Путешествие в страну РАИ - Дмитрий Николаевич Трифонов

В том лесу было много чудес…

— И еще было семь туристов и тьма-тьмущая изотопов! — добавила Майка.

Олег покосился на нее: «Не мешай, мол!» — но Алеша не хотел надолго настраиваться на лирический лад.

— А может, соберемся, и сейчас через перевал? Пока погодка разгуливается? А, начальник?

— К сожалению, ничего не выйдет. Подъем нужно начинать с рассвета, иначе придется ночевать на перевале. С горами приходится быть осторожным.

— Ты прав, конечно, — с легкой грустью согласился Алеша. — Но ведь потеряем полдня.

— Почему потеряем? — возмутился Сергей. — Кажется, за эти дни мы совсем не скучали. И ничего не потеряли, а, по-моему, наоборот. А вот сфотографировать избушку сейчас надо. Освещение чудесное! Ну-ка, стройтесь, участники семинара по изотопам!

…Солнце село не в тучи. Кажется, это хороший признак. Утром снова будет хорошая погода. И пока мы варили обед, вниманием завладел Илья.

— Итак, еще одна экскурсия. На этот раз к металлургам!

Изотопы варят сталь

Нам часто приходится слышать и читать, что в разных местах страны задувают новые доменные печи. Ввод в действие домны — это большое событие, событие государственного масштаба.

Доменная печь беспрерывно работает в течение пяти-шести, а то и более лет. После этого ее останавливают и производят капитальный ремонт. Во время ремонта прежде всего сменяется вся огнеупорная кладка, или, как говорят металлурги, футеровка доменной печи.

Роль футеровки в домне исключительно велика. Ее качеством определяется продолжительность непрерывной работы печи. Особенно важно качество огнеупорной кладки горна и заплечиков — наиболее ответственных частей домны. Здесь клокочут расплавленный чугун и шлаки. Они-то и действуют на огнеупоры, постепенно разъедая их. И когда футеровочный материал оказывается недостаточно хорошим, процесс разъедания идет быстрее.

Если не обнаружить вовремя разрушения кладки заплечиков и горна, не остановить печь на ремонт, то не миновать катастрофы. Поэтому нужно следить внимательно и постоянно за процессом разъедания, чтобы успеть предупредить опасность.

Многие ученые работали над проблемой контроля за разрушением огнеупоров в ходе работы домны. Известно несколько методов, но все они технически весьма сложны.

Сейчас эту проблему можно считать решенной.

В этом заслуга радиоактивного изотопа кобальта 60. Он обладает весьма мощным гамма-излучением, настолько мощным, что и полуметровая кирпичная кладка не является препятствием. Лучи свободно проникают через нее.

При постройке или капитальном ремонте доменной печи в огнеупорную кладку замуровывают на разных глубинах специальные ампулы, содержащие образцы кобальта 60. Излучение образцов легко обнаружить, если поднести специальные счетчики к определенным, заранее отмеченным участкам на наружной стороне печи. Каждый такой участок соответствует определенной ампуле с образцом.

Как я уже сказал, расплавленные шлаки постепенно разрушают огнеупоры. Поэтому образцы, расположенные близко к внутренней поверхности кладки, попадают в расплав и растворяются в нем. Таким образом, на отмеченных снаружи участках, соответствующих этим образцам, счетчик не уловит гамма-излучения.

Наблюдая последовательное растворение образцов, можно контролировать процесс разъедания огнеупорной кладки и вовремя остановить печь для ремонта.

Работа доменной печи — это целый сложный комплекс одновременно протекающих процессов. Чтобы получать качественные плавки, нужно учитывать ход каждого из них. Например, для получения чугуна с определенными качествами очень важно знать, как движутся шихтовые материалы и газовые потоки. Изучение этих процессов позволяет увеличивать производительность печи.

И здесь помогают радиоактивные изотопы. Их вводят в руду, кокс и флюсы — во все составляющие элементы шихты, а для исследования движения газов в печи через фурмы вдувают радиоактивный радон.

Другой пример. Это уже из области выплавки стали.

Почему при выплавке стали в электрических печах происходит загрязнение ее кальцием, каков источник этого загрязнения?

Радиоизотоп кальций 45 дает четкий ответ: источником загрязнения может быть шлак или материал футеровки ковша.

Откуда попадает сера при выплавке стали в мартеновских печах?

Ясность вносит радиоактивная сера 35. Оказывается, не только из шихты, как можно было бы полагать. Основной источник загрязнений — сера топливных газов.

Если известны источники загрязнений, мы можем соответствующим образом их устранять. А это гарантирует нам сталь более высокого качества.

Радиоизотопы отлично помогают не только и чугунолитейном и сталеплавильном производствах, они выручают и в получении других металлов.

Например, при выплавке сплава ценнейшего металла вольфрама с железом, так называемого ферровольфрама, часть дорогого вольфрама теряется. Куда теряется, долгое время не могли объяснить достаточно определенно. С помощью радиоактивного вольфрама 185 изучили его распределение между металлом, шлаком и газами.

Оказалось, что основные потери вольфрама происходят в результате уноса его газами.

Одной из предварительных стадий получения многих металлов в свободном состоянии является восстановление их окислов углем. Несмотря на кажущуюся простоту, эти процессы часто бывают капризными. Выход ценного металла получается неполным, то есть металл выделяется в количестве, меньшем, чем это можно рассчитывать по уравнению реакции. Чтобы провести восстановление с наибольшей пользой, нужно тщательно изучить условия реакции.

С помощью радиоуглерода C14 можно определить температуру, при которой начинается восстановление окислов.

Если в нашем распоряжении есть, допустим, трехокись молибдена MoO3, то в результате реакции восстановления ее углем получаются металлический молибден и окись углерода. Нетрудно понять, что она появляется лишь после того, как восстановление началось. Значит, если уголь «пометить» радиоуглеродом, то обнаружение радиоактивности в отходящих газах сигнализирует о начале процесса. Таким путем нашли, что трехокись молибдена вступает в реакцию с углем при 425°, окись меди — при 460°, окись никеля — при 500°.

Эти данные позволили повысить эффективность производственных процессов.

Теперь снова обратимся к сталям. Как известно, современные заводы выплавляют стали самых разнообразных марок. Они различаются по тем элементам, которые входят в их состав. Для каждой марки существуют определенные обозначения.

Но представим себе, что на инструментальном заводе потребовался металл какой-нибудь определенной марки. Как обнаружить нужный материал среди десятков стальных заготовок?

Можно подвергнуть их образцы обычному химическому анализу и, рассчитав количество входящих в сталь элементов, сделать вывод о принадлежности ее к данной марке. Однако этот путь весьма трудоемкий и продолжительный. Даже самому искусному химику-специалисту требуется несколько часов, чтобы проанализировать один образец.

Радиоактивные изотопы позволяют произвести определение марки за несколько секунд.

Для этого в процессе плавки к ней добавляют небольшое количество радиоактивного изотопа, лучше всего излучающего гамма-лучи. Поскольку различные радиоактивные изотопы обладают разной энергией распада, они могут быть и по величине этой энергии отличны друг от друга.

Затем простым измерением энергии гамма-излучения точно определяется, к какой марке относится наша сталь.

Со временем разовьется новая область науки — радиационная металлургия. Известно, что малые добавки многих редких элементов значительно улучшают качества сталей. Но ведь эти элементы можно