Мобильная версия энциклопедии:

Глава 10 ЯДЕРНЫЕ И РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Все знают, что атомная энергия применяется для производства электричества (см. главы 5 и 8). Использование ядерных реакторов в исследовательских целях тоже знакомо многим (см. главу 6). Теперь настало время осветить малоизвестные факты, которые, однако, свидетельствуют об огромной роли атомной энергии и радиации в нашей жизни.

Наука, медицина, промышленность – практически во всех сферах человеческой деятельности мощь атома нашла-таки свое применение. На самом деле, подобных примеров множество, и в этой главе удастся привести лишь ряд самых ярких и необычных их них.

Начать стоит с небольшого напоминания. Во второй главе уже заходила речь о двух важных свойствах радиации: проникающей и ионизирующей способности. Первая позволяет ей забираться вглубь даже самых прочных материалов, причем гамма-излучение является рекордсменом в этом отношении: оно способно проникать в различные предметы гораздо глубже альфа- и бета-излучения. По пути сквозь вещество радиация отдает окружающим атомам и молекулам свою энергию. Некоторые из них не могут переварить такой щедрый «подарок» и ионизируются, то есть теряют электроны, превращаясь в чрезвычайно активные частицы (радикалы, ионы). Из-за высокой активности они вовлекаются в разнообразные химические реакции. Надо сказать, что эти процессы редко приносят пользу и чаще всего имеют деструктивный характер.

Но как это использовать, если радиация портит вещи? Что ж, можно попробовать облучать разные объекты, и посмотреть, что из этого выйдет.

Облучение воды

Взять, к примеру, воду. Только не чистую питьевую, а загрязненную вредными веществами, микроорганизмами и продуктами их деятельности. Россиянам и жителям Европы с такой приходится встречаться редко, а вот для стран Африки это обычное дело. Более того, уже сегодня 1,4 миллиарда человек не имеют доступа к чистой воде в достаточном количестве. В результате – болезни, снижение продолжительности и качества жизни. Считается, что за год в мире из-за загрязнения и дефицита воды умирает несколько миллионов человек. Вода нужна людям в достаточном количестве, и именно чистая.  Как же быть, как убрать из загрязненной воды токсичные вещества и микробы? Один из вариантов – обработка ионизирующим излучением. Химические реакции, протекающие в облучаемой воде, приводят к разложению вредных органических веществ, в том числе продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, и убивают их самих. Снижается цветность, улучшаются вкусовые показатели, и самое главное – происходит обеззараживание воды. При этом радиационная обработка дешевле озонирования, а в отличие от хлорирования не оставляет в воде токсичных веществ.

Аналогично можно обойтись со стоками промышленных, сельскохозяйственных, животноводческих и коммунальных предприятий. Что только не сбрасывается в водоемы! Сточные воды требуют разрушения токсичной органики, удаления яиц глистов и дезинфекции. Решить эту задачу позволяет облучение, причем оно демонстрирует еще большую эффективность, когда используется в комплексе с обычными методами очистки сточных вод.

К слову, радиационная обработка газовых выбросов, в частности дымовых газов тепловых электростанций, тоже может найти свое применение.

Учитывая, что вредные сбросы и выбросы зачастую не проходят серьезной очистки, применение облучения позволит достаточно дешево решить часть проблем и улучшить состояние окружающей среды.

Как только что было сказано, с помощью радиации из загрязненной пресной воды можно получить чистый продукт для питья. А вот использовать такую влагу для полива полей нецелесообразно: слишком дорого. Между тем, в той же Африке земледелие невозможно без орошения, и при этом запасы пресной воды минимальны. Где же ее взять, из моря? Но, как известно, соленая влага губительна для растений. Значит, морскую воду нужно предварительно опреснить. Это можно сделать на атомной электростанции, испарив соленую воду и затем сконденсировав ее. Кстати, постоянно пить такую воду вредно: при длительном употреблении она вымывает из организма соли и вызывает ряд заболеваний. Однако поливать ей зерновые культуры, овощи и фрукты вполне можно.

Облучение продуктов

Следующая проблема, которая ожидает человечество в XXI веке, – это дефицит продовольствия. Голод и недоедание также приводят к развитию болезней и ранней смерти. При этом значительная часть продуктов портится, не доходя до потребителя. От трети до двух третей урожая в небогатых странах сгнивает при хранении и транспортировке. Да и качество пищевых продуктов, особенно рыбы и мяса, попадающих на наш стол, часто вызывает сомнение. Они могут содержать вредные микроорганизмы, а при сегодняшних объемах выпуска и потребления следить за этим становится все сложнее. Как же решить проблему? И снова на помощь приходит радиация.

Нобелевский лауреат, открывший несколько новых радиоактивных элементов, Глен Сиборг как-то сказал: «Мы не уделяем надлежащего внимания способности радиации удлинять срок хранения пищевых продуктов и уменьшать потери, вызванные вредителями и прорастанием». И это правда: нужно активнее внедрять радиационные технологии стерилизации продуктов, особенно в странах с жарким климатом. Но одновременно следует учитывать возможные опасения людей по поводу облученной пищи. В принципе, этот барьер является чисто психологическим, и он не слишком-то обоснован. На самом деле, при радиационной обработке питательные свойства продуктов ухудшаются не более, чем при обычной, тепловой стерилизации. Что же касается появления токсичных веществ, то и здесь нет оснований для беспокойства. Радиоактивные изотопы в пище не образуются, поскольку энергии излучения недостаточно для превращения атомов, составляющих пищевой продукт, из стабильных в радиоактивные. Этой энергии хватает лишь для генерации химически активных частиц (радикалов, ионов), которые убивают болезнетворные организмы и стерилизуют продукт. Обработанные продукты безвредны, и это убедительно доказано в ходе экспериментов на животных и людях-добровольцах. Если же сочетать радиационную и термическую стерилизацию, то можно одновременно снизить дозу радиации и время тепловой обработки. Экономия налицо. Радиационная обработка продуктов применяется довольно давно во многих странах мира; например, индийские специи таят в себе множество микроорганизмов, которые способны привести к тяжелым заболеваниям,  – поэтому их облучают.

Облучение в медицине

Стерилизовать радиацией можно медицинские инструменты и принадлежности (системы переливания крови, шприцы, иглы и др.), лекарственные препараты и имплантаты. Это особенно важная задача, ведь вероятность занесения инфекции при медицинских процедурах резко возрастает по сравнению с обычной жизнью. Никому не хочется, чтобы в его организме «копались» грязными инструментами и вживляли имплантаты, содержащие микробы. Облучение позволяет сделать их абсолютно чистыми без каких-либо побочных эффектов для здоровья. Это широко распространенный метод стерилизации, который применяют даже для консервации биологических трансплантатов при создании «банков тканей», необходимых в случае массового поражения людей при стихийных бедствиях, катастрофах, военных конфликтах, терактах.

С медицинской точки зрения облучение практически незаменимо при лечении многих заболеваний, особенно онкологических. Оказывается, что губительному действию радиации наиболее подвержены клетки, находящиеся в процессе деления. Поскольку раковые клетки делятся намного чаще обычных, то, направляя излучение на опухоль, ее «выжигают», практически не повреждая здоровые ткани. Опухоли глубокого залегания, расположенные внутри тела, лечат с помощью гамма- и рентгеновского излучения, которые отличаются большой проникающей способностью. Пучки разогнанных до высоких скоростей электронов годятся для уничтожения очагов болезни, находящихся на поверхности тела. Ускоренные протоны, обладающие интересной особенностью терять наибольшую часть энергии уже в конце своего пути, подходят для терапии небольших опухолей в головном мозге.

Обычно для лучевой терапии используют специальные сложные устройства – источники излучения: рентгеновские и гамма-аппараты, ускорители заряженных частиц. Но иногда на очаг болезни воздействуют, накладывая на больное место или даже хирургически вводя в опухоль специальные капсулы с радиоактивными веществами. Ионизирующее излучение, испускаемое такими капсулами, производит лечебный эффект. Этот подход получил в медицине название «брахитерапия» или «кюри-терапия» –  в память о первооткрывателях радия, ставшего первым орудием ядерной медицины.

Лучевая терапия намного легче переносится пациентами по сравнению с химиотерапией и вызывает гораздо меньше негативных последствий. Сейчас эта область медицины активно развивается и совершенствуется.

Облучение семян и вредителей

Что еще можно облучить с пользой для себя? Посевные материалы с целью  уничтожения вредных насекомых и бактерий, а также для предотвращения преждевременного прорастания. В результате облучения значительно снижаются потери семян при хранении.

Еще одно интересное применение радиации – получение мутантных сортов растений, устойчивых к невзгодам окружающей среды. Так были выведены более урожайные сорта риса и хлопка, многих других культур. Пугаться слова «мутантный» не стоит – эти растения не ходят за людьми в темноте и не едят их, – скорее, наоборот. Кстати, от употребления в пищу подобной сельскохозяйственной продукции пока никто не умер.

Создавая более урожайные и устойчивые к внешним воздействиям сорта, человечество решает проблему снабжения себя продовольствием. Главное, чтобы цветущие поля на корню не сгубили разнообразные вредители. Вопрос борьбы с насекомыми стоит остро еще и потому, что они являются разносчиками болезней, – можно вспомнить хотя бы того же малярийного комара. Но как снизить популяцию насекомых до безопасного уровня? Ответ до смешного прост. Необходимо при помощи радиации стерилизовать самцов, чтобы они не могли производить потомство, и выпускать их на свободу. Самцы остаются вполне активными, но… «недееспособными». Так уничтожили мясную муху в США и средиземноморскую плодовую муху в США, Мексике, Чили и Японии. Сейчас наступление ведется на малярийных комаров.

Облучение материалов

Огромные возможности открыла радиационная обработка материалов. Перечислить все возможные примеры будет затруднительно, да это и не нужно. Важно, что воздействие радиации позволяет улучшить свойства целого ряда изделий из полимеров, древесины, текстиля, кожи…

Например, облучение готовых электрокабелей гамма-квантами или электронными пучками увеличивает их прочность и стойкость к нагреву. Эти показатели важны для обеспечения непрерывной безопасной подачи электроэнергии: известно, что большинство пожаров и отключений электричества происходит именно из-за повреждения электропроводки.

Другой пример – вулканизация резины. Обычно для этого используют серу, но существует еще и радиационная вулканизация, позволяющая производить, к примеру, более износостойкие и долговечные шины. В Японии этой экологически чистой технологией пользуются практически все крупные производители.

Облучение сверхчистого кремния в ядерном реакторе значительно упрощает производство полупроводниковых материалов. При подобной технологии практически отсутствуют побочные загрязнения. Такие высококачественные полупроводники открывают новые перспективы в создании «силовых» элементов и сверхсложных систем микроэлектроники.

Быстро и надежно

Стоит на минутку прерваться, чтобы еще раз успокоить сомневающихся. Радиационная обработка, конечно же, не рассматривается как панацея от любых проблем. Тем не менее, нельзя не признать, что облучение позволяет решить множество задач более дешевым, простым, легко автоматизируемым и контролируемым способом по сравнению с обычными технологиями. Безусловно, в каждом конкретном случае необходимо проводить предварительные исследования, но совершенно недальновидно отказываться от тех уникальных возможностей, которые предоставляет радиация. Тем же, кто опасается последствий использования облученных материалов – воды, продуктов, промышленных и медицинских изделий, можно еще раз напомнить: в процессе облучения радиоактивные вещества в них образоваться просто не могут – недостаточно энергии. Сами облучательные установки герметичны, то есть радиоактивные атомы в них надежно запечатаны, и загрязнить обрабатываемый материал не способны. Безопасность облученных материалов и изделий для человека доказана на практике. 

Герметичный источник гамма-излучения

 

Взгляд внутрь

Очевидно, что ионизирующая способность радиации нашла широкое применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Но не менее важным оказалось ее умение проникать вглубь материалов. Гамма-излучение, да и схожие с ним по природе рентгеновские лучи могут пробираться внутрь любых предметов. Конечно, они поглощаются в материале, из которого изготовлено изделие, но не полностью. Часть гамма- или рентгеновских лучей, войдя в объект с одной стороны, выйдет с противоположной. И здесь открываются удивительные возможности. Оказывается, материя устроена так, что различные вещества задерживают излучение по-разному: к примеру, мягкие ткани организма поглощают его слабее, а кости – сильнее; та же история с воздухом и металлом, с массой других веществ. Значит, можно увидеть внутреннее устройство предмета, если следить за прошедшим сквозь него излучением.

Этот эффект используется в медицине. В частности, широкое распространение получила рентгенография, которая позволяет обнаруживать переломы, онкологические и другие заболевания без операции. При рентгенографическом исследовании излучение, прошедшее сквозь тело человека, фиксируется на специальной чувствительной пленке или бумаге. Радиация обладает способностью вызывать химические процессы в фоточувствительном слое, попросту «засвечивая» его, заставляя темнеть. Степень потемнения зависит от силы излучения. К примеру, на проявленном изображении кости будут более светлыми, чем окружающие мягкие ткани. Логично, ведь кости хорошо задерживают радиацию и, значит, лучше защищают чувствительный слой от радиационной «засветки». Благодаря этому на рентгенограмме легко обнаружить переломы. Или другой пример – со съемкой грудной клетки: легкие, заполненные воздухом, практически не останавливают поток радиации и на фотопластинке получаются темными. А если в них есть опухоль, более плотная, чем легочная ткань, врач заметит светлое пятно. Все эти важные для здоровья пациента сведения опытный специалист разглядит на изображении, полученном с помощью рентгенографа.

Но чаще всего обычному человеку приходится сталкиваться с флюорографами. В этих аппаратах делается снимок экрана, светящегося под действием прошедшего через тело излучения. Сейчас флюорография применяется главным образом для исследования органов грудной клетки – выявления туберкулеза и новообразований в легких. Важность этой весьма информативной диагностической процедуры сложно переоценить. Тем более современные аппараты не только дают высококачественные цифровые изображения, но и по дозе облучения сравнимы… с восьмичасовым перелетом на самолете. Таким образом, не стоит пропускать плановую «флюорографию» из-за опасений по поводу переоблучения.

Настоящим прорывом в рентгенологии стала разработка метода рентгеновской компьютерной томографии. Появилась возможность получать послойные изображения (срезы) тела с последующим построением трехмерной «картинки». На практике в томографии используется множество вращающихся вокруг тела пациента детекторов, показания которых автоматически записываются в компьютер. В результате обработки получается изображение, показывающее детальное строение внутренних органов. Чувствительность томографа позволяет «увидеть» внутри организма объекты размером с булавочную головку.

Современные рентгеновские томографы – это фантастические устройства, воплощенные в реальность. Они выглядят как произведения искусства в стиле «хайтек», а их возможности превосходят все ожидания. За сорок лет быстродействие аппаратов выросло в несколько сотен раз, открыв возможность наблюдать физиологические процессы в сердце или головном мозге почти в режиме «он-лайн». Благодаря внедрению новых детекторов значительно увеличилось разрешение получаемых изображений. И если раньше всех удивляла сама возможность построения трехмерного изображения «внутренностей», то сейчас активно обсуждается использование голограмм в целях визуализации. А что, врачу будет очень удобно: можно осмотреть интересующий орган со всех сторон и даже попросить компьютер построить необходимые разрезы. Так идеи из научно-фантастических фильмов постепенно перекочевывают в медицинские учреждения. 

Компьютерные томографы нужны не только медикам. Археологи, исследователи Древнего мира тоже оценили их возможности. Взять те же египетские мумии. Эти безмолвные свидетели жизни Древнего Египта могут многое рассказать ученым; но как заставить их поделиться информацией? Внутри мумии часто находятся погребальные предметы, другие важные артефакты, которые очень хотелось бы изучить поподробнее. Можно, конечно, распеленать мумию, но получается как-то не слишком уважительно. Да и портится музейный образец необратимо, его уже не восстановишь. А вот современные томографы с легкостью позволяют разглядеть все подробности, не срывая покровов. Таких исследований проведено множество. У одной мумии удалось разглядеть амулеты и прочитать некоторые надписи на них. Определили также возможную причину смерти, потому что исследователи заметили холестериновые отложения в артериях. У другой мумии обнаружились очень плохие зубы и серьезные ошибки бальзамировщика. (Интересно, ему заплатили?) И все эти факты смогли добыть, не повреждая многотысячелетние тела, почти не трогая их.

Еще один пример. В 1754 году при раскопках Геркуланума, – города, погибшего вместе с Помпеями, – были обнаружены папирусные свитки. Точнее – обгоревшие (!) папирусные свитки с текстами, написанными чернилами на основе сажи! Возраст – около двух тысяч лет. Пытаться развернуть их – затея пропащая: развалятся на части. Как бы ознакомиться с написанным? Не так давно ученые решили применить компьютерную томографию, получили «виртуальный» свиток и развернули его на экране монитора компьютера.

Гамма-дефектоскоп (источник излучения)

Другим примером давнего использования радиации является метод рентгеновской и гамма-дефектоскопии, применяемый для контроля качества металлических изделий. Глубоко проникающие лучи позволяют выявить в объектах скрытые дефекты – пустоты, трещины. Например, если с одной стороны металлического образца поместить источник гамма- или рентгеновского излучения, а с другой – детектор, реагирующий на излучение, то по его ослаблению можно судить о наличии «пузырей» в материале. Дело в том, что в пустотах радиация поглощается значительно слабее, чем в самом металле. Как только источник окажется над таким участком, детектор зафиксирует повышение интенсивности излучения. Конечно, если в изделии есть серьезные изъяны, оно признается некачественным и не может быть использовано в промышленности и строительстве.

В роли детектора можно применять чувствительную фотопленку. Получаемое на ней изображение покажет наличие пресловутых дефектов: на фоне основного материала они будут видны как более светлые или более темные пятна.

Принцип рентгеновской дефектоскопии с регистрацией изображения на фотопленку

В науке широкое применение нашли рентгеновские методы исследования состава и структуры веществ. Направляя рентгеновские лучи на тот или иной образец, можно определить, из чего он состоит. Главное, что такой способ является неразрушающим, то есть не портящим исследуемый предмет. Например, нужно определить, из какого металла сделано украшение: не подсунул ли продавец вместо золота значительно более дешевую медь. Для обычного химического исследования драгоценное изделие придется растворить, что совершенно неприемлемо. Но можно обследовать его с помощью рентгеновского излучения, и уже через пару минут получить четкий ответ. При этом украшение останется нетронутым, – его можно будет смело продолжать носить. Надо думать, что Архимед, живи он сегодня, подделку короны царя Гиерона выявил бы именно таким способом.

Вышеописанный метод оказывает неоценимую помощь искусствоведам. В своей работе они сталкиваются с двумя важными проблемами: определение возраста произведений и разоблачение подделок. Например, в случае картин химический состав красок и белил может многое сказать о времени их написания. До начала девятнадцатого века белила были в основном свинцовые, затем – цинковые, а в двадцатом веке – титановые. Эти элементы можно легко определить с помощью рентгеновского анализа. Современные микроанализаторы позволяют исследовать состав красок даже в конкретной точке картины. Благодаря этому создаются картограммы распределения различных элементов по площади холста, на которых видны и внутренние слои краски, скрытые от глаза. К примеру, так удалось в подробностях рассмотреть портрет женщины, находящийся под красочным слоем «Лоскута травы» кисти ван Гога. Оказывается, он часто писал картины на старых использованных холстах.

Аналогичным образом ученые прочли замазанный нотный текст одной из арий знаменитой оперы «Медея» Луиджи Керубини. Специалисты знали, что в конце восемнадцатого века чернила содержали много железа, а нотный стан печатали типографской краской с высокой концентрацией цинка. Сканируя строку за строкой при помощи микроанализатора, настроенного на обнаружение железа и цинка, исследователям удалось «увидеть» замазанные ноты. Вот уж точно «рентгеновское» зрение!

Атомы сигнализируют

До этого момента речь шла о внешнем облучении различных предметов – с целью их обеззараживания, изменения свойств или получения необходимой информации. Теперь пришла пора поговорить о радиоактивных веществ, находящихся внутри тех или иных объектов. Оказывается, изучая их поведение, можно многое узнать!

Как уже отмечалось, радиоактивность – это естественное явление. Человека всегда окружали, и будут окружать природные радиоактивные вещества. Они делятся на три класса: космогенные, реликтовые и члены радиоактивных семейств.

Космогенные радиоактивные изотопы постоянно образуются в атмосфере и на поверхности Земли под действием космической радиации, обладающей высокой энергией. В качестве примера можно назвать углерод-14 и водород-3 (более известный как тритий).

Некоторые радиоактивные изотопы – уран-238, уран-235, торий-232, калий-40 и другие – входили в состав газопылевого облака, из которого сформировалось Солнце и планеты, как наследие от звезд предыдущих поколений. Казалось бы, они должны были давно исчезнуть. Но эти изотопы обладают таким большим периодом полураспада, что за время существования Земли просто не успели полностью распасться. Такие радиоактивные изотопы принято называть реликтовыми. Они находятся в очень малых количествах во всех объектах, окружающих нас, да и в теле человека тоже.

Уран-235, уран-238 и торий-232 являются родоначальниками больших радиоактивных семейств, то есть, испытывая распад, они превращаются в другие радиоизотопы, те – в следующие, и так далее. Из членов радиоактивных семейств следует особо выделить радон-222, с которым человеку часто приходится встречаться.

Исследование распределения природных радиоактивных веществ в окружающей среде позволило изучить некоторые естественные процессы, к которым раньше было сложно подступиться.

Например, эрозия почвы – глобальная проблема для сельскохозяйственной деятельности. Вспашка многократно снижает устойчивость грунтов к ветровому или паводковому разрушению. Слежение за этими процессами затруднено из-за отсутствия недорогих методов, но если наблюдать за поведением природных радиоизотопов, то можно получить надежные данные об эрозии почвы.

Сейсмическую активность, вероятно, тоже получится спрогнозировать с помощью радиоактивных веществ. По некоторым данным непосредственно перед землетрясением из почвы начинает более активно выделяться природный радиоактивный газ – радон. Возможно, контроль скорости его поступления из грунта позволит создать систему предсказания землетрясений.

Кстати, радон отвечает за половину годовой дозы, получаемой средним россиянином. Это совершенно безопасно хотя бы потому, что многие жители нашей планеты проживают в местностях, где радон из почвы выделяется гораздо более активно, чем в нашей стране, и не испытывают ни малейшего негативного воздействия. Более того, лечебные свойства радоновых ванн хорошо известны: заживление ран, улучшение работы нервной системы и так далее.

Важную роль в археологии сыграло открытие метода радиоизотопной датировки. Метод радиоуглеродного анализа, позволяющий определять возраст археологических находок, – один из ярких примеров подобного подхода. Он основан на том, что содержащийся в атмосфере углерод состоит из трех изотопов: стабильных углерода-12 и углерода-13, и радиоактивного углерода-14. Углерод-14 постоянно образуется в атмосфере под действием космического излучения и в то же время подвергается радиоактивному распаду. В результате доля ядер углерода-14 в общем числе ядер этого элемента остается постоянной. Растения потребляют углерод из атмосферы в процессе фотосинтеза, животные поедают растения и друг друга. Поэтому, пока они живы, доля углерода-14 в живых организмах и в атмосфере одинакова. Но когда организм гибнет, обмен углеродом с атмосферой прекращается. Углерод-14 постепенно распадается и его содержание со временем уменьшается, поскольку ему больше неоткуда взяться. Зная долю углерода-14 в атмосфере, которая постоянна, и измерив его долю в исследуемом природном материале, можно установить дату гибели организма.

Научные основы радиоуглеродного анализа (на рисунке углерод-14 обозначен как 14С, азот-14 – 14N, нейтрон – n, протон – p, бета-частица – β-)

Этот метод позволяет выявлять подделки предметов искусства. К примеру, если при покупке очень дорогой картины восемнадцатого века коллекционера одолевают сомнения в ее подлинности, он может попытаться установить возраст произведения по содержанию углерода-14. В лаборатории кусочек холста отрезают, сжигают и определяют долю интересующего изотопа, после чего рассчитывают, когда был изготовлен холст (точнее, когда погибло растение, из волокон которого была сплетена ткань холста). Если в двадцатом веке, то картина, несомненно, является подделкой. Аналогично можно поступить с изделиями из дерева.

Метод радиоуглеродного анализа был разработан в 1946 году и успешно применяется с тех пор. Кроме того, существуют способы датировки по соотношению природного радиоактивного элемента – урана и продукта его распада – стабильного свинца, а также по парам калий-аргон и рубидий-стронций; подобные способы применяются для определения возраста горных пород. Впрочем, возможности радиоизотопной датировки на этом не заканчиваются. В нашем веке ее стали использовать даже для определения возраста звезд по их спектрам.

В 1950 году в Дании, близ деревушки Толлунд, во время разработки торфа на глубине двух с половиной метров был найден хорошо сохранившийся труп мужчины. Предположили, что он стал жертвой недавнего преступления, следов которого не осталось. Дело, что называется, «пахло глухарем». А вот когда трупом занялись ученые, оказалось, что он умер примерно в четвертом веке до нашей эры. Возраст был определен радиоуглеродным анализом.

Все вышеописанные методы основаны на исследовании поведения природных радиоактивных веществ. Но применение искусственных радиоизотопов предоставляет еще больше возможностей.

Отличительной особенностью радиоактивных веществ является возможность их обнаружения в исчезающе малых – безопасных (!) – количествах. Чувствительность созданных человеком приборов позволила реализовать ряд технологий, о которых до получения искусственных радиоактивных изотопов только мечтали.

Научные работники одними из первых оценили появившиеся возможности. В частности, специально полученные радиоактивные вещества были применены в качестве индикаторов для наблюдения за химическими реакциями. Такой прием получил название «метода меченых атомов». В молекулу вводили радиоактивный изотоп, и следили за ее перемещениями и трансформациями с помощью детекторов радиации. Это позволило получить ответы на многие вопросы, которые было трудно решить при использовании иных подходов. Стало возможным легко наблюдать за перестройкой атомов в молекулах, за превращениями веществ, за ходом химических реакций. Да и живые клетки «раскрылись» по-новому: биохимические реакции, протекающие в них, также удалось изучить более подробно.

А если взять органическую молекулу, например глюкозу, «пометить» ее и ввести в организм? Получится радиофармпрепарат – вещество для диагностики заболеваний. В настоящее время имеется большой выбор радиофармпрепаратов, способствующих выявлению тех или иных болезней. Они успешно используются для наблюдения за состоянием органов и тканей, движением биологических жидкостей. После введения радиофармпрепараты участвуют в обмене веществ и распределяются по организму. Если в одном из органов идет накопление радиофармпрепарата или, наоборот, наблюдается его недостаток, это может свидетельствовать о нарушениях в работе органа. Определить, накапливается или нет радиоактивное вещество, можно с помощью детектора радиации.

Для диагностики, конечно, используются только те радиоактивные вещества, которые наносят минимальный вред организму. Они должны быстро распадаться, то есть обладать очень малым периодом полураспада, и быстро выводиться из организма, не задерживаясь в нем. Можно применять этот вид диагностики или нет, решают, исходя из возможной пользы для пациента: если потенциальный вред от введения радиоактивных веществ в организм выше, чем планируемая польза диагностической процедуры, врач ее никогда не назначит. С другой стороны, только этим методом можно определять онкологические заболевания в самом начале развития, получая возможность останавливать их на ранней стадии, когда шансы на излечение наиболее велики.

Радиодиагностика (упрощение). На 3D-изображении видно, что радиофармпрепарат аномально накапливается в опухоли, расположенной в правом легком.

А еще радиоактивные вещества используются в радиоизотопных источниках света, авиационных сигнализаторах обледенения, позволяют следить за протеканием различных производственных процессов и контролировать качество продукции. К слову, это далеко не все сферы их применения – ядерные и радиационные технологии можно встретить повсюду! Например, в космосе.

Тяга к дальним путешествиям

В ХХ веке человечеству стало скучно на Земле: его все больше и больше тянуло к другим планетам и звездам.

Как шутил известный британский астроном Фред Хойл, до космоса час езды на автомобиле, правда, по вертикали. Современные ракеты летят «до неба» всего девять минут. Однако с теми же скоростями даже до Марса придется добираться около года; что уж говорить об экспедициях к планетам-гигантам, которые превратятся в добровольное многолетнее заключение. Вполне логично поставить перед собой два вопроса. Первый: как ускорить наши космические корабли, чтобы астронавтика по Станиславу Лему «не попахивала тюрьмой»? И второй: как получать энергию, необходимую для обеспечения жизнедеятельности корабля и планетных баз?

Ответ на эти и многие другие вопросы дают исследования в области атомной энергии. Более того, атом в космосе уже побывал и показал себя с самой лучшей стороны. Чтобы понять, какие преимущества открывает перед покорителями космоса применение сил, сокрытых в атоме, нужно сначала обратиться к истории ядерно-космических разработок, а после этого познакомиться с проектами ядерных ракетных двигателей.

Пятидесятые годы прошлого века стали знаковыми в истории использования атомной энергии. В 1954 году дала ток Первая в мире атомная электростанция (СССР) и была спущена на воду первая атомная подводная лодка (США), а чуть позже вошел в строй первый ледокол с атомной силовой установкой (СССР, 1959). Соперничество между ведущими ядерными державами распространилось и на космическую сферу: уже во второй половине пятидесятых годов Советский Союз и Соединенные Штаты приступили к выполнению программ по созданию реакторов для космических кораблей. Конечно, главной задачей была разработка ядерных ракетных двигателей и энергетических установок, но предстояло сначала решить задачу подбора материалов для экстремальных условий эксплуатации, отработать механизмы управления, выяснить, как реактор поведет себя в космосе.

Впрочем, запускать ядерный реактор в космос только ради интереса – довольно дорогое и непрактичное занятие. Необходимо было найти для него реальную задачу, которая позволила бы проводить эксперименты с двойной пользой. Пусть бы реактор обеспечивал, к примеру, электроснабжение оборудования, установленного на космическом аппарате.

Как этого можно было добиться? Сначала за основу взяли стандартную схему, применяемую на атомных электростанциях (турбогенератор), но одновременно искали что-то более компактное и легкое. На помощь пришла физика, которая к тому времени освоила еще несколько способов получения электроэнергии. Один из них основан на эффекте Зеебека: если электрическая цепь состоит из нескольких различающихся по материалу проводников, которые спаяны друг с другом, и контакты между ними находятся при различной температуре, то в цепи возникает электродвижущая сила (термо-эдс); при замыкании такой цепи по ней потечет ток. Проще говоря, если взять две проволоки из разных сплавов и спаять их концы, а затем один из контактов нагреть, оставив второй холодным, то по цепи пойдет слабый электрический ток. Кстати, это явление применяется для измерения температуры различных объектов. Нужно просто приложить один из контактов к нагретому телу и следить за амперметром, измеряющим ток: чем выше температура, тем сильнее отклонится стрелка. Название такого датчика у всех на слуху – термопара.

Очевидно, получить необходимую для оборудования электроэнергию можно, воспользовавшись эффектом Зеебека. Устройство, используемое с этой целью, вполне логично называют термоэлектрогенератором. Если сплавы в нем заменить полупроводниками, то эффективность выработки тока только возрастет. Но как нагреть один из контактов, если температура в космическом пространстве близка к абсолютному нулю? Как вариант, с помощью действующего ядерного реактора!

Эффект Зеебека для металлов

Термоэлектрогенератор на эффекте Зеебека для полупроводников

 Сам реактор загружается ядерным топливом – ураном, обогащенным по делящемуся изотопу урану-235, а выделяющееся в ходе ядерной реакции тепло отводится от топлива жидкометаллическим теплоносителем (например, смесью натрия и калия), циркулирующим через активную зону. Тепло передается с помощью теплоносителя термоэлектрогенератору для нагрева одного из контактов, а избыток тепла уходит в окружающее пространство, – проще говоря, в космос.

Первые реакторы на орбите были именно такими. Пионером стал американский SNAP-10A, проработавший в космосе 43 дня (с 3 апреля до 16 мая 1965 года).

Первый в мире термоэлектрический реактор-преобразователь «Ромашка» был запущен в СССР, в Курчатовском институте (1964). Он совмещал в себе три основных элемента установки: реактор, преобразователь энергии и холодильник-излучатель. «Ромашка» была успешно испытана на земле в условиях, близких к комическим, и проработала почти два года, – но в космос, к сожалению, так и не полетела.

Более успешной оказалась серия из трех десятков советских ядерных энергетических установок «Бук», первая из которых была запущена на орбиту в составе спутника радиолокационной разведки УС-А 3 октября 1970 года. Назначение этих спутников было чисто военным. Они входили в состав системы космической разведки и занимались наблюдением за надводными целями на всей акватории мирового океана, а также передачей их координат на носители ядерного оружия (атомные подводные лодки) или командные пункты.

Улучшенные образцы ядерных энергетических установок «Топаз-1» («Тополь») обладали прекрасными для своего времени характеристиками. Если ресурс «Бука» составлял 1-3 месяца, то один из двух запущенных «Топазов-1» проработал на орбите год! Правда, для получения электроэнергии в них был использован несколько иной способ, чем на реакторах-предшественниках – термоэмиссионное преобразование. Оно основано на эффекте Ричардсона, или, как его чаще называют, явлении термоэлектронной эмиссии, согласно которому нагретые тела испускают электроны. Иными словами, при повышении температуры некоторые электроны приобретают скорость, достаточную для того, чтобы покинуть свои атомы, а затем и состоящее из них тело. Но движение электронов – и есть электрический ток. Если взять два электрода и разделить их промежутком из вакуума, а снаружи замкнуть электрическую цепь, то получится термоэмиссионный генератор. При нагреве одного из электродов из него начнут вылетать электроны, которые устремятся к более холодному электроду. По цепи пойдет ток. Суть же в том, что для нагрева электрода можно использовать тепло, выделяющееся в ядерном реакторе. Так были устроены два спутника с энергетическими установками «Топаз-1». 

Макет ядерной энергетической установки «Топаз»

Конкурирующий с ним более поздний «Топаз-2» («Енисей») был сугубо мирным проектом, предназначавшимся для телевизионных спутников-ретрансляторов «Экран-АМ». В 1992 году США по контракту с Россией исследовали у себя две установки «Топаз-2». Был также запланирован совместный проект создания космической установки на основе реактора «Топаз-2» и с использованием электрореактивных двигателей малой тяги,  но из-за бюджетных ограничений проект закрыли. Российские разработки более мощного «Топаза-3» также застопорились. В нашей стране причиной свертывания «ядерно-космической» программы послужили проблемы с финансированием, а также настороженное отношение к атомным технологиям после Чернобыльской аварии и ряда аварий космических аппаратов с ядерными энергоустановками. Пока сошлись на том, что околоземные спутники вполне успешно работают от солнечных батарей, которые обходятся дешевле и более безопасны.

Тем не менее, за тридцать лет активной работы был создан научный и технический задел для дальнейшего развития, обеспечено «спящее лидерство», которое позволит нашей стране в кратчайшие сроки реализовать масштабные проекты, – если такая необходимость появится. По всей видимости, вектор роста будет направлен в сторону создания ракетных двигателей и энергетических установок для межпланетных космических аппаратов, о которых речь пойдет чуть позже.

А в этом разделе осталось вспомнить… о тепле радиоактивного распада. Необходимо упомянуть, что радиоактивные вещества нагревают себя сами, частично преобразуя энергию собственного излучения в тепло. Такой источник тепла обладает изумительным постоянством и не зависит от внешних условий: идеально для космических аппаратов, отправляющихся далеко от Земли, туда, где Солнца не видно или его свет слишком слаб для эффективной работы солнечных батарей. Неудивительно, что тепло радиоактивного распада нашло свое применение в космической технике. Советские «Луноходы» обогревались им, поскольку далеко не все измерительные приборы, установленные там, могли работать при температурах, господствующих на Луне ночью (до -170 оС).

«Луноход-1». Изотопный источник тепловой энергии расположен сзади и имеет форму черного цилиндра.

Тепло радиоактивного распада тоже можно преобразовывать в электрический ток с помощью рассмотренного выше эффекта Зеебека. Так появились знаменитые РИТЭГи (радиоизотопные термоэлектрические генераторы) – долговечные источники электроэнергии, способные работать в условиях космического холода и высоких радиационных полей планет-гигантов. Эти выдающиеся свойства РИТЭГов определили их применение в качестве источников энергии для космических исследований. Например, американские космические аппараты «Пионер-10, -11», «Вояджер-1, -2», «Галилео», «Улисс», «Кассини» и «Нью Хорайзонс», недавно пролетевший мимо Плутона, а также спускаемые зонды первого и второго «Викингов» были снабжены радиоизотопным «сердцем», содержавшим в большинстве случаев радиоактивный плутоний-238. Эти уникальные устройства выполнили важнейшие задачи по исследованию Солнечной системы. К слову, некоторые из них работают до сих пор. Например, на сегодняшний день «Вояджер-1», запущенный в 1977, достиг пределов Солнечной системы и продолжает надежно функционировать. Он является первым космическим аппаратом в истории человечества, передавшим сигналы из межзвездного пространства! Более того, ученые полагают, что радиоизотопные термоэлектрические генераторы будут поддерживать оба «Вояджера» в рабочем состоянии до 2025 года. Возможно, их увидят иные цивилизации: на борту обоих аппаратов закреплены одинаковые золотые пластины, на которых указаны координаты Солнечной системы, записан ряд земных звуков и изображений. 

РИТЭГ аппарата «Нью Хорайзонс», который летом 2015 года передал первые подробные снимки поверхности Плутона, содержит плутоний российского происхождения! Он был получен на Производственном объединении «Маяк» (г. Озерск Челябинской области), входящем в состав Росатома.

«Вояджер». На рисунке РИТЭГ расположен внизу, между антенн.

Космический аппарат «Нью Хорайзонс», летом 2015 года передавший первые подробные снимки поверхности Плутона. На переднем плане хорошо виден РИТЭГ.

Источники энергии – будь то на основе ядерного реактора или просто нескольких килограммов радиоактивного вещества – незаменимы при исследовании дальнего космоса. Там где фотоэлементы перестанут выдавать ток, они продолжат надежно работать. В будущем радиоизотопные источники тепла и электроэнергии могут быть использованы в межзвездных зондах, лазерах космического применения, планетных станциях постоянного базирования.

Все это, конечно, очень здорово, но планеты Солнечной системы пока недостижимы, поскольку наши космические корабли недостаточно быстры. Для дальних экспедиций нужен новый тип двигателя, который позволит развивать требуемую скорость. Специалисты сходятся во мнении: покорить Солнечную систему поможет атомная энергия.

Атомный привод

Как уже было отмечено, разработки ракетных двигателей с использованием энергии атома велись, начиная со второй половины пятидесятых годов прошлого века. В Соединенных Штатах действовала программа по созданию ядерных реакторов типа NERVA, предназначенных для космических двигателей. Реакторы – но не двигатели в целом (!) – даже прошли испытания на полигоне в штате Невада. Правда, в 1972 году программу закрыли из-за дороговизны. Советский Союз продвинулся  дальше. Наряду с созданием тепловыделяющих элементов, работающих при температуре 2800 градусов Цельсия (у американцев – 2300 градусов Цельсия),  был  построен и испытан опытный образец ядерного ракетного двигателя РД-0410. С этой целью под Семипалатинском создали уникальный стендовый комплекс для полноразмерных испытаний «Байкал-1» с продувкой реактора водородом. В дальнейшем работы были приостановлены из-за смены государственных приоритетов. 

Один из вариантов устройства ядерного ракетного двигателя.

Ядерный ракетный двигатель РД-0410 (СССР).

Интерес к разработкам ядерных ракетных двигателей в настоящее время разгорается с новой силой.

Причина  довольно проста: достигнут «потолок возможностей» обычных двигательных систем. Теперь сколько не старайся, их тягу удастся увеличить разве что на доли процента. А нужно – в разы!

Как этого добиться?

В ракетных двигателях реактивную тягу формируют вырывающиеся из сопла газы – продукты сгорания топлива. Чем выше скорость истечения газов из сопла, тем лучшие скоростные характеристики достигаются. Средняя скорость молекулы в газе определяется ее массой и кинетической энергией, которая напрямую связана с температурой. Поэтому возникают две задачи: увеличить температуру газа, но так чтобы двигатель не разрушился, и максимально снизить массу молекулы газа. Сегодня самый эффективный двигатель – водородно-кислородный – выбрасывает пары воды, молекулярная масса которой равна восемнадцати. А масса молекулы водорода – два, то есть в девять раз меньше. Значит, выгоднее, чтобы из сопла просто вылетал горячий водород? Можно сравнить скорости молекул водорода и воды при одной и той же температуре, другими словами, при одной и той же кинетической энергии. Если вспомнить, что кинетическая энергия любого тела равна половине массы, умноженной на квадрат скорости, становится ясно, что в одинаковых условиях водород будет утекать из сопла в три раза быстрее воды. Значит, для увеличения скоростных характеристик двигатель должен выбрасывать горячий водород. Причем нагреть его можно в ядерном реакторе!

В предыдущих двух предложениях был сформулирован принцип работы одного из вариантов ядерного ракетного двигателя. В нем водород из специальной камеры подается в ядерный реактор, где разогревается и выбрасывается через сопло, толкая космический корабль. Все, вроде бы, просто, но возникает целый ряд проблем: водород нужно разогреть до температур порядка трех тысяч градусов Цельсия, при которых урановые тепловыделяющие элементы растрескиваются, и мельчайшие частицы урана уносятся с потоком газа. Поэтому двигатель не может работать долго. Кроме того, его «выхлоп» содержит радиоактивные продукты деления, то есть ощутимо «фонит». Понятно, что на Земле и в атмосфере такие запуски недопустимы. Ну что ж, этот проект можно положить «под сукно» до тех пор, когда большие межпланетные корабли будут собираться и стартовать с удаленной орбиты Земли. В этом случае выбрасываемые двигателем радиоактивные вещества не нанесут вреда атмосфере.

Встречаются и вполне фантастические проекты. В разное время американские и советские инженеры разрабатывали газофазный, а также импульсный ядерный ракетный двигателы. Газофазный двигатель требует весьма сложных технологических решений. В нем уран находится в газообразном состоянии при температуре около девяти тысяч градусов Цельсия и заключен в магнитном поле (примерно как топливо в термоядерном реакторе). Не смешивающийся с ураном водород разогревается до очень высоких температур, что позволяет еще больше увеличить скорость по сравнению с проектом двигателя, описанным ранее.

Другой вариант – корабль с импульсным двигателем, более известный как «ядерный взрыволет». В нижней части корабля расположен толкатель – мощный металлический диск с теплозащитным покрытием. Под толкателем периодически взрываются ядерные заряды, которые и придают кораблю импульс. Эта технология достаточно интересна и позволяет достичь огромных скоростей. Например, в американском проекте «Орион» был заложен максимальный показатель, равный одной тридцатой скорости света. «Орион» долетел бы до ближайшей к нам звезды в созвездии Центавра за сто тридцать лет. Межзвездный зонд «Дедал» должен был передвигаться в три раза быстрее.

Какова судьба этих проектов? И в Советском Союзе, и в Соединенных Штатах они были закрыты, хотя возможность управляемого полета такого корабля была показана при помощи обычной химической взрывчатки. Но, как и всегда, возникли проблемы с материалами: из чего изготовить толкатель, чтобы он не испарился? Да и производить ядерные взрывы в атмосфере нельзя. Сегодня импульсные двигатели пока не рассматриваются даже в качестве возможного направления развития двигательной техники. Их время, как и время полета к звездам, пока не пришло.

Термоядерный взрыволет «Дедал» - вполне реальный способ долететь до звезд.

Схема ядерного взрыволета Сахарова.

Конечно, следует вернуться к более реальным проектам, – к тому, что может и должно быть построено в ближайшие десятилетия. Один из вариантов безопасного для окружающей среды двигателя отчасти напоминает «наземные» технологии. Бортовая ядерно-энергетическая установка производит электроэнергию с помощью турбогенераторов, вращаемых гелий-ксеноновой смесью, которая нагревается в реакторе. (Если такая опция не подойдет, всегда остаются термоэмиссионные преобразователи энергии, испытанные на наших спутниках «Топаз-1»). Электрический ток необходим для создания электромагнитного поля в ионных двигателях, выбрасывающих из сопла ионизированный газ. Подобная система получила название электроракетного (или электрореактивного) двигателя. Маломощные ионные двигатели с электропитанием от солнечных батарей уже нашли свое применение в космической технике (аппарат «Дип Спейс 1», лунный зонд «Смарт 1» и другие), то есть данная технология вполне реальна. Ее минусом является невозможность старта с поверхности планеты из-за недостаточной тяги. Зато длительный ресурс работы ионных двигателей позволяет решать задачи, недоступные ни одному из существующих конкурентов. Однако солнечные батареи для питания мощного ионного двигателя получились бы просто огромными, в несколько футбольных полей. Симбиоз с ядерным реактором, который пока не реализован на практике, позволит значительно увеличить мощность подобной установки при приемлемой массе и размерах космического аппарата.

Принципиальная схема ионного двигателя.

Российские аэрокосмическая и атомная отрасли уже приступили к разработке проекта космической платформы такого типа (см. главу 11). Американцы также инициировали ряд программ по созданию автоматических космических станций с бортовыми ядерными реакторами и ионными двигателями (JIMO, «Прометей»), но они были закрыты из-за технических сложностей или нехватки средств. Тем не менее, специалисты из Соединенных Штатов утверждают, что в ближайшее время страна вернется к исследованиям и разработкам в области ядерных энергодвигательных установок для покорения космоса.

Несостоявшийся проект по изучению ледяных лун Юпитера JIMO (США): реактор расположен на носу космического аппарата (впереди); «крылья» – это радиаторы для сброса в космос избыточного, не преобразованного в электричество тепла; двигатели – ионные

Основами нашего будущего успеха в ядерно-космической сфере можно считать уникальный опыт, внимание государства и лидерские амбиции. Сейчас, благодаря успешным разработкам предыдущих десятилетий, Россия остается общепризнанным лидером в использовании энергии атома для космических полетов.   На государственном уровне запущен проект «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса», в рамках которого Росатом и Роскосмос планируют, если все пойдет успешно, к 2030 году завершить создание аппарата.

Конечно, особое внимание будет уделено безопасности космических кораблей с ядерными реакторами на борту. Они, подобно современным АЭС, будут оборудованы барьерами безопасности. А в случае неполадок в реакторе или в системе управления автоматика будет уводить блок с ядерной установкой от Земли в сторону Солнца – идеальный вариант захоронения.

Мечты, мечты…

Что же дальше? Люди начнут летать к Луне и Марсу на «атомной тяге», поскольку уникальные характеристики новых двигателей значительно сократят сроки экспедиций и позволят более дешево перемещать большие объемы грузов. Ядерные двигатели будут не только обеспечивать движение межпланетных кораблей и станций, но и снабжать бортовые системы электричеством. Когда полеты на соседние планеты станут регулярными, начнется их колонизация. Появятся космические базы на Луне и Марсе. Они тоже будут получать энергию и тепло от ядерных реакторов и радиоизотопных электрогенераторов. Другого варианта пока нет; не перевозить же огромное количество обычного топлива с Земли.

Обосновавшись на Марсе, люди обратят свое внимание на планеты-гиганты и еще дальше – на звезды. Полеты к ним потребуют изобретения двигателей более высокого класса. Возможно, тогда будет построен «взрыволет» или же звездолет с фотонными двигателями, работающий на принципе аннигиляции материи и антиматерии, – как «Хиус» у братьев Стругацких… Хотя стоп. Фантазировать можно сколько угодно, на деле же идея фотонного двигателя невероятно далека от реализации: пока даже теоретически невозможно получить и сохранить необходимое количество антивещества.

Но, думается, в двадцать втором веке горящий тур на Марс вполне можно будет купить в Интернете.

Несбывшиеся мечты

Не всем интересным и неординарным проектам было суждено продвинуться так далеко, как технологии ядерных космических установок. История сохранила сведения о попытках задействовать атомную энергию для приведения в движение самолета, локомотива и даже автомобиля.

В конце сороковых годов в головы как американских, так и советских военных и конструкторов пришла идея создания атомного самолета и крылатой атомной ракеты. Конечно, она была продиктована не столько желанием расширить спектр применения атомной энергии, сколько потребностью в разработке бомбардировщиков, обладающих достаточной дальностью полета. По сути, такой самолет с ядерной силовой установкой применялся бы как средство доставки ядерного оружия на территорию противника.

В пятидесятых годах прошлого века в СССР разрабатывали сразу несколько проектов атомолетов. На первом этапе рассматривали схемы с нагревом забортного воздуха в реакторе. Для беспилотной крылатой атомной ракеты предполагали создать прямоточный двигатель с выбросом нагретого воздуха через сопло наружу. Что касается пилотируемого самолета, то для него планировали использовать турбореактивные и турбовинтовые двигатели – с реактором вместо камеры сгорания. Был разработан модельный реактор (МТ-35), изготовлен комплект керамических трубчатых твэлов из оксида бериллия с диоксидом урана, сооружен стенд для наземных испытаний. Конструкторы опасались значительного выброса радиоактивных продуктов деления из тепловыделяющих элементов, что и предстояло изучить при наземных испытаниях.

Параллельно, не дожидаясь их результатов, начали разработку «чистых» проектов с передачей тепла от реактора к забортному воздуху в специальном теплообменнике. У таких машин «выхлоп» не был бы радиоактивным.

Проект атомолета М-30: реактор расположен в середине фюзеляжа, а шесть ядерных турбореактивных двигателей – в хвостовой части.

Понятно, что постройка таких сложных летательных аппаратов была дорогим удовольствием. Поэтому инженеры старались изыскивать любые возможности для снижения стоимости: в результате появилось решение модернизировать имеющиеся самолеты, встроив в них ядерную силовую установку. Причем изначально требовалось попросту «покатать» работающий реактор, не используя его в качестве источника энергии. Это позволило бы изучить управление реактором в полете, а также оценить влияние радиации, идущей из активной зоны, на конструкционные материалы воздушного судна и его экипаж. Так возникла летающая атомная лаборатория Ту-95ЛАЛ на базе соответствующего стратегического бомбардировщика. С мая по август 1961 года Ту-95ЛАЛ тридцать четыре раза поднималась в воздух с действующим и заглушенным реактором. Результаты этих экспериментальных полетов, к слову, прошедших без каких-либо нештатных ситуаций, подтвердили возможность создания атомолета, безопасного для экипажа.

Уместно вспомнить и о проекте сверхдальнего противолодочного самолета большой грузоподъемности Ан-22ПЛО. По задумке он должен был взлетать и садиться на керосиновых турбовинтовых двигателях, а основной полет совершать на выделяемом реактором тепле. В 1972 году один из имевшихся в наличии Ан-22 выполнил двадцать три полета со специально разработанным (под руководством А.П. Александрова) реактором и защитой от излучения на борту. Тем не менее, и этот проект закрыли из-за технической сложности и дороговизны. В принципе, подобное решение было оправданным, поскольку к тому времени до нужной кондиции были доведены более дешевые технологии доставки ядерного оружия на дальние расстояния: дозаправка в воздухе и баллистические ракеты.

Надо сказать, что полноценный атомолет ни одним из государств так и не был создан. Более того, серьезные долгосрочные работы по этой тематике не ведутся уже почти пятьдесят лет. Почему? Отчасти потому, что самолеты все же изредка падают, и в случае атомолета такое трагическое событие грозило бы серьезными радиационными последствиями.

Проект атомовоза для боевого железнодорожного ракетного комплекса разрабатывали в период с 1983 по 1985 год, после чего вся деятельность в этом направлении была прекращена. Одна из причин – требования безопасности. Атомный локомотив, который придавал бы «поезду с ракетами» практически неограниченную автономность, все же мог попасть в аварию и стать источником сильного радиоактивного заражения местности. Кроме того, подобный локомотив из-за своей тяжести потребовал бы строительства железнодорожный путей со сверхширокой колеей, а также переделки путевых сооружений, например, мостов, не рассчитанных на такую нагрузку.В результате ни один атомовоз, даже экспериментальный, так и не был построен. Да и будущее подобных проектов весьма туманно.

Вариант односекционной компоновки атомного локомотива: все в одном корпусе – и реактор, и парогенератор, и турбогенератор, и запитанные от него электромоторы, вращающие колеса

Наконец, пару слов нужно сказать об «атомобилях». Красивая идея «пристроить» ядерный реактор в качестве автомобильного двигателя так и осталась фантазией конструкторов. Наиболее известный пример – концепт-кар «Форд Нуклеон» (1957), который подразумевал замену мини-реактора на новый через каждые восемь тысяч километров. Естественно, что ни одной рабочей модели, даже ни одного прототипа компании «Форд» не удалось выпустить в свет. «Нуклеон» можно назвать одним из самых ярких символов эпохи «атомного романтизма», когда ученым и инженерам казалось, что они полностью «укротили» атомную энергию.

«Форд Нуклеон»: реактор сзади.

Сейчас иные времена. Человечеству известно, чем грозит неосторожное, непродуманное обращение с этой грозной силой природы. Но, с другой стороны, за прошедшие десятилетия появились новые, более безопасные технологии. Реакторы стали компактнее, а управление ими – проще, благодаря современной автоматике. Поэтому неудивительно, если в недалеком будущем возникнут весьма неожиданные варианты применения энергии, сокрытой в ядре атома, о которых мы сейчас даже и не догадываемся.

Еще раз о самом важном

Не секрет, что в современном обществе сложилось настороженное отношение к использованию ядерных и радиационных технологий. К счастью, время их безапелляционного неприятия прошло. Вот и на государственном уровне они признаны одним из важнейших направлений модернизации страны, и Росатому предстоит стать главным игроком в этой сфере. Почему было принято такое решение? Просто ядерные и радиационные технологии позволяют решать многие задачи проще, чем это делается сейчас. Зачастую они не требуют слишком сложного и громоздкого оборудования, легко автоматизируются и контролируются. Более того, некоторые из описанных в этой главе способов и устройств просто не имеют «нерадиационных» аналогов. Отказываться от таких очевидных плюсов недальновидно, но главное при использовании подобных технологий – обеспечить безопасность.

Выше уже говорилось о безопасности, как о безусловном приоритете: любое применение радиоактивных веществ и радиации должно сочетаться со строгим контролем и профессионализмом. Это требование обязательно для выполнения всеми, кто работает с радиоактивными изотопами и ионизирующими излучениями.

В чем же тогда причина страхов, которые не позволяют более активно внедрять инновационные технологии, связанные с радиацией? Скорее всего, дело в недостаточности информации. Есть надежда, что материал, изложенный на страницах этой энциклопедии, позволит оценить не только масштаб применения ядерных и радиационных технологий, но и достигнутый уровень их безопасности.