Сергей Венецкий - О редких и рассеянных. Рассказы о металлах

• Название: О редких и рассеянных. Рассказы о металлах
• Автор: Сергей Венецкий
• Издательство: Металлургия
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1981

В научно-популярной форме автор рассказывает об истории открытия, свойствах и применении важнейших редких (в том числе и рассеянных) металлов.

Книга предназначена для самого широкого круга читателей: студентов, преподавателей, учащихся, специалистов — всех интересующихся историей и развитием металлургии, химии, материаловедения.

---

Прогрессивное человечество боролось и продолжает бороться за полный запрет атомных и водородных взрывов. Миллионы людей во всем мире горячо приветствовали подписание в Москве в 1963 году международного Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой. Однако это вовсе не означает, что радиоактивный стронций сойдет со сцены: развитие ядерной энергетики создает неограниченные возможности для мирного использования его в науке и технике. Здесь для него работы — непочатый край.

Широкие перспективы открываются перед радиоизотопами стронция в производстве атомных электрических батарей для космических ракет и искусственных спутников Земли. Принцип действия таких батарей основан на способности стронция-90 излучать электроны, обладающие большой энергией, преобразуемой затем в электрическую. Радиостронциевые элементы, соединенные в миниатюрную батарейку (размером со спичечную коробку), способны безотказно служить без перезарядки 15–25 лет.

Атомные батарейки несомненно найдут применение в телефонии и радиотехнике. А вот швейцарские часовщики с успехом использовали крохотные стронциевые батарейки для питания электрочасов.

Неприхотливые и практически вечные источники тока незаменимы на автоматических метеостанциях, расположенных в пустынных, полярных и высокогорных районах нашей планеты. В Канаде, например, на далеком северном острове Аксель-Хейберг в труднодоступном месте действует атомная метеорологическая станция, рассчитанная на работу без обслуживания в течение двух-трех лет. Источником энергии для аппаратуры станции служит изотоп стронция (всего 400 граммов), помещенный в специальный трехслойный сплав и защищенный свинцовым экраном. Теплота, образующаяся при радиоактивном распаде стронция, превращается в электрический ток, который питает приборы для измерения температуры, атмосферного давления, скорости и направления ветра. Полученные данные фиксируются самопишущими приборами и передаются по радио с помощью двух транзисторных передатчиков на расстояние свыше 1500 километров. Вся аппаратура смонтирована в стальном цилиндре высотой 2,5 метра, диаметром 0,65 метра и общей массой около тонны. Душой этого сложного технического комплекса можно без преувеличения назвать маленькие стронциевые батареи.

Несомненный интерес представляет термоэлектрическая стронциевая батарея «Тристан», разработанная учеными фирмы «Сименс» (ФРГ) для проведения подводных исследований. Высокоэффективные термоэлектрические элементы преобразуют энергию распада стронция-90 в электрический ток. Размеры батареи невелики, но весит она 1,4 тонны, поскольку снабжена толстым свинцовым экраном, который надежно защищает обитателей морских пучин и, разумеется, прежде всего людей от радиации — ее уровень вблизи «Тристана» в пять раз меньше допустимого.

Советскими учеными создан изотопный генератор электрической энергии для питания автоматических метеостанций. Главное действующее лицо в нем — все тот же изотоп стронция. Гарантийный срок службы «Бета-С» (так назван генератор) -10 лет, в течение которых он способен снабжать электрическим током нуждающиеся в нем приборы. А все обслуживание его заключается лишь в профилактических осмотрах — раз в два года. На Лейпцигской ярмарке этот генератор был удостоен золотой медали. Первые образцы его установлены в Забайкалье и в верховьях таежной речки Кручины.

Число приборов различного назначения, в которых используется радиоактивный стронций, растет не по дням, а по часам. Успешно действуют, например, толщиномеры для контроля и управления процессом производства бумаги, тканей, тонких металлических лент, пластмассовых пленок, лакокрасочных покрытий. Изотоп стронция «трудится» в приборах для измерения плотности, вязкости и других характеристик вещества, в дефектоскопах, дозиметрах, сигнализаторах.

С борта судна, направляющегося в Таллинский порт, хорошо видна словно выросшая из воды высокая красная «свеча» — атомный маяк «Таллин». Главная его особенность — радиоизотопные термоэлектрические генераторы, в которых в результате распада стронция-90 возникает тепловая энергия, преобразуемая затем в световую. Иначе говоря, недра атомов стронция можно с родным основанием считать местом рождения мощного луча света, легко пробивающего ночную мглу Балтики. Заметим, что традиционной должности смотрителя в штатном расписании атомного маяка нет: лишь несколько раз в год специалисты посещают его для осмотра аппаратуры. Недавно здесь вырос еще один такой маяк.

На машиностроительных предприятиях часто можно встретить так называемые бета-реле. В их «обязанности» входит контроль подачи заготовок на обработку, проверка исправности инструмента, правильность положения детали и тому подобные «мелкие хлопоты». Принцип действия реле прост. Микрозаряд радиоактивного стронция, излучение которого в двести раз ниже санитарных норм, покоится в свинцовой ампуле с крохотным окошком, прозрачным для бета-излучения (потока электронов). До тех пор пока в «поле зрения» бета-лучей находится деталь или инструмент, т. е. пока все обстоит благополучно, автоматическая система спокойна. Но вот, допустим, сверло внезапно сломалось-теперь уже бета-лучи, не встречая на своем пути преграды, попадают на газоразрядный приемник излучения. Тотчас же реле срабатывает, останавливая механизмы, а на пульте диспетчера вспыхивает сигнальный огонек, указывающий, где произошло повреждение.

При производстве материалов, являющихся изоляторами (бумага, ткани, искусственное волокно, пластмассы и т. д.), вследствие трения возникают электрические заряды, создающие напряжения до нескольких тысяч вольт, — в результате может произойти искровой пробой и возникнуть пожар. Чтобы избежать этого, до недавнего времени применяли сложную, громоздкую и дорогую аппаратуру, позволяющую с помощью ультрафиолетовых или рентгеновских лучей ионизировать окружающий воздух и тем самым снимать электростатические заряды. Сейчас для этой цели широко пользуются стронциевыми ионизирующими источниками — они недороги, не требуют установки высоковольтной аппаратуры, просты в эксплуатации, компактны и долговечны. Новые приборы позволили в несколько раз повысить производительность прядильных и ткацких станков, резко сократить брак и простои из-за обрыва нитей.

Итак, мирный стронций все увереннее прокладывает себе дорогу в промышленность, спрос на него непрерывно растет. А сможет ли природа удовлетворить потребности человечества в этом металле?

Большинство минералов стронция встречается довольно редко; лишь уже знакомый нам стронцианит и целестин (по-латыни — «небесный») образуют иногда солидные скопления. Вот как описывает свою встречу с целестином замечательный советский геохимик и минералог академик А. Е. Ферсман: «…вдруг в одном разломанном желвачке я увидел какой-то голубой кристаллик: о, это был настоящий целестин! Чудесная прозрачная голубая иголочка, как светлый сапфир с острова Цейлон, как светлый, выгоревший на солнце василек».

Но целестин бывает не только голубым — не менее чудесны его нежно-фиолетовые, розоватые или дымчато-черные кристаллы, встречающиеся в пустотах горных пород. Необыкновенно красивы зеленоватые россыпи его мелких зерен на друзах янтарно-желтой серы.

Пути образования в природе целестина (он представляет собой сернокислую соль стронция) различны, и, чтобы поведать об одном из них, мы снова предоставим слово академику А. Е. Ферсману, поскольку вряд ли кто-нибудь сможет рассказать об этом интереснее и поэтичнее, чем он:

«…Давно-давно, несколько десятков миллионов лет тому назад верхнеюрское море докатывало свои волны до мощных, тогда уже существовавших Кавказских хребтов…

На дне прибрежной полосы, на камнях в бесчисленных количествах жили маленькие радиолярии; некоторые из них были прозрачны, как стекло… другие представляли собой мелкие белые шарики не больше одного миллиметра, с маленьким стебельком, в три раза большим, чем туловище. Они сидели на камнях, на красивых зарослях мшанок, а иногда покрывали даже иглы морских ежей, путешествуя с ними по морскому дну.

Это были знаменитые радиолярии-акантарии, скелеты которых состояли из иголочек, числом от 18 до 32. Долгое время никто не знал, из чего они образованы, и только случайно было обнаружено, что они состоят не из кремнезема, не из опала, а из сернокислого стронция. Эти бесчисленные радиолярии накапливали в сложном жизненном процессе соль сернокислого стронция, извлекая ее из морской воды, и постепенно строили свои кристаллические иголочки.

Отмирающие радиолярии падали на дно моря. Так было положено начало скоплениям одного из редких металлов…»

Добавим, что не только радиолярии, но и другие морские организмы неравнодушны к стронцию: ученые находили спиральные раковины давно вымерших моллюсков, состоящие из целестина. Некоторые из них достигали внушительных размеров — до 40 сантиметров в поперечнике.