкое применение в местах хранения
овощей.
Облучение растений гамма-лучами может быть исполь-
зовано в цветоводстве при выведении новых сортов рас-
тений. Таким образом, удается получить сорта растений,
устойчивых по отношению к тем или иным заболеваниям.
Длительное облучение небольшими дозами гамма-лу-
чей вызывает изменения урожайности различных культур.
Изменение урожайности происходит и при облучении
семян как перед посевом, так и во время прорастания.
Предполевая обработка семян свеклы раствором радио-
активного фосфора может повысить ее урожайность на
17%, а кукурузы — на 4—9%.
Излучение радиоактивных изотопов действует не
только на людей, животных и растения, но оно способно
убивать бактерии. Правда, доза облучения, которая необ-
ходима для полного уничтожения бактерий, очень велика,
она больше той, которая смертельна для человека.
Однако для уничтожения основной массы (более 99%)
бактерий достаточно относительно небольшой дозы.
Это свойство излучения позволяет использовать радио-
активные изотопы для предохранения продуктов питания
от порчи. Продукты, подвергнутые облучению гамма-лу-
чами, могут сохраняться длительное время. Холодная лу-
чевая пастеризация гораздо удобнее применяющейся в
настоящее время тепловой обработки и надежнее ее. При
ней продукты меньше подвергаются изменениям и не те-
ряют многих своих свойств.
Лучевой стерилизации можно подвергать не только
продукты питания, но и лекарственные вещества, напри-
158
Мер антибиотики, витамины, медицинские препараты и
материалы.
Радиоактивное излучение способно изменять деятель-
ность микроорганизмов, оно затормаживает одни функ-
ции организма, вызывает повышенную деятельность орга-
низма в другом направлении. Такие изменения могут быть
наследственными, и благодаря этому появится возмож-
ность выведения новых культур с новыми свойствами.
Удалось, например, в результате облучения получить
культуры микроскопического гриба пенициллинум, кото-
рый образует в сотни раз больше пенициллина, чем при-
родная культура. Дрожжи, подвергнутые облучению, так
же вырабатывают значительно больше ценных веществ.
Применение излучения радиоактивных изотопов в
сельском хозяйстве и пищевой промышленности очень об-
ширно и не исчерпывается приведенными примерами.
Ученые различных стран в настоящее время широко
изучают действие излучения на организм людей и живот-
ных.
5.	Геологическая разведка, основанная на рассеянии
излучения
В главе IV «Меченые атомы» уже было рассказано о
разведке залежей радиоактивных руд по их излучению, о
поисках полезных ископаемых по наведенной с помощью
источника нейтронов радиоактивности и о применении
растворов радиоактивных веществ при бурении нефтяных
скважин. Однако поиски полезных ископаемых могут вес-
тись и по рассеянию гамма-лучей и нейтронов.
Различные породы по-разному рассеивают гамма-
лучи. Особенно сильное их рассеяние происходит в уголь-
ных пластах. Поэтому при спускании в буровую скважину
источника гамма-лучей, например кобальта 60 и изоли-
рованной от него с помощью свинца ионизационной
камеры или счетчика, которые регистрируют гамма-излу-
чение, рассеиваемое породами, в угольных пластах про-
исходит резкое повышение регистрируемой активности.
Аналогичные результаты дает измерение излучения,
которое регистрируется при спускании в скважину поло-
ний-бериллиевого источника нейтронов и изолированного
от его излучения счетчика медленных нейтронов. Поло-
ний-бериллиевый источник нейтронов испускает быстрые
159
(с энергией 8 мегаэлектрон-вольт) нейтроны. Счетчик
регистрирует отраженные нейтроны, замедленные в
породах.
Представьте себе, что движущийся биллиардный шар
стукнулся о неподвижно стоящий крокетный шар. Что
произойдет? Большой крокетный шар пошевелится, а
биллиардный отскочит от него. А что произойдет в том
ч-
а
б
Рис. 53. Поиски нефти нейтронным корротажем:
а — разрез скважины; 1 — источник нейтронов; 2 — счетчик ней-
тронов; 3 — защитный слой; 4 — регистрирующий прибор; б —
график изменения активности по мере спускания источника
в скважину
случае, если биллиардный шар столкнется с другим бил-
лиардным? В этом случае первый замедлится, а второй
начнет двигаться. Аналогичная картина происходит и с
нейтронами.
Сталкиваясь с ядрами тяжелых элементов, нейтроны
отскакивают, отражаются от них не замедляясь. Натал-
киваясь же на равные им по массе атомы водорода, кото-
160
!рые входят в состав нефти и воды, нейтроны замедляются
и попадают в нейтронный счетчик. Таким образом, если
-скважина проходит через породу, в которой содержится
вода или нефть, то число нейтронов, зарегистрированных
счетчиком, резко возрастает (рис. 53).
6.	Химическое действие излучения
Под действием излучения радиоактивных элементов
многие вещества претерпевают большие изменения,
меняют свои свойства и состав. Одни из них разлагаются,
другие, наоборот, полимеризуются (молекулы их соеди-
няются). Вода, например, под действием излучения раз-
лагается на водород и кислород. Большинство органиче-
ских соединений разлагается с выделением водорода,
углекислого газа и окиси углерода. Некоторые вещества
претерпевают такие превращения, в результате которых
получаются пластические материалы. Под действием излу-
чения меняются свойства известных нам веществ, напри-
мер меняется пластичность каучука, некоторые пласт-
массы приобретают морозоустойчивость, звуконепрони-
цаемость и т. п. В настоящее время предполагают, что
нефть образовалась в природе в результате действия из-
лучения природных радиоактивных элементов на органи-
ческие кислоты.
Эти факты дают исследователям большие возможности
по использованию излучения радиоактивных веществ в
целях превращения веществ, создания способов получе-
ния новых материалов и изменения свойств старых. Хи-
мическое воздействие излучений на вещество дает воз-
можность организации химического производства, где
продукт получается под действием излучения.
Например, хлорирование бензола, толуола и ряда дру-
гих соединений — весьма трудоемкий промышленный про-
цесс, который легко идет под действием гамма-лучей. Та-
ким путем в производстве может быть получен, напри-
мер, гексахлоран — важное для сельского хозяйства ве-
щество.
Еще более важным является возможность применения
облучения гамма-лучами нефти вместо крекинга для уве-
личения в ней количества бензиновой фракции. Нефть
содержит как легкокипящие легкие углеводороды (бензи-
новая фракция), так и низкокипящие тяжелые углеводо-
11 А. Н. Несмеянов	161
роды (керосиновая фракция и соляровые масла). Наиболее
ценными являются легкокипящие бензиновые фракции.
При высокой температуре и давлении в нефти происходит
распад более тяжелых молекул углеводородов на более
легкие, и тем самым количество бензиновой фракции
увеличивается. Гамма-лучи, подобно высокой температуре,
производят превращения тяжелых углеводородов в легкие.
Пластические материалы в промышленности получа-
ются путем полимеризации различных органических сое-
динений. Этот процесс идет при высоких температурах и
давлении, однако он может осуществляться под действием
гамма-лучей при обычных условиях. Таким путем может
быть получен важный пластический материал — поли-
этилен.
Под действием гамма-лучей легко происходит окисле-
ние многих веществ. Парафины, например, окисляются с
образованием жирных кислот, азот окисляется в окись
азота, из которой легко получить азотную кислоту, кисло-
род переходит в озон и т. п.
VI. ВОЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ
Развитие военной техники за последнее десятилетие
говорит о возможности использования в современной войне
атомного оружия.
Атомным оружием называют оружие, поражающее
действие которого основано на использовании атомной
энергии.
В настоящее время известны два вида атомного ору-
жия. Первый — основной вид — атомное оружие взрыв-
ного действия. Второй вид — боевые радиоактивные ве-
щества.
Атомное оружие взрывного действия основано на ис-
пользовании атомной энергии, мгновенно выделяющейся
при цепной ядерной реакции взрывного, характера.
Этот вид оружия предназначен для поражения живой
силы, разрушения сооружений, уничтожения или повре-
ждения техники.
Атомное оружие взрывного действия может приме-
няться в виде атомных и водородных бомб, крупнокали-
берных артиллерийских снарядов, торпед, ракет, самоле-
тов-снарядов и других беспилотных средств с атомной
боевой частью.
Принципиальная схема устройства, а также характер
поражающего действия всех перечисленных видов атом-
ного оружия взрывного действия одинаковы. Что же
касается размеров зон поражения, то они зависят в ос-
новном от мощности взрыва, т. е. от калибра атомной
боевой части.
Мощность атомного взрыва принято характеризовать
тротиловым эквивалентом. Тротиловым эквивалентом
и*	163
атомного взрыва называется такой вес тротилового
заряда, при взрыве которого выделяется энергия, равная
энергии данного атомного взрыва.
Атомное оружие взрывного действия принято делить
на малый, средний и крупный калибры.
Тротиловый эквивалент атомных бомб, снарядов
малого калибра составляет несколько тысяч тонн тротила.
Тротиловый заряд такого веса будет занимать объем
куба, сторона которого будет равна высоте четырехэтаж-
ного дома.
Атомные бомбы среднего калибра имеют тротиловый
эквивалент в несколько десятков тысяч тонн. Тротиловый
эквивалент атомных бомб крупного калибра составляет
сотни тысяч тонн.
Наиболее мощными являются водородные бомбы, тро-
тиловый эквивалент которых составляет от нескольких
миллионов тонн до десятков миллионов тонн.
Второй вид атомного оружия — боевые радиоактивные
вещества — представляют собой специально приготовлен-
ные для боевого использования радиоактивные вещества.
Боевые радиоактивные вещества (БРВ) могут приме-
няться в виде порошков, жидкостей, дымосмесей. Ими сна-
ряжаются авиационные бомбы, артиллерийские снаряды,
ракеты. Они могут также применяться и непосредственно,
например выливанием с самолета из специальных вылив-
ных приборов. Боевые радиоактивные вещества основаны
на использовании вредного влияния радиоактивных излу-
чений на живые организмы. БРВ предназначены для зара-
жения местности, различных предметов и объектов, воз-
духа с целью поражения людей.
1.	Атомная и водородная бомбы
Рассмотрим вначале схему устройства атомной бомбы.
Заметим, что аналогичное устройство имеют снаряды, ра-
кеты, торпеды и другие беспилотные средства с атомной
боевой частью.
Атомная бомба (рис. 54) состоит из трех основных
элементов: атомного заряда, взрывающего устройства и
оболочки (корпуса).
В качестве заряда в атомной бомбе может использо-
ваться уран 233 или уран 235, или плутоний 239. Атомный
заряд до мрмента взрыва в бомбе разделяется на
несколько частей (рис. 54) — на две части, что объяс-
164
Механизм
дистанционноео
или ударногдА
действия Т
АтомнЬш
заряд
Отражатель
нейтронов
Одолочка
Рис. 54. Принципиальная схема
атомной бомбы
Детонатор В8
Заряд ofo/чного
ВВ
няется следующим. Атомный взрыв (цепная ядерная
реакция) может произойти лишь тогда, когда количество
урана или плутония вполне определенно. Наименьшее
количество урана или плутония, при котором происходит
атомный взрыв, называют критической массой. Критиче-
ская масса зависит от
формы заряда, мате-
риала оболочки, а так-
же от конструкции
бомбы.
Так как хранить
атомный заряд в коли-
честве, равном или пре-
вышающем критиче-
скую массу, нельзя (в
нем произойдет атом-
ный взрыв), то его
содержат в бомбе раз-
деленным на несколько
частей. В момент взры-
ва эти отдельные части
соединяются в одно це-
лое. Для соединения отдельных частей заряда в одно це-
лое (для создания критической массы) и служит взры-
вающее устройство, состоящее из механизма дистанцион-
ного или ударного действия, детонаторов взрывчатого
вещества и заряда обычного взрывчатого вещества (ВВ).
При взрыве обычного ВВ отдельные части атомного за-
ряда и будут соединены в одну компактную массу — рав-
ную или больше критической. Для того чтобы в этой кри-
тической массе урана или плутония в определенный мо-
мент времени под действием нейтронов началась цепная
реакция, в конструкцию бомбы может быть включен
источник нейтронов (на1 рис. 54 — не показан). Вместе
с этим, чтобы возвратить в зону цепной реакции ней-
троны, вылетевшие за ее пределы, имеется отражатель
нейтронов.
Очевидно, не все ядра атомов урана или плутония
успевают прореагировать при атомном взрыве. Часть ве-
щества атомного заряда под действием высоких темпера-
туры и давления испаряется и разлетается без высвобож-
дения ядерной энергии. Чтобы увеличить количество деля-
щихся ядер (увеличить мощность взрыва), делают проч-
165
Оболочка
ВодороднЬ/ц
заряд
АтомнЬ/й
заряд
Заряд
сочного ВВ
Рис. 55. Принципиаль-
ная схема устройства
водородной бомбы
ную оболочку бомбы, задерживающую разбрасывание
заряда и отражающую часть нейтронов в зону цепной
реакции.
Перейдем теперь к рассмотрению схемы устройства
водородной бомбы, то есть атомного оружия взрывного
действия, основанного на использовании термоядерной
реакции. Как отмечалось выше, реакция соединения лег-
ких ядер может протекать только при очень высоких тем-
пературах, измеряемых миллион
нами градусов. Такую температуру
можно в наземных условиях полу-
чить, взрывая атомную бомбу.
Вот почему водородная бомба в
своем составе имеет атомный за-
ряд, при взрыве которого и соз-
даются необходимые условия.
Схему устройства водородной
бомбы можно себе представить
так, как это показано на рис. 55.
Здесь в оболочке содержится во-
дородный заряд, который может
представлять собой смесь изотопов
водорода — дейтерия и трития в
виде дейтерида лития и трития.
Смесь этих изотопов и может яв-
ляться основным зарядом бомбы.
Кроме него, в бомбе имеется атомный заряд из урана или
плутония (атомная бомба), играющего роль детонатора
(взрывателя) основного заряда.
При сбрасывании водородной бомбы на заданной вы-
соте первоначально срабатывает атомная бомба, при
взрыве которой начинает протекать термоядерная реак-
ция, т. е. взрыв основного водородного заряда. Все это
длится миллионные доли секунды.
2.	Виды атомных взрывов
Взрыв атомной или водородной бомб, снарядов, мин,
торпед и т. д. может происходить на различных высотах
от поверхности земли или воды или под землей (под
водой). Высота взрыва зависит от цели его примене-
ния. Различают следующие виды атомных взрывов
(рис. 56): воздушный, наземный (надводный), подземный
и подводный.
166
Воздушным атомным взрывом называют такой взрыв,
который происходит в воздухе на высоте нескольких сот
метров от поверхности земли или воды. В этом случае эпи-
центром воздушного взрыва принято называть точку на
поверхности земли (воды), над которой произошел воз-
душный атомный взрыв.
Если же атомный взрыв происходит на поверхности
земли или невысоко над землей (на высоте нескольких
Воздушный
Рис. 56. Различные виды атомных взрывов
Подводный
десятков метров), то такой взрыв называют наземным —
в первом случае контактным, а во втором неконтактным
наземным взрывом.
Подземным, так же как и подводным, называют взрыв,
происходящий под землей или под водой.
Внешняя картина атомного взрыва своеобразна.
При воздушном атомном взрыве вначале наблюдается
ослепительно яркая вспышка, которая видна на десятки
километров. Сразу после вспышки образуется огненный
шар, который быстро увеличивается в размерах и осты-
вает. На месте огненного шара образуется клубящееся
облако, быстро поднимающееся вверх. За этим клубя-
щимся облаком с поверхности земли поднимается столб
пыли, а облако атомного взрыва приобретает характер-
ную грибовидную форму. Облако взрыва поднимается на
очень большую высоту. Так, при взрыве бомбы среднего
калибра оно поднимается на высоту 10 километров и бо-
лее. Со временем это облако рассеивается, а клубы пыли
в районе атомного взрыва удерживаются в воздухе (у
поверхности земли) в течение 10—30 минут.
167
Внешняя картина наземного взрыва такая же, как и
при воздушном. Только при наземном взрыве вначале
образуется не огненный шар, а полушарие. Пыль, подня-
тая в районе атомного взрыва, удерживается в воздухе
10—30 минут (в зависимости от силы ветра), затрудняя
наблюдение за полем боя. При наземном взрыве в облако
втягивается большое количество пыли, поэтому, по срав-
нению с облаком воздушного взрыва, оно имеет более
темную окраску.
Внешняя картина подземного взрыва зависит от его
глубины. Если глубина взрыва мала, то внешняя картина
его похожа на внешнюю картину при наземном взрыве.
Особенностью наземного и подземного атомных взры-
вов является образование воронки больших размеров и
оплавление грунта.
Внешняя картина надводного атомного взрыва прак-
тически не отличается от наземного, только здесь вместо»
столба пыли образуется водяной столб. При подводном
взрыве образуется столб воды цилиндрической формы.
Высота этого столба достигает километра и более. Над
столбом воды образуется облако, диаметр которого до-
стигает нескольких километров. Через несколько секунд
столб воды начинает разрушаться, что сопровождается
образованием у его основания облака, состоящего из мел-
ких капель (брызг). Вместе с этим на поверхности воды
образуются волны, высота которых достигает 20—30 мет-
ров.
Атомный взрыв сопровождается также сильным и рез-
ким звуком, который слышен на несколько десятков ки-
лометров.
3.	Поражающие факторы атомного взрыва
Атомный взрыв обладает комбинированным воздейст-
вием четырех поражающих факторов: ударной волны,
светового излучения, проникающей радиации и радиоак-
тивным заражением местности.
Основным поражающим фактором атомного взрыва
Является ударная волна, которая представляет собой
область сильного сжатия воздуха (воды), распространяю-
щуюся во все стороны от центра взрыва с очень большой
скоростью,
168
Ударная волна образуется в результате того, что на-
гретые газы, составляющие огненный шар, быстро расши-
ряются, раздвигая окружающий воздух и сжимая его.
Передняя граница зоны сжатия называется фронтом
ударной волны. Давление воздуха во фронте ударной
волны вблизи центра взрыва достигает многих тысяч ат-
мосфер, а по мере удаления от центра взрыва быстро
падает.
Скорость распространения ударной волны большая.
Так, например, она проходит первые 1000 метров от
Рис. 57. Скорость распространения ударной волны атомного взрыва
центра взрыва за 2 секунды, 2000 метров — за 5 секунд,
3000 метров — за 8 секунд (рис. 57).
Скорость распространения ударной волны в воде еще
большая. Как показано на рис. 57, 1000 метров в воде
ударная волна проходит за 0,6 секунды, 2000 метров —
за 1,2 секунды, 3000 метров — за 2 секунды. За время
распространения ударной волны на указанные расстоя-
ния (2—3 километра и более) человек, увидев вспышку
атомного взрыва, может успеть занять какое-либо укры-
тие, находящееся в 2—3 шагах, или просто лечь на землю
и уменьшить поражение ударной волной или избежать его
вовсе.
Ударная волна атомного, как и обычного, взрыва мо-
жет наносить поражения незащищенным людям, разру-
шать или повреждать сооружения или технику и имуще-
ство, находящиеся вне укрытия. Причем эти поражения и
разрушения могут быть вызваны как прямым, так и кос-
169
венным действием ударной волны (т. е. летящими облом-
ками зданий и других сооружений, комьями земли и пр.).
Степень поражения людей, разрушения и повреждения
техники и сооружений зависит главным образом от уда-
ления их от центра взрыва, а также от положения их в
момент воздействия волны, характера местности, наличия
укрытий и т. д.
Так, например, опасные для жизни травмы при воз-
душном атомном взрыве бомбы с тротиловым эквивален-
Легкие поражения
Поражения средней
тяжести
Тяжелые
поражения
Крайне
тяжелые
пораже-
ния
ааРн°й
От ежово-
го излучениЯ
О	I
А
ХУ
г
Расстояние от эпицентра В нм
Рис. 58. Радиусы поражения незащищенных людей при
воздушном взрыве атомной бомбы среднего калибра
том в 20 000 тонн незащищенный человек, находящийся
на ровной местности, получит на удалении примерно
750 м от эпицентра взрыва. Более легкие повреждения
в этом случае получаются на расстояниях, показанных
на рис. 58.
Вторым поражающим фактором атомного взрыва яв-
ляется световое излучение, источником которого является
огненный шар. Световое излучение представляет собой
поток световых лучей (подобных лучам солнца), излучае-
мых огненным шаром. Скорость распространения этих
световых лучей очень большая — 300 000 километров в
секунду, а время их воздействия на различные объекты —
несколько секунд.
Световое излучение, так же как и ударная волна, с
расстоянием от центра взрыва ослабевает. Особенно
сильно поглощается свет в дождь, туман, снегопад или
при наличии задымленности или запыленности объектов.
170
Хотя световое излучение и действует всего 2—3 се-
кунды, оно способно вызывать у незащищенных людей
ожоги открытых участков тела (обращенные в сторону
взрыва), а иногда и ослепление; ожоги, вызываемые
световым излучением атомного взрыва, не отличаются от
ожогов огнем или кипятком.
Степень ожога зависит от расстояния до места взрыва
и времени воздействия светового излучения на объект.
Заметим, что на открытой местности незащищенные люди
могут быть поражены световым излучением на больших
расстояниях, чем ударной волной или проникающей ра-
диацией (рис. 58).
Световое излучение вызывает также возгорание иму-
щества, а на близких расстояниях возможно даже оплав-
ление металла. Вот почему при атомном взрыве возможны
пожары в степи, лесу, населенных пунктах. Нужно за-
метить, что любая непрозрачная преграда (стена, броня
и пр.), а также затененные участки местности являются
хорошей защитой от светового излучения.
Световое излучение при наземном взрыве воздейст-
вует на меньших расстояниях, чем при воздушном, и не
имеет практического значения вовсе при подземном и
подводном взрывах.
Проникающая радиация как поражающий фактор
свойственна только атомному взрыву. При обычном
взрыве, как известно, никаких радиоактивных излучений
не наблюдается.
Проникающая радиация — это поток гамма-лучей и
нейтронов, испускаемых при атомном взрыве. Подобно
рентгеновским лучам, поток гамма-лучей и нейтронов об-
ладает большой проникающей способностью. Поэтому этот
поражающий фактор и называют проникающей радиацией.
Основным источником первой (основной) составляю-
щей проникающей радиации — гамма-лучей — являются
«осколки» деления ядер атомов урана или плутония, на-
ходящиеся в радиоактивном облаке. Эти «осколки» пре-
терпевают последовательные радиоактивные распады и
испускают наряду с бета-лучами гамма-лучи (рис. 59).
Время воздействия гамма-лучей составляет 10—15 се-
кунд, то есть пока не распадется основное количество
«осколков» и облако не поднимется на безопасную высоту.
Как уже отмечалось, гамма-лучи обладают большой про-
никающей способностью. Однако при прохождении через
171
различные вещества гамма-лучи ослабляются, при этом
тем сильнее, чем плотнее вещество. Так, например, в воз-
духе гамма-лучи распространяются на сотни метров, а в
таком плотном веществе, как свинец, всего лишь на не-
сколько сантиметров. На рис. 60 показана толщина раз-
личных материалов, ослабляющих поток гамма-лучей в
10 раз.
Рис. 59. Схема распада «осколков» деления
Другая составляющая проникающей радиации —ней-
троны. Источником нейтронов при атомном взрыве яв-
ляются делящиеся ядра урана или плутония (рис. 59).
В отличие от гамма-лучей поток нейтронов при атом-
ном взрыве действует в течение долей секунд, но так же,
как и гамма-лучи, он распространяется в воздухе на боль-
шие расстояния.
Рис. 60. Толщины различных материалов, не-
обходимые для снижения дозы гамма-лучей
в 10 раз
172
Поток нейтронов, как и гамма-лучей, ослабляется при
прохождении через различные вещества. В отличие от
гамма-лучей нейтроны сильно ослабляются не плотными
веществами, а веществами, состоящими из легких элемен-
тов (из водорода, углерода и др.); поэтому хорошей за-
щитой от потока нейтронов являются влажные грунты,
вода, асфальт, бетон и др.
Характерной особенностью потока нейтронов является
их способность вызывать искусственную радиоактивность.
Иначе говоря, под действием потока нейтронов нерадио-
активные вещества превращаются в радиоактивные (осо-
бенно алюминий и химические элементы, входящие в со-
став болотистых, песчаных, глинистых и солончаковых
грунтов).
В отличие от ударной волны и светового излучения
проникающая радиация является невидимым и неощущае-
мым непосредственно поражающим фактором. Кроме
того, вредное воздействие ее сказывается лишь на живых
организмах, которые при этом заболевают лучевой бо-
лезнью. Лучевая болезнь развивается постепенно и в за-
висимости от дозы облучения, полученной человеком,
имеет различные степени. При очень больших дозах облу-
чения (атомный взрыв на близких расстояниях, см.
рис. 58) лучевая болезнь может вызвать очень тяжелое
заболевание. С увеличением расстояния от места взрыва
дозы радиации резко падают. Если же люди, например,
находятся в различных укрытиях, то получаемые при этом
дозы радиации вообще значительно уменьшаются. Так,
люди, находящиеся в траншеях, при атомном взрыве по-
лучают дозу в 10—30 раз меньшую, чем вне укрытия;
броня самоходных артиллерийских установок, танков
также ослабляет дозу радиации в 10—15 раз.
Никакого вредного воздействия проникающая радиа-
ция не оказывает на различные предметы и технику,
исключение составляет лишь стекло, которое при больших
дозах темнеет (оптика биноклей, перископов, прицелов
и др.), фотопластинки, фотобумага и фотопленка, которые
засвечиваются даже при малых дозах (2—3 рентгена)^.
В заключение рассмотрим четвертый поражающий
фактор — радиоактивное заражение.
Радиоактивное заражение воздуха и местности при
атомном взрыве получается вследствие выпадания радио-
активных веществ из облака по пути его движения. Ана-
173
Взрыватель
Корпус снаряда
Рис. 61. Схема устройства
снаряда, снаряженного БРВ
Разрывной заряд
Перегородка
металлическая
или пластмассовая)
Радиоактивные
вещества
логичное заражение получается не только при атомном
взрыве, но и при применении боевых радиоактивных ве-
ществ, которыми могут снаряжаться бомбы, снаряды и
пр. (рис. 61). Источником радиоактивных веществ при
атомном взрыве являются делящиеся ядра урана или
плутония (рис. 59). Образующиеся при этом «осколки»
деления всегда являются ра-
диоактивными. Кроме того,
не успевшая прореагировать
часть атомного заряда также
оседает на землю, заражая
ее. Наконец поток нейтронов
при атомном взрыве вызы-
вает наведенную радиоактив-
ность в районе эпицентра
взрыва.
Степень радиоактивной
зараженности при атомном
взрыве зависит в первую оче-
редь от вида взрыва. Наи-
большее заражение полу-
чается при подземном (под-
водном) взрыве, меньшее, но
значительное—при наземном,
и совсем незначительное — при воздушном, когда радиоак-
тивные вещества уносятся облаком и, выпадая из него, рас-
сеиваются на большой площади по пути движения облака.
Меньшее, но все же заметное влияние на степень
радиоактивного заражения оказывают метеорологические
условия, характер местности. Так, дождь, снегопад спо-
собствуют быстрому выпадению радиоактивных веществ
из облака. Зараженность местности при этом увеличится,
а воздуха уменьшится. Однако, если снегопад значитель-
ный, то вследствие того что поверх выпавших на мест-
ность радиоактивных веществ образуется защитный слой
снега, интенсивность радиоактивных излучений несколько
уменьшится. Радиоактивные вещества обладают харак-
терной особенностью — они не имеют специфических
цвета, запаха и других внешних признаков, которые свой-
ственны многим боевым отравляющим веществам.
Поэтому обнаружить радиоактивные вещества можно
только специальными приборами, которые называются
дозиметрическими.
174
Степень заражения радиоактивными веществами за-
висит от многих факторов. Так, например, направление и
сила ветра, растительный покров местности, шероховатые
или влажные поверхности — все это оказывает заметное
влияние на степень заражения, которую принято характе-
ризовать мощностями доз гамма- и бета-излучения (уров-
нями радиации), измеряемых в рентгенах в час.
Радиоактивные вещества после выпадения на поверх-
ность земли продолжают распадаться, а часть их сду-
вается ветром или проникает в почву. Поэтому со време-
нем уровни радиации непрерывно уменьшаются. Так,
если через полчаса после взрыва степень заражения мест-
ности принять за 100%, то через 3 суток она составит
лишь 0,2%.
Радиоактивные вещества, попавшие на кожу, слизи-
стые оболочки глаз, рта и носа и своевременно не удален-
ные, могут вызвать поражения людей и животных. Во
всех этих случаях возможно появление язв и воспалений.
Особенно вредно попадание таких веществ внутрь ор-
ганизма. Если дополнительно к этому человек находился
под воздействием больших доз радиации, то возможно
заболевание лучевой болезнью.
Так же, как и проникающая радиация, радиоактивные
вещества не оказывают никакого вредного воздействия на
технику, предметы и пр. Но, чтобы избежать поражения
при обращении с зараженными техникой и различными
объектами, нужно удалять радиоактивные вещества с их
поверхности. Для удаления могут применяться: слабые
растворы кислот, бензин, керосин, спирт, щелочи и др.
Радиоактивное заражение в первую очередь опреде-
ляется видом взрыва. Так, при воздушном атомном взрыве
значительного радиоактивного заражения местности не
происходит. Поэтому уже через несколько десятков ми-
нут в районе эпицентра войска могут действовать, не опа-
саясь поражения. Это объясняется тем, что при воздуш-
ном взрыве заражение в районе эпицентра получается
лишь вследствие воздействия потока нейтронов, вызываю-
щего искусственную радиоактивность почвы. Однако об-
разовавшиеся при этом радиоактивные вещества в почве
быстро распадаются, и сильное заражение наблюдается
лишь непродолжительное время.
Наземный атомный взрыв отличается от воздушного
тем, что заражение в этом случае получается значитель-
175
йое. Это объясняется тем, что большая часть радиоактив-
ных продуктов, образовавшихся при взрыве, смешивается
с грунтом и разбрасывается. Кроме того, частицы грунта
увлекаются восходящими потоками воздуха в радиоак-
тивное облако, перемешиваются там с радиоактивными
веществами и далее выпадают из облака на землю в
районе взрыва и по пути движения облака, оставляя на
местности зараженную полосу (след).
Наибольшее заражение местности наблюдается при
подземном и подводном атомных взрывах. В этом случае
почти все образовавшиеся радиоактивные вещества осе-
дают тут же. Если же взрыв был подводным, то радиоак-
тивные вещества могут переноситься водой на значитель-
ные расстояния.
4.	Боевые действия в условиях применения
атомного оружия
Атомное оружие вносит ряд особенностей в организа-
цию и ведение боевых действий. Это объясняется тем, что
атомное оружие обладает большой поражающей способ-
ностью, повышает боевые возможности войск, в короткие
сроки наносит противнику большие потери, оказывает на
него сильное моральное воздействие. В районе атомного
взрыва внешний вид местности сильно меняется. Различ-
ные местные предметы сгорают или разрушаются, грунт
вспучивается или разрыхляется. Все это вызывает допол-
нительные трудности в передвижении, ориентировании на
местности. Вот почему в этих условиях от солдата и сер-
жанта требуется железная воинская дисциплина, отлич-
ная выучка, стойкость, инициатива, непреодолимая воля
к победе над врагом.
В условиях применения атомного оружия имеет место
радиоактивное заражение, что вызывает необходимость
организации непрерывной радиационной разведки и при-
нятия мер защиты от поражения радиоактивными ве-
ществами.
Оповещение подразделения об опасности атомного
нападения осуществляется специально установленным
сигналом. В зависимости от обстановки действия личного
состава по сигналу атомной тревоги определяются коман-
диром. Однако атомное оружие может быть применено и
внезапно. В этом случае нужно немедленно принять меры
176
защиты. Так как с момента вспышки атомного взрыва до
прихода ударной волны — основного поражающего фак-
тора — проходит несколько секунд, то за это время
можно занять укрытие, которое расположено рядом (в
двух—трех шагах). Рекомендуется, увидев вспышку
атомного взрыва, использовать для укрытия любую
складку местности, местные предметы, яму, воронку, ка-
наву, насыпь, блиндаж, танк и т. п. (рис. 62).
Важнейшим видом боевого обеспечения войск явля-
ется противоатомная защита. Мероприятия по противо-
атомной защите войск осуществляются непрерывно ВО'
всех видах боя, а также при нахождении войск в глубо-
ком тылу.
Основа инженерного оборудования местности —
траншеи и ходы сообщения, которые являются
наиболее простыми сооружениями, обеспечивающими
уменьшение радиусов поражения ударной волны, свето-
вого излучения и проникающей радиации. С целью повы-
шения защитных свойств траншей и ходов сообщения на
отдельных участках их перекрывают. Глубина траншей и
ходов сообщений должна быть не менее 1,5 метра, а в
местах устройства перекрытых участков, ниш, блинда-
жей— не менее 1,8 метра. Для повышения защитных
свойств траншей их рекомендуется отрывать с брустве-
рами и тыльными траверсами, без острых углов в изло-
мах, с одеждой крутостей в слабых грунтах. Зимой над
траншеями целесообразно устраивать сводчатые покры-
тия из снега или льда.
Особое значение в условиях применения атомного
оружия приобретает инженерное оборудование исходных
позиций.
Для защиты орудий, минометов, танков, автомобилей,
самоходно-артиллерийских установок рекомендуется их
располагать в окопах и укрытиях с аппарелями для
въезда и выезда (рис. 63, 64). Здесь же для укрытия
личного состава оборудуется блиндаж, который обеспе-
чивает лучшую защиту экипажа или расчета, чем, напри-
мер, броня.
Наиболее надежными укрытиями для личного состава
являются убежища легкого или тяжелого типа. Убежище
легкого типа устраивают котлованным способом с обяза-
тельным покрытием грунтом не менее 160 сантиметров, что
обеспечивает полную защиту от проникающей радиации.
12 А. Н. Несмеянов
177
co
Рис. 62. Увидев вспышку атомного взрыва, нужно немедленно занять ближайшее укрытие
Рис. 63. Окоп для орудия и укрытие для автомобиля, оборудован-
ные в противоатомном отношении
Рис. 64. Укрытия (а) и окоп с укрытием (б) для танка (САУ).
В боковой стене виден вход в подбрустверный блиндаж для
экипажа
12*
179
Наружную дверь тамбуров делают защитной. Герметиза-
ция убежищ обязательна с устройством фильтровентиля-
ции. Воздухозаборные отверстия при этом оборудуются
противовзрывными клапанами или гравийными волнога-
сителями, исключающими затекание ударной волны
внутрь убежища. Успешному выполнению боевых задач
Рис. 65. Индивидуальные средства противохимической защиты сол-
дата (слева) и матроса (справа)
Защитные
перчатки
Защитные
чулки
Противогаз
Защитный проре-
зиненный плащ с
капюшоном
способствует умелое преодоление зараженных участков
местности. Преодолевать эти участки можно пешим
порядком, ускоренным шагом, используя при этом инди-
видуальные средства противохимической защиты
(рис. 65). Преодолевать зараженные участки лучше на
автомобилях (рис. 66), бронетранспортерах, на танках
(рис. 67) и самоходно-артиллерийских установках.
При преодолении зараженного участка летом в сухую
погоду на автомобилях или бронетранспортерах нужно
находиться в противогазе, защитных перчатках и плащ-
палатке (накидке).
При перебежке и залегании на зараженной местности
в сырую погоду нужно пользоваться накидкой-подстилом,
защитными чулками и перчатками для предохранения
обуви и обмундирования от заражения (рис. 68). В сы-
рую погоду действовать можно и без' противогаза.
180
Рис. 66. Преодоление зараженного участка на автомобиле. В круж-
ках показано использование индивидуальных средств защиты.
Рис. 67. Преодоление зараженного участка на танке зимой
С целью предупреждения личного состава о наличии ра-
диоактивного заражения устанавливаются знаки в местах,
где уровни радиации более 0,5 рентгена в час. При дей-
ствиях на зараженной местности нельзя снимать средства
защиты, садиться и ложиться на землю без надобности,
принимать пищу, курить или пить, нельзя прикасаться к
зараженным предметам, если в этом нет необходимости.
181
При окапывании или оборудовании позиций для пуле-
метов, орудий, минометов на зараженной местности для
предотвращения поражения радиоактивными веществами
нужно снять зараженный слой земли и отбросить его по
направлению ветра (рис. 69), стараясь не подымать при
этом пыли.
Рис. 68. При перебежках на зараженной местности под огнем про-
тивника необходимо пользоваться при залегании накидкой-подстилом
Рис. 69. Использование подстила при окапывании на зараженной
местности
182
В случаях заражения личного состава и техники ра-
диоактивными веществами при первой возможности орга-
низуется частичная санитарная обработка личного состава
и дезактивация оружия и техники. Полная санитарная
обработка и дезактивация производится в незараженном
районе и, как правило, после выполнения боевой задачи.
Санитарная обработка и дезактивация являются одним из
сложных мероприятий по ликвидации последствий атом-
ного нападения. Проведение их требует определенных
знаний и навыков.
В общем санитарная обработка личного состава и
дезактивация техники, имущества, оружия и др. представ-
ляют собой механическое удаление радиоактивных ве-
ществ с поверхности объекта (рис. 70). Для санитарной
обработки используется вода из незараженных источни-
ков, чистый (незараженный) снег, а если воды или снега
Рис. 70. Полная дезактивация оружия и боевой техники:
а — дезактивация оружия с помощью ранцевого прибора; б — дезактивация
орудия с помощью автомобильной дегазационной машины; в — дезактивация
танка с помощью авторазливочной станции; ?_ — дезактивация самолета
183.
нет, то при частичной обработке используются тампоны,
смоченные водой из фляги или жидкостью из индивиду-
ального противохимического пакета. В крайнем случае
при частичной обработке открытые участки тела проти-
рают сухими тампонами.
Частичная дезактивация оружия, техники, имущества
производится тампонами, смоченными водой, бензином,
керосином или дегазирующей жидкостью, протирать при
этом зараженные объекты следует сверху вниз. Особенно
тщательно обрабатывают те части объектов, к которым
приходится прикасаться.
При полной дезактивации обработка производится
струей воды и щетками.
Как уже отмечалось, санитарная обработка и дезакти-
вация являются одним из сложных мероприятий по лик-
видации последствий атомного нападения, требующих
специальных знаний и навыков *.
* Достаточно подробно санитарная обработка и дезактивация
изложены в книге А. Иванова. Ядерные излучения атомного взрыва,
Воениздат, 1956.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Радиоактивные изотопы в последние годы в нашей
стране находят все более широкое применение в науке,
медицине и технике. Могущество атомной энергии заклю-
чается не только в силе атомных взрывов, действии атом-
ных электростанций, приводящих в движение фабрики и
заводы. Но, быть может, не меньшее значение атомной
энергии заключается в том, что она вооружает нас но-
выми могучими средствами научного исследования. При-
менение радиоактивных изотопов изменяет самую мето-
дологию современной науки.
Радиоактивные изотопы уже теперь стали неотъемле-
мым и чрезвычайно важным средством проникновения в
сокровенные тайны природы.
Широта научных проблем, изучаемых с помощью изо-
топов, неизмерима: здесь исследования целительных
свойств лекарств и открытие загадки древних статуй, ана-
лиз глубоководных морских отложений и раскрытие тайны
происхождения живого и неживого, обмен веществ в ми-
кроскопической клетке и величественные проблемы проис-
хождения вселенной.
При помощи радиоактивных изотопов могут быть
вскрыты интимнейшие механизмы биохимических процес-
сов в растениях и животных. Излучение радиоактивного
распада оказывается в руках исследователей одним из
сильнейших рычагов искусственной переделки наслед-
ственной природы организмов. Используя эти средства,
наука вплотную подошла к решению самых глубоких
проблем биологии, связанных с объяснением важнейших
физиологических процессов.
Приборы автоматического контроля производства,
использующие радиоактивные изотопы, все более широко
применяются в технике.
185
Даже такая, казалось бы, далекая от атомной физики
отрасль, как агрономия, уже не может обойтись без при-
менения различных средств атомной техники.
Радиоактивные изотопы — это важный инструмент
современной науки, умножающий человеческую власть
над природой.
В 1957 г. в Париже на Международной конференции
по применению радиоактивных изотопов в научных иссле-
дованиях отмечались успехи советских ученьгх.
Так, 13 сентября 1957 г. в газете «Фигаро» под заго-
ловком «Возможности большого прогресса в технике
полупроводников» дается высокая оценка докладам со-
ветских ученых во главе с В. Вавиловым, применивших
метод меченых атомов для исследования физических про-
цессов в кристаллах германия. Газета пишет: «Надо
прежде всего указать на целую серию русских работ по
явлениям диффузии в монокристаллах германия и крем-
ния. Почему мы останавливаемся на этих работах, которые
имеют, казалось бы, узкий интерес? Потому, что они сви-
детельствуют о большом прогрессе техники легендарных
полупроводников, магических кристаллов электроники».
Широкие отклики в прессе вызвал доклад советских
ученых во главе с Д. Карповым о мощном кобальтовом
источнике радиоактивных излучений. Англичане также
выступили с изложением проектов и практики строитель-
ства источников радиоактивных излучений. Но советский
источник самый мощный. Он равносилен по действию
21 тысяче граммов радия. Заряд кобальта 60 помещается
в свинцовом сосуде с толщиной стенок в четверть метра.
В свою очередь сосуд заключен в бетонное сооружение
со стенками двухметровой толщины для защиты человека
от излучения. Заряд кобальта извлекается из сосуда при
помощи дистанционного управления. Наблюдение за
действием излучения производится через перископ. В ка-
меру бетонного сооружения помещают различные веще-
ства, на которых исследуют действие небывало высоких
доз радиоактивных излучений.
На конференции была сделана серия докладов совет-
ских ученых о удивительных изменениях в структуре
пластмасс, происходящих под действием излучений.
Трудно даже предсказать, какую огромную роль может
сыграть приложение нового вида энергии к такому типу
материалов, которым принадлежит большое будущее.
186
Советские ученые смело вторгаются в высшую форму
организованной материи — в мозг. Широко известны пло-
дотворные исследования научной школы лауреата Ленин-
ской премии академика А. В. Палладина, применившего
радиоактивные изотопы углерода, фосфора и серы при
изучении обмена веществ в мозгу в процессе его деятель-
ности. Под руководством академика Палладина с по-
мощью меченых атомов создается «химическая топогра-
фия мозга». Была выявлена не только роль отдельных
химических соединений в обеспечении деятельности нерв-
ной системы, но и изучена связь между специфическими
раздражителями «свет», «звук» и скоростями обмена ве-
ществ в соответствующем участке мозга.
На конференции докладывались новые работы акаде-
мика Палладина, который показал, в частности, что ско-
рость обмена белковых веществ в различных участках
нервной системы тем выше, чем выше организация этих
участков. Об интереснейших исследованиях доложил
член-корреспондент Академии наук СССР Е. М. Крепе.
С помощью меченых атомов фосфора он исследовал, как
меняется скорость обмена белковых вещ,еств в нервной
системе живых существ, находящихся на различных сту-
пенях эволюции от более простых организмов к более
сложным. Установлено, что скорость обмена тем выше,
чем сложнее организм. Работы советских ученых спра-
ведливо оцениваются как важный вклад в современное
естествознание.
Интересны многие последние работы зарубежных уче-
ных. Так сообщение о «радиоактивных сигаретах» амери-
канского доктора Ларсона вызвало интерес у участников
конференции. Он выращивал табак в вегетативном до-
мике в присутствии углекислого газа, меченного радио-
активными изотопами углерода 14. В результате радио-
активный углерод органически вошел в состав табачных
листьев. Из этого радиоактивного табака Ларсон делал
сигареты, которые курил сам и дым которых давал вдыхать
своим собакам. Затем исследователь со всей обстоятель-
ностью физиолога проследил судьбу меченых продуктов
табачного дыма в живом организме. Рассуждения о вреде
табака подкрепились новой атомной аргументацией.
В этой книге описаны лишь наиболее простые примеры
мирного использования радиоактивных изотопов. Радио-
активные изотопы должны стать другом человека, помочь
187
ему в создании материальных и культурных ценностей.
Но нельзя забывать, что они могут сделаться в руках под-
жигателей войны величайшим бичом человечества.
Атомная война таит в себе угрозу непосредственного
уничтожения жизней миллионов детей, женщин и мужчин,
уничтожения материальных и культурных ценностей, ве-
ками создаваемых трудовым народом. Всякого рода ис-
пытания атомных бомб имеют своим последствием насы-
щение окружающей среды, воздуха, воды, пищи радио-
активными веществами, которые своим излучением дли-
тельное время разрушающим образом действуют не
только на здоровье, но и на наследственность организмов.
Много радиоактивных изотопов образуется при термо-
ядерном взрыве. Грибовидное облако поднимает их
ввысь, и радиоактивная пыль, циркулирующая в верхних
слоях атмосферы, оседает на поверхность земли.
Нельзя забывать и о том, что использование в капи-
талистических странах незначительной части расщепляю-
щихся материалов для мирных целей само по себе не мо-
жет устранить угрозы военного использования изотопов,
так как ядерный реактор дает одновременно тепло и
атомное взрывчатое вещество. Только запрещение приме-
нения атомного оружия и установление строгого междуна-
родного контроля за соблюдением этого запрещения мо-
гут дать возможность полноценного использования атом-
ной энергии и радиоактивных изотопов в мирных целях.
Советский Союз никому не угрожает и ни на кого не
собирается нападать. Но в связи с тем, что соглашение о
сокращении вооруженных сил и запрещении атомного
оружия еще не достигнуто, а также в связи с тем, что
коллективная безопасность в Европе еще не создана и
нет пока надежных гарантий прочного мира, мы вынуж-
дены иметь такие Вооруженные Силы, которые были бы
способны надежно защищать интересы нашей Родины,
чтобы никакая провокация врагов не была для нас неожи-
данной.
На XX съезде КПСС указывалось, что в строительстве
Советских Вооруженных Сил мы исходим из того, что
способы и формы будущей войны во многом убудут отли-
чаться от всех минувших войн. Будущая война, если ее
развяжут, будет характеризоваться массовым примене-
нием военно-воздушных сил, разнообразного ракетного
оружия и различных средств массового поражения таких,
188
как атомное, термоядерное, химическое и бактериологиче-
ское оружие. Однако мы исходим из того, что новейшее
оружие, в том числе и средства массового поражения, не
умаляет решающего значения сухопутных армий, флота
и авиации: без их хорошо организованного взаимодей-
ствия успешно вести современную войну нельзя.
Благодаря постоянным заботам Партии и Правитель-
ства об обороноспособности нашей страны Советские
Вооруженные Силы коренным образом преобразованы и
в качественном отношении далеко шагнули вперед от того
уровня, на котором они находились в конце Великой Оте-
чественной войны. Возросшие возможности советской эко-
номики, прежде всего крупные достижения тяжелой про-
мышленности, позволили перевооружить нашу армию,
авиацию и флот первоклассной боевой техникой. Органи-
зация войск и подготовка их приведены в соответствие
с условиями применения новейшей боевой техники.
В составе наших Вооруженных Сил значительно воз-
рос удельный вес военно-воздушных сил и войск противо-
воздушной обороны. Осуществлена полная механизация
и моторизация армии. Советские Вооруженные Силы
имеют теперь разнообразное атомное и термоядерное ору-
жие, мощное ракетное и реактивное вооружение разных
типов, в том числе ракеты дальнего действия. Советский
Союз располагает надежными средствами доставки
атомных и водородных бомб в любой пункт земного шара
на самолетах или ракетами.
За сорок лет Советской власти наука получила огром-
ное развитие, сыграла важную роль в укреплении оборо-
носпособности страны, в борьбе за превращение нашей
Родины в могучую индустриальную державу, за техниче-
ский прогресс народного хозяйства. Опираясь на достиже-
ния физики, химии, электроники, механики и других отра-
слей знаний, наше социалистическое государство по-
строило первую в мире атомную электростанцию, создало
на своих заводах крупнейшую в мире атомную машину —
синхрофазотрон, приступило к осуществлению программы
строительства мощных атомных электростанций. Огром-
ный вклад в развитие науки внесен коллективом работ-
ников, принимавших участие в разработке и изготовлении
межконтинентальных баллистических ракет, искусствен-
ных спутников Земли и комплекса средств, обеспечиваю-
щих их запуск. Усилиями наших ученых созданы такие
189
выдающиеся творения технической мысли, как быстро-
действующие электронные счетные машины, сложнейшие
приборы и механизмы. Успешно решаются крупнейшие
проблемы машиностроения, автоматики и телемеханики,
разрабатываются высокоэффективные технологические
процессы.
XX съезд КПСС поставил перед учеными новые за-
дачи большого значения. Съезд признал необходимым все-
мерно укрепить связь научных учреждений с производ-
ством, с конкретными запросами народного хозяйства,
сосредоточить их творческие усилия на решении наибо-
лее важных научно-технических проблем, неуклонно под-
нимать роль науки в решении практических задач комму-
нистического строительства.
Наука в Советском Союзе является самой передовой
наукой в мире. Возможности ее развития безграничны.
Агрессивные круги США, например, еще недавно пола-
гали, что у них имеется безусловная монополия на атом-
ное оружие. Даже наиболее дальновидные из них в пер-
вые годы после второй мировой войны считали, что Совет-
скому Союзу для производства атомного оружия потре-
буется по крайней мере 10—15 лет, а большинство счи-
тало, что потребуется гораздо больше времени. Но совет-
ские ученые, инженеры и техники и все те, кто имел к
этому прямое отношение, добились в короткие сроки таких
результатов, которые свидетельствуют об исключительных
возможностях Советского государства. Дело дошло до
того, что в производстве водородного и ракетного оружия
советские люди добились такого успеха, что в положении
отсталых оказался не Советский Союз, а Соединенные
Штаты Америки. Расцвет советской науки, все работы и
достижения советских ученых, направленные на раскры-
тие тайн природы, служат советскому народу, помогают
ему жить, творить и преодолевать все препятствия на
пути строительства коммунизма.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение ................................................. 3
I. Строение вещества................................... 12
1. Вещество. 2. Открытие Д. И. Менделеева. 3. Мир
атомов. 4. Открытие радиоактивности. 5. Радий. 6. Строе-
ние атома. 7. Строение ядра атома. 8. Изотопы
II. Радиоактивные изотопы .............................. 24
1. Радиоактивное излучение. 2. Радиоактивный распад.
3. Семейства радиоактивных изотопов. 4. Радиоактивное
равновесие. 5. Азот превращается в кислород. 6. Откры-
тие искусственной радиоактивности. 7. Атомная „артил-
лерия“
III.	Атомная энергия.....................................   40
1.	Материя и энергия. 2. Энергия связи. 3. Как получить
атомную энергию. 4. Синтез гелия в природе. 5. Деление
урана. 6. Цепная реакция деления ядер урана. 7. Ядерный
реактор. 8. Ядерный реактор — источник радиоактивных
изотопов. 9. Ядерные реакторы на быстрых нейтронах.
10.	Атомная энергия на службе человека
IV.	Меченые атомы.......................................... 66
1.	Как можно узнать о присутствии радиоактивных изо-
топов. 2. Что такое метод меченых атомов. 3. Что можно
исследовать методом меченых атомов. 4. Меченые атомы
в химии. 5. Меченые атомы в археологии. 6. Меченые атомы
в геологии. 7. Меченые атомы в металловедении и метал-
лургии. 8. Меченые атомы в технике. 9. Меченые атомы в
биологии. 10. Меченые атомы в сельском хозяйстве. 11. Мече-
ные атомы в медицине. 12. Техника работы с радиоактив-
ными изотопами
V.	Применение радиоактивных изотопов как излучателей ... 139
1. Излучение в технике. 2. Приборы контроля в производ-
стве. 3. Использование радиоактивного излучения в меди-
цине. 4. Использование радиоактивного излучения в сель-
ском хозяйстве и пищевой промышленности. 5. Геологиче-
ская разведка, основанная на рассеянии излучения. 6. Хими-
ческое действие излучения
VI. Военное использование атомной энергии..........163
1. Атомная и водородная бомбы. 2. Виды атомных взрывов
3. Поражающие факторы атомного взрыва. 4. Боевые дей-
ствия в условиях применения атомного оружия
Заключение...............................•.........185
Андрей Николаевич Несмеянов
РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Редактор доцент кандидат технических наук
инженер-подполковник И. А. Науменко
Редактор Издательства Я- АГ. Кадер
Консультант Издательства профессор доктор химических наук М. Б. Нейман
Художественный редактор Г. В. Гречихо
Обложка художника С. А. Митрофанова
Технический редактор Р. Ф. Аникина	Корректор В. Я. Плотникова
Сдано в набор 30.09.57	Подписано к печати 3.02.58
Формат бумаги 84Х1081/з2- 6 печ. л. 9,84 усл. печ. л. 9,475 уч.-изд. л-
Г-41152
Военное издательство Министерства обороны Союза ССР
Москва, Тверской бульвар, 18.
Изд. № 1/9298.	Зак. 614.
1-я типография имени С. К. Тимошенко
военного издательства Министерства обороны Союза ССР
Цена 2 р. 85 к.
Цена 2 р. 85 к.