Изотопическая пушка | ТМ 1935-01

О. ПЕТРОВСКИЙ

Эта статья представляет собой попытку взглянуть на проблему овладения энергией атомного ядра глазами наших потомков.
Редакция и впредь с удовольствием предоставит возможность нашим ученым и техникам высказывать на страницах нашего журнала свои взгляды на разрешение актуальных научных и технических проблем.
Мы считаем возможным и интересным печатать мнения ученых и техников, не согласных с предложенным разрешением данной проблемы и выдвигающих свои решения.

В нынешнем 14 году после Октябрьской революции исполняется 100 лет знаменитому опыту Кокрофта и Уолтона. Как известно, эти ученики великого английского ученого Резерфорда работали в то время в Кембридже, в физической лаборатории. Им первым удалось раздробить искусственно ядро атома лития. Теперь же мы настолько ушли вперед в познании свойств материи, что методы того времени, а особенно запутанные теоретические взгляды, едва ли будут понятны современным читателям.

Самые невероятные анекдоты рассказываются о том времени. Говорят, например, —  разделение теоретиков и экспериментаторов было столь значительным, что многие теоретики не умели сами произвести простейший опыт или даже просто не могли зажечь газовую горелку. Считалось не только возможным, но и вполне нормальным, если теоретик разрабатывал результаты экспериментов, которых он не только не видел, но часто и не знал достаточно подробно. С другой стороны и экспериментаторы часто вовсе не понимали тех выводов и теорий, которые строились, исходя из их опытов. Ко многим научным работникам того времени можно было применить слова известного ученого XVIII столетия Михайла Ломоносова: «Горе тому химику, который умножает свои опыты, не будучи в силах охватить их своим разумом».

В результате этого получались всякие нелепости. Например, Кокрофт и Уолтон, а за ними исследователи многих других лабораторий в различных странах, применяли такой странный метод экспериментирования. Они с целью раздробления атомного ядра подвергали атомы бомбардировке быстро движущимися частицами (ионами водорода). Разгонялись эти частицы до больших скоростей при помощи электрических сил. Коэффициент полезного действия при этом был невероятно мал. Действительно, атом имеет диаметр порядка 10⁻⁸ см, т. е. 1 / 100000000 см.
А его ядро имеет диаметр около 10⁻¹³ см, т. е. в сто тысяч раз меньше. Поэтому поперечное сечение ядра составляет величину в десять миллиардов раз меньшую сечения атома (так как площадь поперечного сечения пропорциональна квадрату диаметра).

Так как быстро летящие частицы не было возможности направить так или иначе на ядро и эти частицы двигались сравнительно широким потоком, то получалось, что только одна частица из десяти миллиардов попадала в цель. Пусть товарищи, занимающиеся стрелковым спортом, посудят о том, насколько метка такая бомбардировка! Ясно, что подобная методика раздробления атомного ядра давала до смешного ничтожные результаты, несмотря на то, что употреблялись сложные, громоздкие и весьма капризные приборы, заполнявшие громадные физические институты. Говоря словами известного ученого того времени, Иоффе, «атомное ядро было не столько источником, сколько могилой энергии»...

О теоретиках того времени также передают различные анекдоты. Так, например: 100 лет тому назад думали, что радиоактивный распад происходит якобы самопроизвольно и от внешних воздействий вовсе не зависит. Между тем уже в то время были известны простейшие доказательства, что это мнение неверно. Было, например, известно, что лава, выходящая при извержениях вулканов из недр земли, в первое время не радиоактивна. Но через некоторое время под действием космических лучей она приобретает радиоактивные свойства. Было также известно, что радиоактивные вещества распространены в земной коре только до такой глубины, на которую в заметных количествах проникают космические лучи. Были, наконец, вое данные, чтобы на основании теплового баланса земли подсчитать, что внутри земного шара вообще нет радиоактивности. Следовательно, вопреки общему мнению, радиоактивный распад происходит не самопроизвольно, а под внешним воздействием космических лучей.

Известны и другие странные вещи. Многие ученые, например, думали, что происходящее рассеяние энергии приводит якобы к чему-то неясному, что они называли мрачно «тепловой смертью мира». Другие, желая поправить дело, но не учитывая качественного развития и преобразования материи, утверждали, будто все в мире повторяется через известные (правда, очень большие) промежутки времени. Таким образом мир представлялся им чем-то вроде кино, где все время показывают им одну и ту же картину.

Не будем, однако, подробно останавливаться на всем этом. В настоящее время наука о материи вылилась в такие простые, четкие формы, которые не только вполне понятны каждому образованному человеку, но могут доставить ему величайшее эстетическое наслаждение. Современные представления о материи дали, как известно, величайший толчок всем искусствам. Архитектура, учитывая тончайшие свойства материалов ею употребляемых и игру сил в этих материалах происходящую, превратилась в своеобразную музыку, где каждая дверная ручка так же увязана в общем ансамбле, как та или иная нота в симфонии.

Скульптура и живопись превратили научные схемы и графики в такие произведения, которые по силе своего эстетического воздействия превосходят памятники лучших мастеров прошлого...

В подобных условиях едва ли интересно говорить еще о разных мрачных анекдотах из прошлого науки. Лучше ознакомимся подробнее с последней блестящей конструкцией «внутриатомного» двигателя, нашедшей как раз теперь применение на стратопланах.

Впервые идея такого двигателя, как известно, зародилась 48 лет тому назад. Наступило роковое 62-е лето, считая от Октябрьской революции в России. Солнечная система вошла в тот год в облако космической пыли. Плотность материи в этом облаке была ничтожна. В одном километре заключалось не более 0,1 грамма вещества. Тем не менее интенсивность солнечного излучения понизилась, и температура земного шара стала падать. Уже в мае месяце температура на северном полушарии была на восемь градусов ниже обычной средней. Дальнейшее понижение температуры грозило чрезвычайными последствиями. Солнечные двигатели, которых в то время было уже очень много, стали останавливаться, посевы вымерзли.

«Изотопическая пушка» представляла собой два обычных орудия, соединенных дульными отверстиями.

И вот коллектив технических работников на одном из заводов, обслуживающих орудийную промышленность Союза Советских Республик выдвинул блестящую идею. Было предложено превратить в приспособление для извлечения внутриатомной анергии несколько переделанные артиллерийские орудия. Получилось то, что теперь называется «изотопической пушкой». Устраивалась она следующим образом. Соединялись дульными отверстиями два обычных орудия для сверхдальней стрельбы. В одном из них помещались обычный заряд и снаряд из сплошной стали. Остальное пространство внутри соединенных стволов заполнялось сильно разреженным водородом с незначительной примесью изотопов некоторых химических элементов. (Изотопами, как известно, называются разновидности одного и того же элемента). При этом подбирались именно такие изотопы, ядра которых, соединяясь с ядрами водорода, могли бы давать сильно радиоактивные вещества. После этого производился выстрел. Снаряд, двигаясь из одного орудия в другое сжимал находившийся там водород. Между тем было уже давно известно, что газы при сжатии нагреваются. В рассматриваемом случае нагревание получалось весьма большое. Температура доходила до миллиардов градусов. В результате такого нагревания молекулы газа начинали чрезвычайно быстро двигаться и ударяться друг о друга. Все электронные оболочки атомов срывались прочь, и получалась просто смесь ядер и электронов. При таких условиях в ничтожно малое время все атомные ядра введенного в пушку изотопа соединялись с ядрами водорода, и начинался мощный радиоактивный распад. В него вовлекались и окружающие вещества. Через несколько секунд после выстрела орудие расплавлялось, и поток раскаленных газов разбрасывался в стороны.

Такие изотопические пушки стали помещать внутри старых заброшенных шахт или в специально сделанных скважинах на большой глубине под поверхностью земли. Оказалось, что таким путем возможно создавать очаги радиоактивного распада, которые бы существовали от нескольких часов до нескольких лет. Некоторые из них действуют еще до сих пор. Эти очаги согревали поверхность земли. Кроме того выходящие из недр раскаленные газы можно было использовать для промышленных целей и отопления. Таким путем оказалось возможным отеплить наиболее населенные части земного шара.

«Изотопические пушки» помещались внутри старых заброшенных шахт или в специально сделанных скважинах на большой глубине под поверхностью земли.

Однако уже к зиме 62—63 года космическое облако, препятствовавшее проникновению солнечных лучей на землю, стало редеть. Правда, оно было увлечено силой солнечно го тяготения и стало двигаться вместе с солнечной системой, образовав расплывчатое кольцо между Меркурием и Венерой. Но давление солнечных лучей на мельчайшие частицы этого облака постепенно увеличивало диаметр кольца, и к лету 63-го года после Октябрьской революции интенсивность солнечного излучения восстановилась почти полностью.

В последующие годы oсновной интерес был направлен не на усовершенствование изотопической пушки, а на тушение радиоактивных очагов, созданных осенью и зимой 62-го года, так как они начали создавать местами невероятную жару и засуху.

С тex пор прошло уже много лет. Много трудов было положено на изучение и использование изотопической пушки в более спокойных условиях. Пришлось преодолеть значительные трудности. Многие из них уже остались позади.

Не прошло еще года, как поднялся первый поезд стратопланов с внутриатомным двигателем. Этот поезд состоял из двух аппаратов. Передний шел, как обычно, без людей. На нем были установлены внутриатомные моторы. Он тащил на буксире второй аппарат при помощи тросов около 1000 метров длиной. Второй аппарат был устроен наподобие планера, без моторов. С него совершалось издали все управление.

Поезд стратопланов с внутриатомным двигателем состоял из двух аппаратов. На первом были установлены внутриатомные моторы. На втором находились люди и механизмы управления.

Разделение такого стратосферного поезда на две разные машины приходится делать главным образом из-за того, что мощный радиоактивный распад, идущий в двигателе, сопровождается не менее мощным излучением.

Защищаться от этого излучения, очень опасного для организма человека, нет пока никакой возможности, кроме удаления на большое расстояние.

Самый внутриатомный двигатель состоит из системы изотопических пушек, на концах которых расположены цилиндры подобно тем, что применялись в свое время в моторах внутреннего сгорания. Основной трудностью при разработке двигателя была необходимость точно согласовать время радиоактивных процессов, вызываемых пушкой с числом оборотов двигателя. Но, как показал последний блестящий перелет поезда стратопланов, задача эта была решена вполне удовлетворительно.

Внутриатомный двигатель стратоплана.

Однако еще нужно весьма много и много работать, чтобы внутриатомный двигатель вышел экономически достаточно выгодным, ибо его металл под влиянием высоких температур, давлений и различных излучений изнашивается необычайно быстро. Тем не менее есть надежда, что такой двигатель сможет заменить громоздкие и не везде применимые солнечные машины. Тогда мы снова будем иметь возможность легко и просто получать энергию, как и 10 лет тому назад, когда еще не иссякли запасы нефти, угля и других видов топлива, хищнически сжигавшихся прежними самолетами, автомашинами и различными стационарными установками. Теперь, как известно, скудные остатки этих полезных ископаемых, с беспечностью растраченных нашими прадедами, употребляются исключительно в сложных химических производствах.