По следам Колумба

Мы, несомненно, находимся в начале новой эры тончайшей техники, в которой человек начнет манипулировать тем, что сейчас условно называется элементарными частицами.

Некоторые физики высказывали предположение, что ведущая роль в науке сейчас переходит к биологии. Допустим, так. Но прогресс самой биологии немыслим без наличия сверхчувствительных физических приборов.

Без них биология будет топтаться на месте.

Говорят, Тамерлан, желая оценить число захваченных им в сражении пленных, приказал всем им отрубить головы, а затем эти головы пересчитать. Примерно так же ведут себя часто и биологи. Они буквально жгут, режут, кромсают живую клетку, рвут ее на части, куски, и все это для того, чтобы понять, как это она функционирует.

До зарезу необходимы новые, деликатные методы диагностики процессов в биологических объектах; и физики уже создают их. Так, нейтроны, например, могут многое рассказать о живой материи. В отличие от электронного микроскопа, который показывает строение мертвых, препарированных клеток, нейтронный пучок позволяет заглянуть в живой организм без опасений разрушить его ткани или нарушить его нормальную работу.

С помощью нейтронов уже изучаются иммуноглобулины — внутриклеточные структуры, которые выводят из организма вредные вещества. Задача этих исследований — разобраться в механизме иммунной защиты.

А теперь поговорим о диагностике технической. Тут физики пустили в оборот даже… антивещество!

Речь пойдет о позитроне, этом антиблизнеце электрона. Из-за аннигиляции с электроном позитрон живет недолго — 10^-10 секунды. Но жизнь его можно существенно продлить, если позитрону удастся стать позитронием, искусственным атомом, схожим с водородом (в нем протон заменен позитроном).

Время жизни позитрония — 10^-7 секунды, значит, можно отличить развал позитрония от простой аннигиляции позитрона. А тут уже недалеко и до особой позитронной диагностики самых различных материалов — можно устанавливать в них присутствие дефектов, полостей, разрывов (попадая в них, позитроний, словно мячик, начинает отскакивать от стенок, и это удается зарегистрировать).

Разработали позитронную диагностику молодые сотрудники Московского инженерно-физического института (МИФИ). Они создали установку «Пика», фиксирующую время жизни позитронов. И были удостоены за это премии Ленинского комсомола.

Элементарные частицы осваивают самые разные профессии, и только нейтрино долго отлынивал от работы: его «нелюдимость», «некоммуникабельность» всем известны! Но теперь и это положение меняется.

Реактор атомной электростанции — мощный источник нейтрино. Это излучение несет информацию о многом.

Во-первых, о том, с какой мощностью работает реактор, во-вторых, но излучению нейтрино можно судить, с какой интенсивностью «выгорает» уран и накапливается в реакторе плутоний.

В таком «нейтринном свете» с помощью приборов, находящихся далеко за толстыми бетонными стенками реактора, можно судить о происходящих в реакторе процессах. Такая специальная нейтринная лаборатория создана недавно на Ровенской АЭС на Украине.

На глубине 13 метров под атомным реактором собран первый нейтринный детектор: бак из прозрачного пластика, наполненный 25 литрами жидкого сцинтиллятора — вещества, светящегося под действием попадающих в него нейтрино…

Этот дебют нейтрино в технике обнадеживает. А в будущем ученые надеются, что нейтрино будут использованы для связи. Тут очень пригодится их способность к всепрониканию. Необходимо лишь создать компактные и очень чувствительные нейтринные передатчики и приемники. А передачи можно будет вести без всяких там кабелей, волноводов, а непосредственно сквозь земной шар!

Дерзкое стремление физиков прорваться в Неразгаданное очень напоминает экспедиции X. Колумба. Клянча дублоны и пиастры у испанского короля, банкиров и андалузских купцов, X. Колумб совершенно не подозревал, что готовит ему судьба. Опираясь на неверные расчеты ученых-географов, он искал кратчайший путь в Индию. Искал Индию — нашел Америку!.. И физики, пытаясь разгадать законы микромира на кварк-лептонном уровне, также могут совершенно неожиданно открыть новую эпоху в Технике и Технологии.

Инженеры торопят физиков, и те охотно идут им навстречу. Еще совсем недавно ускорители были привилегией физиков-экспериментаторов, а теперь ряд промышленных ускорителей (естественно, малогабаритных) справил новоселье на многих крупных машиностроительных предприятиях. К примеру, на Ижорском заводе в Ленинграде линейный ускоритель электронов выступает в роли дефектоскопа, контролирующего качество оборудования для будущих атомных электростанций. Новой, «ядерной» техникой интересуются также судостроители, гидроэнергетики и другие специалисты.

История появления у нас в стране промышленных ускорителей такова. Дело начал академик Г. Будкер (1918–1977). В 1958 году он организовал в Сибирском отделении АН СССР Институт ядерной физики (ИЯФ).

И тут же стал упорно искать немедленных приложений, использования всею того, что знал и умел молодой институт, к сегодняшним насущным проблемам народного хозяйства. Так и возникли установки по виду довольно скромные (электронные ускорители с мощностью от нескольких киловатт до мегаватта и энергией электронов от сотен киловольт до нескольким МэВ), не поражающие воображение ни своими размерами, ни энергией частиц.

Что дают эти устройства?

Различные виды излучений. И спрос на эту необычную продукцию во всех промышленно развитых странах очень велик и растет — на 15 процентов в год! А общая мощность излучения, потребляемого сегодня в мире в технологических целях, уже превышает десятки МВт.

Так подтверждается тезис К. Маркса о том, что «всякое открытие становится основой нового изобретения или нового усовершенствования методов производства».

Стоит сразу же подчеркнуть, что физики (головным в этих вопросах является ИЯФ, его директор академик А. Скринский, ученик и сподвижник Г. Будкера, большой энтузиаст промышленных ускорителей) не разрабатывают те или иные конкретные технологические процессы. Они дают мощные и удобные источники излучений. А как их использовать конкретно — забота прикладников, у которых с физиками давно сложились плодотворные связи. Из Москвы, Минска, Одессы и многих других городов Союза едут в Новосибирск люди, чтобы получить консультацию или наладить полезный контакт.

Профессии промышленных ускорителей разнообразны.

Одно из главных достоинств радиационной технологии в том, что она позволяет придавать традиционным материалам качественно новые свойства. Так, в потоке разогнанных электронов резина претерпевает удивительные метаморфозы: становится гораздо прочней. Ускорители помогают улучшать свойства древесины, всевозможных пластмасс, оболочек электрических кабелей, проводов (в электротехнической промышленности на базе сибирских разработок уже создано 14 технологических линий, а экономический эффект от радиационной обработки кабельных изделий превысил 100 миллионов рублей).

Ускорители позволили разработать новую технологию производства цемента. Поток ускоренных электронов как бы подстегивает физико-химические реакции во всем объеме облучаемого материала. И на образование цементного клинкера теперь уходит всего 10 секунд. Процесс идет в сотни раз быстрее! А главное — отпадает нужда в громадных вращающихся печах, должны исчезнуть и вредные выбросы в атмосферу.

Промышленные ускорители можно с успехом использовать для сварки, резки и плавки. С их помощью можно обеззараживать сточные воды крупных животноводческих комплексов. Обрабатывать клубни картофеля, чтобы замедлить прорастание при его длительном хранении. Радиация может уничтожать амбарных вредителей, зарящихся на запасы пищевого зерна.

Долго пришлось бы перечислять все те области, где радиация уже работает или намеревается поработать.

А на подходе уже новое поколение промышленных ускорителей, поколение, предлагающее еще более эффективное средство — синхротронное излучение электронных накопителей. Тут будет генерироваться на много порядков более мощное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Вот как характеризует его А. Скринский:

«С помощью синхротронного излучения биологам впервые удалось увидеть, как изменяется структура живой мышцы в процессе сокращения. Химикам оно помогает исследовать механизм каталитических реакций. Физики уже убедились, что смогут теперь детально изучить причины структурных искажений в металле, процессы горения и динамику превращений в полимерах. В электронной промышленности это излучение позволяет перейти к производству интегральных микросхем с субмикронными размерами рабочих элементов. Отсюда — возможность разместить на том же участке кристалла в сотни раз больше элементов, соответственно выиграв в производительности и эффективности электронных устройств…»

X. Колумб искал Индию с ее несметными сокровищами: бриллиантами, алмазами, золотом. Позднее потомки X. Колумба — конкистадоры — искали в Америке Эльдорадо — страну сказочного богатства и чудес. Сооружая все новые ускорители, познавая новые тайны микромира, физики надеются найти свое эльдорадо — энергетическое.