Сергей Венецкий - В мире металлов

Сплав и взрыв

Во Франции создано нехитрое приспособление, позволяющее измерять силу взрыва. Это бывает необходимо, например, когда требуется проверить партию взрывчатого вещества после длительного хранения. Ведь прежде чем произвести на шахте или в карьере рабочий взрыв, его надо рассчитать, а для этого должна быть точно известна сила взрывчатки. Вот тут и приходит на помощь приспособление, представляющее собой сеточку из четырех тонких пластинок, изготовленных из сплава меди, никеля и марганца. Сплав обладает способностью изменять свои электрические свойства под действием импульсов давления. Изменения и дают возможность оценить силу взрывчатки.

Мощные постоянные магниты изготовляют обычно из сплавов на основе кобальта — металла, довольно дефицитного. Японская фирма "Мацусита" разработала новый магнитный сплав, главные компоненты которого — марганец, алюминий и углерод. Магниты из этого материала примерно на 30 % сильнее кобальтовых. К достоинствам сплава относится и возможность обрабатывать его на токарном станке.

Но для кобальта ученые находят все новые области применения. Другая японская фирма освоила выпуск магнитофонной ленты из кобальтового сплава толщиной всего 0,3 микрона. Преимущества новой ленты очевидны: при тех же габаритах кассеты объем звукозаписи возрастает в десять раз.

Польские ученые разработали уникальный сплав, который в зависимости от напряжения электрического тока может проявлять либо магнитные, либо полупроводниковые свойства. Благодаря такому "двуличию" сплав, состоящий из кадмия, марганца, теллура и других элементов, найдет разнообразное применение во многих электронных устройствах и приборах.

Усилия средневековых алхимиков были направлены на то, чтобы без особого труда превращать различные недефицитные материалы в золото. И хотя поиски алхимиков в этом направлении зашли в тупик, наука продолжала искать пути получения одних элементов из других.

Современным ученым, как известно, такая задача вполне по плечу. Но велико было бы удивление алхимиков, если бы они узнали, чем занимаются их непутевые потомки: оказывается, например, вместо того чтобы денно и нощно, не покладая рук, добывать золото из других веществ, они безрассудно обстреливают этот благородный металл какими-то частицами, стремясь превратить его во франций — металл, которого практически нет в природе.

Действительно, один из наиболее распространенных способов получения франция заключается в облучении "мишеней" из золота многозарядными ионами неона, ускоренными на циклотронах или линейных ускорителях. Такие процессы можно с полным основанием назвать "алхимией наизнанку".

Уставший человек может прекратить работу и отдохнуть. Ну, а если "устал" металл, находящийся под нагрузкой? Как узнать об этом, чтобы вовремя заменить "уставшую" деталь? Ведь металл молчит.

Молчит ли? Оказывается, нет. Ученые Всесоюзного научно-исследовательского института методов и средств неразрушающего контроля создали ультразвуковую установку, которая позволяет определять дефекты, появляющиеся в металле в процессе работы, по так называемым деформационным шумам. Дело в том, что при чрезмерных нагрузках кристаллическая структура металла начинает нарушаться. Часть выделяющейся при этом энергии превращается в звуковые колебания, они улавливаются специальным датчиком и передаются самопишущему устройству.

Если, например, стальную полосу, к которой прикреплен датчик, сгибать попеременно в одну и другую сторону, то сначала самописец будет чертить на бумажной ленте прямую линию — это значит, что сталь выдерживает нагрузку "без осложнений". Но вот на ленте появился крохотный зубчик, затем другой, третий… Так установка сигнализирует о том, что кристаллическая решетка "дала трещину". Чем сильнее развивается разрушительный процесс, тем более крупные зубцы вычерчивает самописец.

Эффективный метод испытаний металлических конструкций, также основанный на акустической эмиссии металла, разработан на одном из чехословацких заводов, изготовляющем оборудование для атомных электростанций. Такое оборудование необходимо постоянно контролировать в процессе эксплуатации. Для этой цели в наиболее ответственных узлах конструкций устанавливают пьезоэлектрические датчики, способные улавливать до 3000 сигналов из "недр" металла. Сигналы передаются на ЭВМ и здесь расшифровываются, благодаря чему обслуживающий персонал всегда в курсе "настроений" металла.

Кто из нас не любовался радужными переливами на поверхности мыльных пузырей? Но, вероятно, мало кто при этом задумывался, чем же объясняется такая игра света на тонкой прозрачной пленке. А вот ученые из ФРГ заинтересовались этим явлением и нашли ему любопытное практическое применение. Радуга на мыльной пленке вызывается интерференцией световых лучей. Этот оптический эффект и был положен западногерманскими химиками в основу разработанного ими оригинального способа "окраски" стали. На поверхность металла наносится бесцветный прозрачный слой толщиной в несколько микрон. Тончайшая пленка позволяет лучам света наиболее ярко продемонстрировать свои интерференционные "способности". А поверхность стальных изделий "окрашивается" при этом в разнообразные цвета — от черного и темно-синего до зеленого, золотистого, красного.

Покрытие не боится ударов и изгибов, безболезненно переносит прессование и вытяжку. К "окрашенному" новым способом металлу уже присматриваются строители, которые намерены использовать его для декоративной отделки зданий.

Примерно четверть века назад появились первые микроволновые генераторы — мазеры, вскоре были созданы оптические генераторы — лазеры, а затем инфракрасные — иразеры. Совсем недавно австралийские физики разработали гамма-лучевой генератор — гразер. Главное действующее лицо в нем — изотоп кобальта 6 °Co, помещенный в криостат, где поддерживается температура, близкая к абсолютному нулю. Подвергнутый действию радиоизлучения и сильного магнитного поля, изотоп 6 °Cо испускает радиоактивное излучение только в одном направлении, причем длина волны этого излучения в миллион раз меньше длины световых волн.

Гразеры позволят получать трехмерные "портреты" молекул и атомов, обеспечат высокую точность резания металлов, помогут хирургам в проведении сложнейших операций, найдут применение в космической навигации, астрономии, ядерной физике.

После того как в 1911 году было открыто явление сверхпроводимости, круг сверхпроводников непрерывно расширялся. Свою готовность "беспрекословно" проводить при очень низкой температуре электрический ток уже продемонстрировали почти все металлы и сплавы, ряд полупроводников и даже некоторые полимеры. И только щелочные металлы до последнего времени упорно продолжали "чинить препятствия" току даже вблизи абсолютного нуля. Это обстоятельство шло вразрез с общепризнанной теорией сверхпроводимости, согласно которой щелочные металлы не имели никаких привилегий перед своими собратьями по таблице элементов.

Несколько лет назад итальянский ученый К. Реале из Миланского института физики все же сумел "уговорить" литий и цезий подчиниться общим для всех металлов законам. Правда, у этих представителей щелочного семейства сверхпроводимость удалось пока обнаружить лишь в тонких пленках (толщиной в доли микрона) при температуре всего 1–2 градуса Кельвина (т. е. вблизи абсолютного нуля).

Современная техника позволяет ученым не только заглянуть в самые "недра" металлов и других материалов, но и получить "на память" соответствующие фотоснимки. Так, специалисты Кембриджского университета (Великобритания), применив электронный микроскоп с высокой разрешающей способностью, сумели сфотографировать структуру ряда аморфных веществ и кристаллов. Снимки показывают, что атомы аморфных тел располагаются хаотически, в то время как атомы кристаллов занимают места в строго определенном порядке. Особенно "фотогеничными" оказались атомы золота: на "портретах", увеличенных в семь миллионов раз, отчетливо видны ряды атомов, располагающиеся на расстоянии 0,235 нанометра (нанометр — одна миллиардная доля метра) друг от друга.

Как известно, природный лютеций состоит из двух изотопов — стабильного 175 Lu (около 97,5 %) и бета-активного 176 Lu с периодом полураспада 20 миллиардов лет. Искусственным путем было получено еще несколько радиоактивных изотопов этого редкоземельного элемента с периодами полураспада от 22 минут до 500 дней. До недавнего времени самым "молодым" из них считался изотоп 166 Lu, "найденный" в 1968 году учеными Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. И вот недавно там же в результате бомбардировки высокоэнергичными протонами мишеней из вольфрама и тантала на свет появилось еще четыре изотопа лютеция с массовыми числами 158, 160, 161 и 163. Периоды полураспада "новорожденных" измеряются десятками секунд.