Три качества

Мы говорили о различных видах энергии, об ее способности превращаться из одного вида в другой. Закон сохранения требует, чтобы при этом общее количество энергии не изменялось. Количество — одна из важных характеристик энергии. Но у энергии есть еще и качество. Эта ее характеристика, пожалуй, даже поважнее.

Как же отличать энергию по качеству? Что служит здесь мерилом?

Прежде всего степень концентрации энергии в какой-то обусловленной единице объема.

Нетрудно гвоздь заколотить хорошим молотком. Но попытайтесь сделать то же самое подушкой весом в молоток и вы потерпите фиаско. У вас не получится ничего, хотя в обоих случаях вы применяли одинаковое количество кинетической энергии.

Попробуйте сварить на двух конфорках газовой плиты одновременно два яйца. Но одно яйцо вы положите в маленькую металлическую кружку, а другое — в обычную кастрюлю. Налейте, разумеется, заранее воды и в кружку и в кастрюлю. Что получится? Вода в маленькой посуде закипит быстро, и яйцо сварится минут через десять. В кастрюле же оно сварится гораздо позднее. В обоих случаях затрачено одно и тоже количество энергии, а результат различен.

Объемная плотность энергии, ее концентрация — важнейшая качественная характеристика энергии или, точнее, того предмета, который можно рассматривать для данного процесса как ее источник.

Из всех известных людям и используемых на практике источников энергии наибольшей ее объемной плотностью обладает атом. В атоме — этом карлике-невидимке — скрыты титанические запасы энергии. Одна из истин, открытых наукой наших дней, заключается в том, что чем мельче объект исследования и чем, казалось бы, он дальше от живой практики, тем больше он сулит ей. Чем меньше лилипутик, тем больший великан скрывается под этой маской.

В конце концов лилипутик-атом приобрел такую ценность, что его стали продавать и покупать. Вполне естественно, что именно у нас — в стране, создавшей первую атомную электростанцию и первый атомный ледокол, в стране, надевшей на атом спецовку доброго труженика, — впервые атом появился на прилавке.

Существует один магазин, не похожий на все остальные. Товар в кем необычный — атомы. Известен адрес магазина: Москва, Ленинский проспект, 70.

Клиноподобные буквы вывески «Изотопы» видны издалека.

А у больших окон-витрин постоянно толпится публика: привлекают необычные приборы и сооружения, выставленные там, и прекрасная сверкающая модель атома, воспроизводящая его условный облик. Но мы не задержимся у витрин, а сразу пройдем в помещение — в просторный демонстрационный зал магазина.

Давно ли неисчерпаемые ресурсы атомного ядра стали доступны людям! А сегодня атомная энергия служит человеку в самых различных областях.

— Ядерные излучения, — скажет вам старший инженер (продавцы там — физики и инженеры), — то есть излучения, испускаемые радиоактивными изотопами и возникающие в ядерных реакторах, работают двояко. С одной стороны, как мощные средства воздействия на вещества и процессы, с другой — как тонкие инструменты исследования в бесчисленных областях науки и техники. Важнейшие мирные применения атомной энергии, радиоактивных изотопов — это медицина, сельское хозяйство, промышленность, научные исследования. Физика и химия, металлургия и автоматика, биология с ее многообразием областей применения, начиная с физиологии высшей нервной деятельности и кончая агрономией, стали широкой областью применения радиоактивных изотопов.

— Вы продаете изотопы представителям всех этих областей?

— Да, мы поставляем по заявкам учреждений и организаций источники ядерных излучений всех видов: альфа, бета, гамма и нейтронных. Мы продаем соединения изотопов, не только излучающих, радиоактивных, но и не излучающих, стабильных. Но, кроме того, мы принимаем заказы на облучение образцов материалов и деталей нейтронами и продаем средства защитной техники для безопасной работы с радиоактивными веществами. Вот взгляните-ка сюда.

Мы подходим к отделению защитной техники. Посредине зала стоят внушительные вытяжные шкафы, предназначенные для защиты обслуживающего персонала лабораторий от альфа- и бета-облучения и не допускающие загрязнения воздуха рабочего помещения радиоактивными газами, аэрозолями и токсическими (ядовитыми) веществами.

В конце зала мы невольно задержимся перед защитным пневмокостюмом. Он удивительно напоминает те, в которых летчики-космонавты завоевывают космическое пространство.

— И у вас много зарубежных покупателей? — интересуемся мы.

— Да, очень много. Все народно-демократические страны и значительное число капиталистических.

— Что же особенно интересует ваших зарубежных покупателей?

— В сущности, то же самое, что и советских. Особенно часто зарубежные заказчики интересуются приборами и оборудованием, приспособленными для геологоразведывательных работ.

Мы остановимся перед небольшими ящичками, надписи к которым поясняют, что это поисковые радиометры типа «Кристалл» и «Разведчик-1»… Ценное приобретение для геологов!

В самом центре зала наше внимание привлечет большая светящаяся доска. Это расширенная таблица Менделеева: на ней изображены символы и характеристики радиоактивных и стабильных изотопов. В настоящее время, вместе с искусственно полученными, известно 104 элемента. Но каждый элемент имеет разновидности — изотопы. Сколько же изотопов и вообще источников радиоактивного излучения может продемонстрировать и предложить своим покупателям московская контора «Изотопы»?

На этот вопрос нам отвечают так:

— Стабильных, нерадиоактивных изотопов примерно 350–400 наименований, радиоактивных же вместе с источниками ядерных излучений — 400–500. Сегодня это, пожалуй, превышает практическую потребность в разновидностях «мирного атома». Производственники, врачи, работники сельского хозяйства, ученые не используют еще всех возможностей изотопов. Поэтому мы придаем большое значение всем способом наглядной демонстрации способностей радиоактивных материалов. У нас здесь есть кинозал, в котором мы демонстрируем научно-популярные кинофильмы, рассказывающие, как работают изотопы в разных областях.

— Кто же больше всего посещает магазин? — обращаемся мы к девушке, работающей здесь в качестве инженера-физика и экскурсовода.

— Пожалуй, врачи. Медицинские учреждения покупают у нас много изотопов. Покупают также дозиметры — приборы для проверки уровня радиации в помещениях. А многие приходят просто познакомиться с применением изотопов в медицине. С помощью радиоактивных изотопов диагностируют болезни, лечат злокачественные опухоли, заболевания щитовидной железы, экземы.

— Вероятно, много интересного здесь находят для себя и труженики полей?

— Конечно. С помощью радиоактивных препаратов сейчас производят очень сильные ядохимикаты для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Или, скажем, хранение овощей. Сколько картофеля гибнет весной от прорастания! Но попробуйте облучить его при помощи простейшей установки, испускающей гамма-лучи, и он не будет прорастать год и даже больше. Такая установка доступна многим нашим колхозам и совхозам с емкими овощехранилищами. Это куда выгоднее опыливания картофеля дорогостоящими и дефицитными химическими препаратами. К тому же надо учесть, что радиоактивно обработанный картофель не прорастает даже при хранении в обычных, то есть специально не охлаждаемых хранилищах.

Удивительный магазин мирного атома на Ленинском проспекте в Москве кажется витриной будущего. Впрочем, если судить по интенсивной деятельности магазина, оно уже в какой-то мере становится настоящим.

Но вернемся к качественным особенностям энергии. Чем еще, кроме концентрации, один вид энергии может отличаться от другого?

Вторая качественная особенность энергии — это ее способность превращаться в другие виды. Все виды превращаются, но не все одинаково легко и быстро. Понятно, что из разных видов энергии ценнее признается та, которая с наименьшими потерями может быть превращена во что-нибудь нужное другое.

Третья качественная особенность — это способность энергии дешево и легко передаваться на большие расстояния.

Если в смысле концентрации атомная (ядерная) энергия стоит на первом месте, то по второму и третьему качественным признакам нет энергии лучше электрической.

Электрическая энергия легко и с незначительными потерями превращается в другие виды. По проводам она передается тоже с очень высоким к. п. д. на очень большие расстояния. Ни одна другая энергия таким счастливым даром не обладает. Поэтому, хотя киловатт-час солнечной энергии, уловленный зеркальной установкой, физически равноценен киловатт-часу электрической, выработанной на тепловой электростанции, единица электрической энергии ценнее той же единицы, если за ней стоят солнечная и любая другая энергии.

Откуда бы люди ни извлекали нужную им энергию — из каменного ли угля или из морских приливов, из ядер ли атомов или из отходов сельского хозяйства, — они во всех случаях стараются прежде всего прикинуть: а много ли при этом можно получить электрической энергии?

Обычно такая прикидка делается с помощью относительной величины, показывающей, какая доля содержащейся в источнике и характерной для него энергии может быть превращена в электрические киловатт-часы. Эту величину можно назвать электрическим к. п. д. источника.

Максимальный электрический к. п. д. каменного угля — 38 %. Интересно, что самым высоким к. п. д. такого рода обладает падающая вода — 94–95 %. Это значит, что гидроэлектростанции — особенно выгодные экономически установки, что почти вся энергия текущей воды может быть превращена в электрическую.