Вера Черногорова - Загадки микромира

Развитие ускорительной техники далеко вперед продвинуло человечество в ядерной медицине и радиотерапии. Больше половины всех известных радиоактивных ядер обнаружены в реакциях, которые физики изучали на ускорителях. Большинство изотопов получают в ядерных реакторах. Но радиоактивный изотоп цинк-72, который применяется для раннего обнаружения рака предстательной железы, получают только на ускорителях.

Медики давно применяют кобальтовую пушку для лечения злокачественных опухолей гамма-квантами, которые испускает радиоактивный изотоп кобальта. Но это излучение поражает и расположенные рядом здоровые ткани. Более перспективно применение протонов и особенно пи-мезонов. При остановке в веществе они выделяют большую энергию в очень небольшом объеме.

Физики уже научились создавать специальные «медицинские» пучки протонов на синхроциклотроне в Дубне и протонном синхротроне в Москве. Медики-клиницисты из Института экспериментальной и клинической онкологии АМН СССР изучают сейчас возможность их использования для улучшения методики лучевой терапии рака.

Так, почти незаметно, ускорители уже давно встретились с человеком.

До сих пор ничего не говорилось об использовании ускорителя в промышленности. С помощью протонов с энергией около 150 Мэв можно измерить толщину графита с точностью до 0,0015 процента по сравнению с 2 процентами, которые получаются при использовании для этой цели альфа-частиц или электронов. После радиационной обработки материалов на ускорителе повышается их точка плавления, увеличивается сила натяжения, прочность, меняются структура и свойства полимерных материалов.

Американский физик Л. Розен, выступая на национальной конференции по ускорителям в Чикаго, сообщил, что из 1000 ускорителей, работающих в США, лишь менее 150 используются исключительно для фундаментальных исследований. Около 1/ 3используется в промышленности и медицине, а остальные — в прикладных науках.

Косвенным образом физика элементарных частиц влияет на ход технического прогресса человечества.

«Будучи действительно передовой наукой, — говорил академик Б. Понтекорво, — она для своих нужд прямо развила ряд новых методических разработок или стимулировала их развитие. Эти разработки, часто на пределе возможностей современной техники, нашли практическое применение в ядерной технике, в медицине, в биологии, в исследовании космического пространства, в разведке полезных ископаемых, в вычислительной и оборонной технике. Не случайно, что именно физика элементарных частиц стимулирует сейчас создание сверхпроводящих магнитов, которые, без сомнения, найдут важное практическое применение в различных областях техники».

Группа криогенного отдела лаборатории высоких энергий ОИЯИ долго работала над созданием жидководородной и дейтериевой мишени для экспериментов с ка-ноль-мезонами. В процессе этой работы ученые разработали «дьюары» специальной конструкции. Ими заинтересовались многие промышленные организации. А недавно приезжали и представители сельского хозяйства. Начальник криогенного отдела А. Зельдович вспоминал, как «попутно» с созданием жидководородных камер им пришлось разработать крупные водородные ожижители. Ожижители эти по чертежам физиков стали выпускать серийно. Впервые в СССР на них получался жидкий параводород.

Академик Г. Флеров, директор лаборатории ядерных реакций ОИЯИ, так сказал о практическом применении достигнутых в лаборатории результатов: «Вся изощренная техника, разработанная у нас в лаборатории для выделения отдельных тяжелых ядер из большой массы вещества, уже используется в тонкой промышленной технологии. Образно выражаясь, мы можем найти иголку в стоге сена. Чувствительнейшие методы анализа, применяемые у нас, давно используются при получении особо чистых химических веществ».

Удалось обратить на пользу даже принципиальный недостаток, присущий ускорителю электронов — синхротрону. Двигаясь по круговым орбитам в магнитном поле ускорителя, электроны тормозятся, испуская «синхротронное излучение». Это явление, с которым практически невозможно бороться, препятствует дальнейшему разгону электронов в циклических машинах. Но для биологов, химиков и медиков «синхротронное излучение» — желанное, поскольку никаким другим способом невозможно получить столь интенсивные потоки мягких (поляризованных!) рентгеновских квантов. И, как это ни парадоксально звучит, уже создаются специальные ускорители, на которых для исследований используются уже не сами ускоренные электроны, а как раз то, что мешает их ускорению.

Ускорители элементарных частиц используются сегодня очень широко. Но даже при богатом воображении трудно перебросить мостик от слова «ускоритель» к слову «генератор» — аппарат, вырабатывающий энергию. Прямо-таки бьет в глаза вопиющее противоречие в самом сочетании этих слов. Как ускоритель может быть генератором энергии, когда он сам непрерывно потребляет ее в солидных количествах?

В самом деле, если прекратить подачу тока, огромная машина тотчас замрет. И никому не известно о таких случаях, когда бы ускоритель возвратил затраченную энергию, не говоря уж о том, чтобы производить ее.

И тем не менее то, что утверждает заголовок, не сказка. Еще, правда, и не быль, но уже вполне реальная возможность. Оказывается, с помощью ускорителя элементарных частиц можно получать топливо для ядерной энергетики.

В 1955 году дала ток первая в мире атомная электростанция в Обнинске под Москвой мощностью всего лишь в 5 мегаватт. Сейчас во всех странах работает более 230 атомных электростанций общей мощностью в 20 000 мегаватт. Пока это всего лишь 2 процента энергетических мощностей мира. Но по прогнозам энергетиков, к 1980 году процент этот увеличится до 30, а к концу столетия — до 50!

Пришло время, когда атомная энергия из неожиданной находки физики микромира превращается в важный энергетический ресурс планеты.

«Легко убедиться, — говорит академик Н. Боголюбов, — что за период от I Международной женевской конференции по мирному использованию атомной энергии 1955 года до IV — в сентябре 1971 года произошли радикальные изменения во взаимоотношениях „атом — общество“».

Действительно, проблема, над которой раньше работали лишь ученые, занимающиеся ядерными реакторами, интересует теперь очень широкий круг специалистов. Генеральная Ассамблея ООН поставила перед IV женевской конференцией новую важную цель: она должна быть полезна не только для ученых и инженеров, но также для организаторов промышленности, администраторов, экономистов. Атомная энергетика превращается в жизненную необходимость.