В мире металлов - Сергей Венецкий

Кобальтовый гразер

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 60Co, помещенный в криостат, где поддерживается температура, близкая к абсолютному нулю. Подвергнутый действию радиоизлучения и сильного магнитного поля, изотоп 60 Со 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.

Последние из "могикан"

После того как в 1911 го- ду 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).

"Фотогеничный" металл

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.

Полку лютеция прибыло

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.

Загадка индия

 Исследуя с помощью электронного микроскопа мельчайшие частицы индия, канадские физики обнаружили, что, когда размер частиц этого металла становится меньше некоторой величины, температура плавления его резко понижается. Так, если размер частиц не превышает 30 ангстрем, то они плавятся при температуре чуть выше 40°С, в то время как обычно это происходит при 156°С. Такой колоссальный скачок представляет для ученых несомненный интерес. Но природа этого эффекта даже для видавшей виды современной физики пока остается загадкой: ведь теория процессов плавления разрабатывалась применительно к большим массам вещества, а в опытах канадских физиков расплавлялись "гомеопатические" дозы индия — всего несколько тысяч атомов.

К чему приводит возбуждение

Несколько лет назад физики Билефельдского университета (ФРГ) выполнили интересный эксперимент, который длился всего десятую долю секунды, хотя подготовка к нему заняла два года.

На специально созданной установке ученые подвергли атомы цезия бомбардировке сфокусированным импульсом мощного лазера. В ответ на столь "грубое вмешательство" орбиты электронов растянулись и атом пришел в состояние высшего возбуждения. Он "располнел" в десятки тысяч раз и на мгновение стал величиной с бактерию.

Атомы "кузнечики"

Прогресс современной науки о металлах немыслим без проникновения в самые недра материи. Несколько лет назад А.Креве, профессору физики Чикагского университета имени Энрико Ферми, удалось сфотографировать отдельные атомы урана и тория. Продолжая исследования, ученый довел технику своих экспериментов до необычайно высокого уровня и сумел с помощью электронного микроскопа снять фильм о движении этих атомов. Любопытно, что "герои" фильма перемещаются не непрерывно и равномерно, а прыгают, словно кузнечики, с одного места на другое.

Сейчас Креве, "изменив" урану и торию, намеревается сфотографировать атомы некоторых легких элементов (с атомной массой до 20). Такие снимки представят огромный интерес для изучения роста кристаллов, протекания химических реакций и других процессов.

В одиночку и парами

Новый цветной фильм, созданный в США, не дал огромных кассовых сборов, однако для определенного круга людей он представил несомненный интерес. Речь идет о фильме, снятом физиками Чикагского университета. Главные действующие лица этого "боевика" - атомы урана, платины, серебра, золота и других металлов.

Уникальные съемки стали возможными благодаря изобретению, позволившему соединить электронный микроскоп с кинокамерой. Движение атомов сначала было зафиксировано на черно-белой пленке, а затем и на цветной. Оказалось, что одни атомы снуют взад-вперед, другие описывают широкие круги, а третьи предпочитают "гулять" парами.

Пока не удалось научно объяснить, чем вызвано такое различие в характере движения тех или иных атомов.

Металловедческий комбайн

Чтобы выполнить всесторон нее исследование свойств нового сплава, металловедам приходится провести десятки испытаний на различных приборах, снять сотни показаний, обработать и проанализировать их, проделать порой сложные расчеты. Кроме того, для подобного исследования надо иметь немалое количество "подопытного" сплава, а ведь он может быть дорогим или дефицитным. Короче говоря, требуется много времени, много приборов, много испытуемых образцов.

А нельзя ли усовершенствовать и упростить эту сложную и кропотливую работу? Такую задачу поставили перед собой ученые лаборатории редких металлов Института металлургии имени А.А.Байко-ва Академии наук СССР. Поставили — и решили. Им удалось сконструировать универсальную машину для комплексного исследования металлов и сплавов — своеобразный металловедческий комбайн, в котором значительный объем работ переложен на "плечи" ЭВМ.

Используя образцы небольшого размера, комбайн выдает огромную информацию о металле или сплаве: величину теплового расширения, температуру плавления, данные об электропроводности, об изменении структуры в широком диапазоне температур. Поскольку в деле "замешана" электроника, на самый сложный вопрос можно получить точный и быстрый ответ.

Склеивает ... металл

Английские ученые разработали оригинальный способ соединения мелких деталей при помощи... металлического "клея". Для этого детали, которые нужно "склеить", вставляют в специальную оправу, а ее, в свою очередь, — в устройство, напоминающее машину для литья под давлением. После этого в оправу, одновременно в несколько мест, впрыскивают мельчайшие дозы расплавленного металла — "клея", в роли которого выступает сплав на основе свинца или цинка. Проходят считанные секунды — и детали оказываются прочно соединенными друг с другом.

Новый способ позволяет надежно "склеивать" изделия и детали не только из металлов, но и из керамики, найлона, картона (пропитанного антипиренами) и других материалов.

СМЕЛЫЕ ИДЕИ

Мечта номер один