Молчание, раскаты грома дальнего,
Зарницами сверкающая даль…
Что людям даст он: счастье иль страдание?
Что принесет им: радость иль печаль?
…Ночью пурга кончилась.
С рассвета небо стало светлеть. Еще цеплялись за островерхие гребни хребтов тучи, но ветер упорно гнал их, и иногда в просвете белесой мглы отчетливо вырисовывался Аламинский перевал.
Если к завтрашнему дню выглянет солнце, мы сделаем попытку взять этот перевал. Путь будет очень нелегким: слишком глубок снег, и каждый шаг придется делать с величайшей осторожностью. Обильный снегопад в горах чреват лавинами. Одна из них уже сошла накануне.
Если солнца не будет, мы повернем назад. Сквозь тайгу, по прочному льду Аламы, через бурелом и овраги. Перевал останется в мечтах до будущего года. Мы вернемся сюда, и маленькая избушка напомнит о нескольких днях неожиданного «зимовья», и засверкает огонь в охотничьей печурке, разбрасывая звездочки угольков через неплотно закрытую дверку, и Илья скажет:
— Помните «Атомы у нас дома»? Алеша, я надеюсь, ты прочел эту книгу?
А Наташа споет простую песенку о том, как в затерянной среди тайги и гор старой охотничьей избушке поселились изотопы. Всеведущие невидимые помощники не давали скучать людям, обреченным на вынужденную бездеятельность. На фоне яркого синего неба будет блестеть под солнцем снег на Аламинском перевале. Снова разгорится очередной спор — и так до полуночи, пока я своей «начальнической» волей не прикажу прекратить разговоры.
Маршрут третий
С утра заготовляем дрова, валим в снег неказистые сухие лиственницы и волочим их по склону к избушке. Здесь Олег с Алешей разделывают стволы на поленья.
Изотопы, кажется, прочно обосновались в избушке, потому что даже Алеша спросил, едва проснувшись, о чем мы с Ильей будем сегодня «докладывать». Олег вполне серьезно заявил:
— Вернусь в Москву, пороюсь в книгах. Как часто мы не обращаем внимания на множество любопытных вещей!
Олег был человек основательный: если начинал дело, то доводил его до конца. Илья даже сострил:
— На будущий год в роли рассказчика придется тебе выступать…
В печку до отказа заложены свежие сухие дрова. Мы заготовили их столько, что хватит еще на несколько дней. А уйдем завтра, останутся другим. Старинный таежный обычай: уходя из избушки, заготовь топливо для других.
И немногочисленная, но любознательная аудитория снова ждет, когда мы продолжим знакомить ее с изотопами.
Илья изложил свою программу:
— Хватит всяких теорий! Нажмем на практику. Одним словом, изотопы в жизни. В науке, в промышленности, в сельском хозяйстве.
Кстати, друзья мои, пока вы знаете только два искусственных радиоактивных изотопа: стронций 90 и прометий 147, те, что применяются в атомных батарейках. Все остальные, о которых шла речь, — это изотопы природные. Я не говорю, конечно, о новых элементах, они ведь тоже получены искусственно. Теперь мы с Анатолием будем рассказывать главным образом о радиоизотопах искусственных. Кто из нас начнет? Ты, Толя?
— Что ж. Пусть изотопы и химия. Так вот, представьте себе, — я задумался, с чего бы начать. — Ну хотя бы… Возьмите обычную поваренную соль, — я вытащил щепоть из мешочка с солью. — Вы видите, какая она белая и чистая. Высший сорт! Ты, кажется, покупала ее, Майка? Но посетите соляные промыслы, и вы убедитесь, какой она имеет неприглядный вид: мокрые серые куски. Пройдет много операций очистки, прежде чем соль станет белой.
Вы думаете, что в моей горсти чистая NaCl? Химик берет щепотку соли, производит анализ и обнаруживает в ней громадное, на его взгляд, количество примесей магния, кальция, калия, железа, брома, йода, серы и так далее. Правда, вам покажется, что химик преувеличивает: подумаешь, какие-то десятые доли процента посторонних веществ!
Однако именно эти десятые доли нередко оказывают влияние на ход различных процессов. Поэтому химики предпочитают иметь дело с возможно более чистыми веществами. Разработано много чувствительнейших аналитических методов, которые позволяют установить присутствие в нужном материале тысячных и даже десятитысячных долей примесей.
Но иногда и такой точности бывает недостаточно. Новая техника требует от промышленности сверхчистых материалов.
Особенно необходима чистота материала для полупроводниковой техники. Ничтожнейшие загрязнения могут сделать полупроводник непригодным для употребления. Так, для германиевых полупроводников достаточно одной миллионной доли процента примесей, чтобы металл пришлось забраковать.
Классические методы аналитической химии фактически не дают возможности определять столь малые следы посторонних материалов.
Новая техника вызвала к жизни особые методы анализа. Одним из них является радиоактивационный анализ.
Уже по названию можно догадаться, что и здесь не обошлось без участия радиоактивных изотопов.
Вот вкратце принцип метода.
Исследуемый образец облучают элементарными частицами. Чаще всего используют медленные нейтроны, но можно применять также дейтроны, протоны, альфа-частицы и гамма-лучи. В результате ядерных реакций образуются радиоактивные изотопы элементов-примесей или изотопы соседних с ними элементов. Как известно, каждый радиоактивный изотоп обладает двумя характерными лишь для него величинами: периодом полураспада и энергией излучения. Измеряя их величины, можно установить, какие именно элементы примеси и в каком количестве есть в исследуемом материале.
Радиоактивационный анализ позволяет определить 57 элементов периодической системы при содержании их в количествах менее одной миллионной доли процента, 10–6 процента.
Вот один из примеров радиоактивационного анализа.
Допустим, нужно исследовать образец металлического висмута, который находит применение в технике полупроводников.
Предположим, что в исследуемом металле содержатся ничтожнейшие примеси меди, сурьмы и мышьяка.
Сначала приготовим специальные эталоны сравнения. Весьма малые количества меди, сурьмы и мышьяка введем в растворы солей известной концентрации и упарим эти растворы досуха. Сравнивая впоследствии активности нашего образца с активностями эталона, мы сможем сделать вывод о количестве примесей в металлическом висмуте.
Затем образец и эталоны облучим в ядерном реакторе.
Благодаря ядерным реакциям образуются радиоактивные изотопы мышьяка (As76, период полураспада 26 часов), меди (Cu64, период полураспада 13 часов) и сурьмы (Sb122, период полураспада 3 дня).
Полученные образцы и эталоны подвергают особой химической обработке. В результате достигается разделение и очистка определяемых элементов-примесей.
Теперь задача состоит в том, чтобы измерить активности выделенных радиоизотопов и сравнить с активностью эталонов.
Оказывается, что в образце металлического висмута содержалось 2·10–7 процентов меди, 1,3·10–6 процентов сурьмы и около 10–7 процентов мышьяка.
Радиоактивационный анализ позволяет контролировать содержание примесей в тех материалах, которые используются в конструкциях ядерных реакторов. Например, очень важно бывает установить, есть ли примеси редкоземельных элементов в висмуте, свинце, графите. В этом случае процесс упрощается, потому что многие редкоземельные элементы обладают весьма большой способностью поглощать нейтроны. Так, редкоземельные элементы европий и гольмий можно определить в количестве 10–11 грамма на 1 грамм материала.
Своеобразным рекордом радиоактивационного анализа является определение примеси теллура в количестве 10–20 грамма (!).
Радиоактивационный анализ — это, если хотите, один из самых ярких примеров использования радиоизотопов в химии. Есть и множество других. В химии стал незаменимым метод меченых атомов.
В чем его суть? Если к какому-нибудь химическому элементу добавить буквально следы его радиоактивного изотопа, то нетрудно проследить поведение этого элемента, например, установить, в какие реакции он вступает. Достаточно лишь время от времени отбирать пробы, в которых содержится соединение интересующего нас элемента, и с помощью счетного устройства следить за содержанием радиоактивного изотопа.
Долгое время считалось, что висмут образует соединение с водородом, так называемый гидрид, причем он при нормальных условиях существует в газообразном состоянии. Обычные аналитические методы оказывались недостаточно чувствительными для доказательства. Поступили следующим образом. На магниевую фольгу нанесли ничтожное количество тория С, который является изотопом висмута и, следовательно, обладает одинаковыми с ним химическими свойствами. Фольгу растворили в соляной кислоте; как известно, при этом процессе выделяется водород. Ученые рассуждали так: если торий С образует гидрид, то в водороде можно будет наблюдать активность. Действительно, с помощью счетчика удалось доказать, что в газообразной фазе находится изотоп висмута. Таким путем ученые получили сведения о способах получения гидрида висмута и его стабильности.
— Прошу слова в порядке ведения собрания! — Илья взлохматил шевелюру. — Прости, Толя, что вмешиваюсь в недоступную моему хилому интеллекту область неорганической химии. Знаете, гидриды, то есть соединения водорода с металлами, — это очень сложная часть неорганики. Только сейчас в ней кое-что начинает проясняться. А несколько десятилетий назад она была такой же неизученной, как, например… ну, скажем, как Кольский полуостров для туристов начала пятидесятых годов…
— Шел бы ты, Илья, с такой «популяризацией» куда-нибудь подальше! — набросился на него Сережа. — За кого ты нас считаешь?
— Он хочет показать, что все знает, — затараторила Майка. — И кокетничает при этом.
— Илья, конечно, прав: гидриды — запутанная и сложная область, — сказал я. — Многие из них имеют очень необычную формулу. Например, гидрид церия — CeH