Филлип Рэн - Атомная проблема
К 1975 году эта цифра, по всей вероятности, увеличится вдвое. В Великобритании атомные электростанции будут покрывать 40 % всех потребностей в электроэнергии, в остальных странах Европы — 10 %, в США и Канаде — 15–20 %, а в Советском Союзе, по-видимому, еще больше.
Наконец, ученые считают, что к 2000 году атомные электростанции будут обеспечивать удовлетворение трех четвертей мировой потребности в электроэнергии.
Следует отметить, что электричество на атомных электростанциях вырабатывается за счет тепла, являющегося промежуточным продуктом. Поскольку электрические заряды в ядерной реакций не используются и пропадают даром, возникает вопрос, нельзя ли получать электричество непосредственно без промежуточной стадии, что, без сомнения, значительно повысило бы к.п.д. атомных электростанций. Есть все основания полагать, что в ближайшем будущем ученым удастся создать специальные конденсаторы, и эта задача будет решена.
б) Атом как «источник движущей силы».
Одним из основных назначений ядерного реактора является получение электроэнергии, однако ядерная энергия может быть использована также и в качестве источника движения.
Наибольший интерес представляет использование ядерной энергетической установки на подводных лодках, так как она освобождает подводную лодку от того тяжелого груза весом 700–800 т, каким являются запас горючего и аккумуляторы. Первая американская атомная подводная лодка «Наутилус», спущенная на воду в январе 1954 года, к маю 1956 года прошла уже 37 тыс. миль, что в 1,5 раза больше длины земного экватора. Экипаж этой подводной лодки состоит из 85 матросов и 11 офицеров.
«Наутилус» может без дополнительной заправки совершить путешествие вокруг земли. Его подводная скорость, согласно официально опубликованным данным, составляет более 20 узлов. Надводное водоизмещение достигает 2800 т, вооружение — 6 торпедных аппаратов. Механизмы силовой установки занимают половину длины всей лодки, то есть 90 м из 180. В качестве горючего используется обогащенный уран, основным конструкционным материалом, по всей вероятности, является цирконий.
Вторая американская подводная лодка «Си Вулф» была спущена на воду в 1956 году. Внешне она похожа на «Наутилус», но силовая установка имеет другую конструкцию. Кроме этого, ведется строительство еще двух атомных подводных лодок: «Скейт» и «Суорд-фиш».
По имеющимся данным, в настоящее время в США закончено проектирование еще четырех атомных подводных лодок. Специалисты считают, что стоимость атомной подводной лодки в серийном производстве в общем не будет превышать стоимости обычной подводной лодки (20–25 млн. долларов). Опытные образцы, разумеется, будут стоить в 2–3 раза дороже.
Что касается надводного флота, то атомными силовыми установками будут снабжаться, по всей вероятности, тяжелые военные корабли, например авианосцы, и крупные торговые суда. Атомный двигатель значительно облегчит проблему обеспечения кораблей топливом; не исключена возможность, что будущие корабли с атомными силовыми установками при спуске на воду будут снабжаться таким количеством ядерного горючего, которого им хватит до полного выхода из строя.
Хотя в США уже давно ведутся работы по созданию самолета с атомным двигателем, производство таких самолетов, как нам кажется, в ближайшее время осуществлено быть не может, так как атомный двигатель пока еще очень тяжел и громоздок. Но эти недостатки в скором времени будут устранены, и тогда дальность полета атомных самолетов будет ограничиваться только физическими возможностями экипажа.
Что касается использования атомной энергии в двигательных установках наземного транспорта, то здесь, вероятно, придется еще немного подождать. В настоящее время говорят лишь о строительстве атомных локомотивов. Об атомных автомобилях пока нет еще и речи, однако не исключено, что наши внуки будут ездить на машинах только с такими двигателями.
Через пятьдесят лет мир, по-видимому, очень сильно изменится; атомная энергия, которая сейчас делает лишь свои первые шаги, явится причиной глубоких преобразований.
2. Реактор как источник получения радиоактивных изотопов.Мы знаем, что в природе существует 92 естественных элемента. Кроме этого, в природе существует несколько сот естественных изотопов, а физикам удалось получить искусственным путем еще более тысячи изотопов. Открытие таких изотопов само по себе не имело бы особого значения, если бы среди них не было радиоактивных веществ, называемых радиоизотопами или радиоэлементами. Благодаря своему свойству радиоактивности эти изотопы заняли важное место в науке и получили широкое практическое применение. В природе существует около 40 естественных радиоактивных изотопов, искусственных же радиоактивных изотопов гораздо больше.
Большинство искусственных радиоактивных изотопов в настоящее время получают в ядерных реакторах, подвергая вещество облучению нейтронами; их можно также извлекать из продуктов распада урана. Для производства некоторых радиоактивных изотопов можно использовать протоны высоких энергий, получаемые в ускорителях.
Попадая в ядро какого-либо элемента, нейтрон увеличивает на единицу массовое число А этого элемента, в результате чего образуются новые элементы; некоторые из них обладают свойствами радиоактивности. Так, обычный кобальт, имеющий массовое число 59, превращается в радиоактивный кобальт 60.
Основное преимущество искусственных радиоактивных изотопов заключается в дешевизне их получения и простоте применения.
Обнаружить наличие радиоактивных изотопов сравнительно нетрудно при помощи счетчиков Гейгера — Мюллера, которыми измеряют радиоактивные излучения. Это позволяет прослеживать путь атомов радиоактивных изотопов, называемых поэтому «мечеными атомами».
Невозможно даже в общих чертах описать все способы применения радиоактивных изотопов, число которых увеличивается с каждым днем. Поэтому мы ограничимся описанием лишь наиболее известных способов их использования в медицине, промышленности и сельском хозяйстве.
а) Применение радиоактивных изотопов в медицине.
Радиоактивные изотопы играют в медицине большую роль. Они позволяют установить диагноз, излечить от болезни или по крайней мере замедлить ее развитие, а главным образом — лучше понять физиологические процессы, происходящие в организме.
Благодаря применению радиоактивных изотопов удалось достигнуть значительных успехов в борьбе против рака. Наиболее эффективным способом лечения рака является внутреннее облучение. При старых методах радиотерапии под действием радиоактивных излучений могли поражаться — а иногда даже совсем разрушаться — и здоровые клетки. В настоящее время удается вводить источник радиоактивности непосредственно в опухоль, не поражая при этом нормальной ткани.
Одним из наиболее наглядных методов лечения рака радиоактивными изотопами является облучение при помощи так называемой кобальтовой пушки. Кобальтовая пушка заменяет лечение рентгеновскими лучами и радием и является более экономичной и практичной по сравнению с ними. Тридцать граммов радиоактивного кобальта стоимостью 17 500 долларов испускают такое же количество излучения, как и кусок радия стоимостью 50 млн. долларов, или 17,5 млрд. франков. Кроме того, радий — очень редкий элемент. За 50 лет во всем мире было получено лишь около 2,5 кг радия. Напомним, что этот ценный металл был открыт в 1898 году Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри совместно с сотрудничавшим с ними Бемоном. Для того чтобы получить 1 г радия, нужно переработать 3 т урановой руды. Кобальт 60 очень сильно отличается от радия периодом полураспада: он имеет период полураспада примерно 5,5 лет, в то время как радий — 1622 года. Кобальт может применяться либо для местного облучения, например в форме игл, подобных радиевым, либо для общего облучения (кобальтовая пушка).
Для лечения заболеваний различных желез употребляются радиоактивные изотопы тех элементов, которые поглощаются этими железами. Так, для лечения рака щитовидной железы применяется радиоактивный иод, который поглощается этой железой.
Некоторые заболевания, например рак мозга, можно лечить радиоактивным золотом. Маленькие шарики из смеси радиоактивного золота с радиоактивным фосфором вводятся в опухолевую ткань, которая разрушается под действием радиоактивных излучений, причем соседние ткани остаются невредимыми.
Скорость тока крови в организме можно измерять, добавляя в кровь красные кровяные тельца, меченные радиоактивным фосфором. При помощи радиоактивного фосфора можно также обнаружить белокровие. Если организм здоров, то через 4–5 дней с мочой уходит 50 % радиоактивного фосфора, а если болен — то лишь 10 %.
Наконец, благодаря радиоактивным изотопам удалось установить, что прежнее представление об обмене веществ в организме было ошибочным. Ученые заметили, что живой организм не сразу выбрасывает неусвоенные питательные вещества. Обновление веществ происходит непрерывно: новые клетки врастают в ткань, в то время как умершие и, следовательно, ненужные клетки разрушаются. Так, например, радиоактивный кальций позволил установить, что костные ткани человека постоянно обновляются.
