Сочинения

(Еще не оценили)

Загрузка...

Каждый химический элемент в менделеевской таблице имеет свой порядковый номер, который указывает число протонов в ядре, то есть число положительных электрических зарядов ядра (единица — заряд одного протона, то есть заряд ядра атома водорода, элемента № 1). При этом, естественно, порядковый номер элемента указывает и число электронов на орбитах — в нейтральном атоме положительный и отрицательный заряды одинаковы, электронов столько же, сколько протонов. Кроме протонов, ядро содержит еще и некоторое количество нейтронов — это частицы без электрического заряда, и поэтому они не влияют на положение-элемента в таблице Менделеева, на его порядковый номер. Но нейтроны — тяжелые частицы, такие же примерно, как и протоны. И они в сильной степени влияют на общую массу ядра, на атомный вес элемента. При одном и том же числе протонов в ядре может быть различное число нейтронов, и именно поэтому существуют различные   изотопы   одного и то и переработано 6 миллионов тонн урановой руды, что потребует затрат около 150   миллиардов   долларов.

Кроме  обогащения  урана,   для   ядерной энергетики  в   большом  количестве  необходима

[smszamok]

тяжелая вода,  в  молекулах которой вместо водорода   (атомный   вес   1)   содержится его тяжелый изотоп дейтерий (атомный вес 2; в ядре дейтерия, кроме протона, есть еще и нейтрон). Тяжелая вода   почти не задерживает внешние потоки нейтронов, и поэтому она  может  эффективно  охлаждать активную зону реактора, где  эти   потоки очень велики. Нейтронные потоки не нагревают   тяжелую    воду,   и   она   может «истратить» свою теплоемкость   на   охлаждение   реактора.    Для   мощного   реактора требуется несколько сот тонн тяжелой воды. Она стоит   больше,   чем   сам   реактор! Получение   тяжелой   воды   в   США   стоит примерно 5 долларов за грамм,   несколько сот миллионов долларов на один   реактор. Эта   сумма    расходуется    на   переработку обычной      пресной      воды — на      каждые шесть тысяч   ее молекул   приходится одна молекула тяжелой  воды.  Можно  привести немало примеров,   когда   огромные   суммы расходуются на получение даже небольших количеств ряда   изотопов,   необходимых   в лабораторных   исследованиях.   Так,   например, получение изотопа 40 К (калий-40)  обходится в 30 миллионов долларов за 1 килограмм.  Понятно,  что при подобных затратах на процессы   выделения   изотопов   любое сообщение о возможности снизить стоимость этих процессов   воспринимается   как сенсация.

Такой сенсацией стало сообщение о разделении изотопов в луче лазера. Первая возможность разделения изотопов выяснилась при их обнаружении: разница в весе на два нейтрона размежевала траектории изотопов неона в первом масс-спектрографе, который сконструировал англичанин Дж. Дж. Томсон в 1910 году. Прибор предназначался для анализа «положительных лучей» — так тогда называли пучки ионов—атомов, лишенных одного или нескольких электронов своей   оболочки.   В того же химического элемента. В название изотопа вводят его главную характеристику — атомный вес. Так, например, обозначения №И (уран-235) и 238 и (уран-238) относятся к одному и тому же химическому элементу — урану, но к двум его различным изотопам с атомным весом 235 и 238 единиц (во втором случае в ядре на 3 нейтрона   больше). Все изотопы разделяют на две большие группы: стабильные и радиоактивные — те, которые со временем превращаются в атомы других элементов. Такого рода процесс для каждого радиоактивного изотопа протекает со строго определенной скоростью, которая характеризуется периодом полураспада: за это время распадается половина атомов изотопа. Период полураспада может быть самый различный — от долей секунды до тысяч лет.

Добывая из природного   сырья тот   или иной элемент   химическими   методами,   мы, как правило, получаем смесь изотопов этого элемента, поскольку изотопы неразличимы в химическом отношении. В то же время современная техника и  особенно  научные исследования часто  требуют   вещество «в чистом   виде»,   в   виде   только   одного, вполне определенного изотопа. Отсюда и появляется  трудная  задача  разделения  изотопов, разделения смеси атомов,   одинаковых   по  химическим   свойствам,   отличающихся   лишь   своей   массой.   Причем,   как правило, отличающихся очень незначительно. Правда,   порой  требуется   лишь   изменять соотношение изотопов в смеси, произвести ее обогащение,   уменьшить   процентное содержание одних изотопов,  увеличив тем   самым   содержание   других.   Ядерная энергетика,   например,    нуждается   в   уране-235. Однако он нужен   не в   абсолютно чистом виде. Урановая руда обычно содержит в основном   два   типа   изотопа:   уран-238 и уран-235, причем первого изотопа в руде 99,2%, второго — 0,7°/0. Для ядерных реакторов необходимо урановое   топливо с совсем    другим   соотношением   изотопов — 238 С  должно   быть  96,8%,    а   235 V — примерно 3,2%.

Технологический процесс обогащения урана, грубо говоря, состоит в том, что из смеси молекул гексофторида урана ЫР6 выбирают преимущественно молекулы, содержащие изотоп 235 ‘. Выделение определенного изотопа из сложной смеси стало важным технологическим процессом, который в ряде случаев приходится проводить в промышленных масштабах. Это, конечно, прежде всего касается обогащения урана. В настоящее время мировая ядерная энергетика ежегодно потребляет 4000 тонн обогащенного урана. К 2000 году, судя по всему, эта цифра поднимется до 100 000 тонн. На смену первому масс-спектрографу Томсона в дальнейшем пришли более совершенные приборы, сконструированные О. Астоном и О. Дэмстэром, а в России — молодыми тогда физиками Л. А. Арцимо-вичем и П. Л. Капицей. Выгоды от этих приборов для физических исследований оказались настолько существенными, что за создание ОДНОГО ИЗ первых масс-спектрографов была присуждена Нобелевская премия. Основа масс-спектрографа — вакуумная пролетная камера. В нее через узкую входную щель влетают исследуемые ионы. В пролетной камере тонкий пучок ионов попадает под действие скрещенных электрического и магнитного полей, он расходится веером и загибается по дуге. В конце своего пути потоки ионов попадают на фотопластинку, на ней после проявления видны черточки — каждая от своего изотопа. На месте той или иной черточки можно сделать щель и выпустить нужный изотоп наружу,  в  ловушку.

Такой «поштучный» метод разделения изотопов очень дорог и для крупномасштабного промышленного использования не годится. Физики нашли еще один процесс разделения изотопов — газодиффузионный. В этом процессе использовалось то, что при движении газа через пористые перегородки более проворны атомы с меньшей массой. Если таких перегородок много, то часть более тяжелых изотопов по дороге просто «застревает» в них. Происходит это оттого, что тепловая энергия распределяется между всеми частицами газа так, что частицы потяжелее двигаются медленнее и в порах отстают от частиц, которые полегче. Конечно, газодиффузионный метод не дает полного разделения — он лишь обогащает смесь, увеличивает в ней содержание более легкой компоненты. Зато этим методом можно обработать большое количество вещества. Газодиффузионный метод обогащения изотопов в его промышленном исполнении весьма громоздок. Установки для разделения изотопов этим методом —это, как правило, огромные заводы площадью в десятки квадратных километров. Целая электростанция снабжает энергией камеры, в которых разделяемые частицы движутся через поры к выходу. Это не только огромный, но и труднообслуживаемый комплекс.

В двадцатых годах физики узнали еще один эффект, в котором проявлялась весовая разница изотопов,— «лишний» нейтрон в более тяжелом изотопе чуть-чуть изменяет объем атомного ядра и, следовательно, распределение положительного электрического заряда в ядре. А так как заряд атомного ядра связан с зарядом электронной оболочки, то изменение плотности заряда ядра приводит к расщеплению либо к сжатию электронных орбит. От положения орбит электронов зависит спектр поглощения атомов, и у разных изотопов эти спектры чуть-чуть смещены. Такие смещения спектров называют изотопическим сдвигом. Рисунок на стр. 101 иллюстрирует изотопический сдвиг на спектрограмме смеси изотопов урана. Две линии поглощения на спектрограмме появляются именно  потому, что электронные оболочки изотопа 238 0 чуть-чуть расширены по сравнению с оболочками изотопа 235 II. Это расширение вызвано соответственно чуть-чуть большим, на три нейтрона, объемом ядра изотопа 238 II.

Поглощение квантов света электронами оболочек происходит ступенчато — они как бы перескакивают с одного строго определенного энергетического уровня на другой. Набор возможных «ступенек» для каждого химического элемента строго задан самой природой — это и есть спектр поглощения данного элемента. Но для изотопов элемента одинаковые, казалось бы, «ступеньки» чуть-чуть различаются. В основном это различие проявляется для внешних электронных оболочек и соответственно для энергетических ступенек, связанных с переходами самых далеких от ядра электронов. Сами эти «ступеньки», если можно так сказать, очень мелкие, они связаны с очень малыми изменениями энергии. И поэтому переход электронов с одной такой «ступеньки» на другую происходит под действием сравнительно мягкого излучения, в частности под действием квантов в диапазоне видимого света. Ну а разница в высоте «ступенек», то есть изотопический сдвиг, еще во много раз меньше — для 2351) и 238 ц 0Н! в частности, составляет всего на 0,2 А. (I А = 10 -8 см).

Кроме атомных спектров, изотопический сдвиг обнаруживается в спектрах молекулярных соединений. Молекулы тоже обладают индивидуальным набором энергетики. Принцип действия масс-спектрометра. Ионизированные атомы различной массы летят по разным траекториям, и каждый изотоп можно вывести из пролетной камеры в ловушку, если место фокусировки нужного пучка совместить с ее выходной щелью. Если молекулу сильно раскачать или сразу сообщить ей большую энергию, то она развалится на атомы — диссоциирует. Для каждого типа молекул существует строго определенная минимальная энергия квантов, необходимых для получения диссоциации.

Изотопический сдвиг — это еще один «крючок», пользуясь которым можно разделять изотопы, вытаскивать один из них из природной смеси. Для этого нужно прежде всего облучить изотопную смесь квантами со строго выбранной длиной волны — длина волны должна точно совпадать с высотой «ступеньки» определенного электронного уровня, характерного только для нужного изотопа. В этом случае световой квант сместит электрон с этого уровня, поднимет его на более высокий, так называемый возбужденный уровень. Любой другой изотоп такие кванты просто не заметит: их энергия не уложится ни в одну из его энергетических «ступенек». Возбужденные атомы изотопа будут уже сильно отличаться от спокойных: изменится их квантовое состояние, увеличится химическая активность.

[/smszamok]

Если в этот момент рядом с возбужденным изотопом окажется определенный химический элемент — акцептор, — то произойдет химическая реакция и образуется молекула, в которую войдет атом помеченного изотопа. Вероятность подобной реакции с атомами других изотопов чрезвычайно мала в силу их сравнительно малой активности. Нужные акцепторы можно заранее ввести в газовую смесь, и тогда после облучения этой смеси большинство атомов избранного изотопа будет химически связано в соединениях, которые потом легко фильтровать. Излучение источника с непрерывным спектром проходит через кювету с парами урана и далее в спектрограф. На его экране в районе длины волны 4489 ангстрем, или, что то же самое, частоты 22276 см-1 (в спектроскопии при измерении частоты часто пользуются единицей см-1  3 X Юш Гц) видна спектральная линия урана, она занимает частотный интервал 1,68 см-1. В этом интервале при детальном рассмотрении обнаруживаются четыре тонкие линии — каждая из них соответствует одному из изотопов урана.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Окинем беглым взглядом описание фотофизического метода разделения изотопов. Самое главное в нем — облучить смесь изотопов светом с квантами строго определенной   энергии. Такая определенность, способность испускать свет лишь с одной длиной волны, — отличительная особенность лазерного излучения. Желая подчеркнуть ее, говорят, что лазерное излучение обладает высокой монохроматичностью. Итак, лазерный луч —это самый тонкий и точный «скальпель», который в хаосе изотопных соединений сам найдет и пометит только необходимые молекулы иди атомы, Однако этого недостаточно — возбужденные атомы, как уже говорилось, при первых же соударениях с соседями могут потерять свою метку, так и не прореагировав с подброшенными в газ атомами акцептора.

Доктор физико-математических наук В. С. Летохов предложил выход из этого

[smszamok]

тупика, теоретически обосновать весьма гибкий и универсальный подход к использованию лазеров для разделения изотопов — двухступенчатый. Сущность предложенного метода состоит в том, что сразу же после первого лазерного импульса дается второй, более «жесткий», способный сорвать электроны с их орбит и, таким образом, превратить атомы в ионы. Атомы нужного изотопа, возбужденные первым импульсом, еще до первых столкновений в газе, ионизируются вторым лазерным импульсом и таким образом приобретает совершенно новое качество — становятся заряженными частицами, или, как принято говорить, свободными носителями электрического заряда. Весь этот процесс называется селективной, то есть избирательной, фотоионизацией. Его протекание зависит от интенсивности лазерного луча, и это очень важный фактор, — меняя мощность излучения, процессом можно управлять, задавать его скорость… Ну, а превращение атомов в ионы вообще открывает достаточно простой путь для окончательного отделения нужного изотопа — ионы можно вывести из газа электромагнитными полями.

Вслед за теоретическими разработками последовало экспериментальное подтверждение метода. В 1971 году Р. Амбарцумяном в Институте спектросколии АН был осуществлен первый эксперимент по селективной двухступенчатой фотоионизации атомов, в данном случае атомов рубидия.

Плавным  изменением  частоты излучения (то есть энергии квантов) осуществлялась точная настройка на один из энергетических уровней электронов в выделяемом   изотопе.

Другой лазерный луч тут же отрывал возбужденные электроны от атома, превращая его в ион. Этот второй луч получали от рубинового лазера с помощью нелинейного элемента, который позволял вдвое увеличить частоту излучения, получить из красного луча ультрафиолетовый (Я = = 3471 А). Его энергия была достаточной для отрыва возбужденных электронов в атомах рубидия. В то же время этот луч не- мог сбить спокойные, невозбужденные электроны. Рубиновый лазер одновременно использовался в качестве источника накачки лазера с   перестраиваемой   частотой. Для того, чтобы контролировать ход процесса, измерялась электропроводность паров рубидия — по мере того как лазерные лучи превращали нейтральные атомы в ионы и насыщали газ свободными электронами, газ все в большей мере превращался из диэлектрика в проводник. В частности в лаборатории имени Лоуренса, принадлежащей Калифорнийскому университету и Управлению по энергетическим исследованиям и разработкам (США), используя селективную фотоионизацию, удалось осуществить разделение изотопов урана.

Упрощенная схема опыта по селективной двухступенчатой фотоионизации атомов рубидия. На пары рубидия направлены два луча — темно-красный луч от перестраиваемого лазера возбуждает атомы рубидия, а затем происходит ионизация только возбужденных атомов ультрафиолетовым лучом. Рубиновый лазер служит источником накачки для перестраиваемого лазера. Он также проходит через нелинейный кристалл, на выходе которого получают излучение с удвоенной частотой, то есть с длиной волны, вдвое более короткой. Эффект фотоионизации обнаруживают, измеряя фототок в камере с парами рубидия. Опыт впервые проведен в Институте спектроскопии АН СССР.

Упрощенная схема опыта по лазерному разделению природной смеси изотопов урана. Пары урана вводятся в вакуумную камеру и подвергаются воздействию одновременно и когерентного лазерного излучения (длина волны 5915 ангстрем) и ультрафиолетового излучения, источником которого служит искра (длина волны 3000 ангстрем). Длина волны лазерного луча подобрана так, чтобы переводить в возбужденное состояние только атомы урана 235. Возбужденные атомы тут же ионизируются ультрафиолетовым излучением, и ионы выводятся из пучка ней» тральных атомов с помощью электромагнитного поля. Опыт впервые проведен в Калифорнийском  университете  (США).

Упрощенная схема опыта по лазерному разделению изотопов азота путем двухступенчатой фотодиссоциации молекул аммиака. Первая ступень процесса — возбуждение молекул аммиака, которые содержат изотоп азот-15, с помощью излучения СО-лазера. Вторая ступень — диссоциация (развал) возбужденных молекул под действием ультрафиолетового излучения, получаемого от искры. Искра создается синхронно с лазерным импульсом—луч лазера ионизирует воздух в межэлектродном пространстве.  Разделение изотопов, так же, как и опыты с рубидием, проводилось в газообразной фазе. Для этого в печке уран плавился, и над ним образовывались пары урана. Эти пары тоненькой струйкой вводились в рабочую камеру, где попадали под облучение источников света. Один из них — лазер имел строго определенную длину волны 5915,4 А. Эта длина волны была выбрана с таким расчетом, чтобы лазерный луч возбуждал внешние электроны, но только у изотопа 235(У. Второй источник облучения урана — ртутная лампа. С помощью фильтров из ее спектра выделялся участок ультрафиолетового излучения в интервале между 2100 А и 3100 А. Ультрафиолетовый луч тут же ионизировал возбужденный изотоп урана-235, до того, как они сталкивались с другими атомами. Ионизированные атомы изотопа 2гъ1! собирали на стенках ионной ловушки, загнав их туда е помощью электромагнитных полей. В первых экспериментах ртутная лампа с фильтром использовалась вместо второго лазерного луча потому, что ультрафиолетовые лазеры все еще сложны и полностью не    перекрывают   нужный    диапазон излучения.

Методом селективного облучения можно выделять тот или иной изотоп, воздействуя не только на смесь атомов, но и на смесь молекул, в которых один из атомов представлен различными своими изотопами. Схема выделения изотопов из молекулярного газа может быть такой — лазерным излучением с точно подобранной частотой возбуждают молекулы, которые содержат нужный изотоп. Возбужденная молекула может, правда, передать свой избыток энергии другой молекуле, либо самопроизвольно вернуться в исходное состояние. Чтобы этого не случилось, возбужденная молекула должна успеть вступить в фотохимическую реакцию с введенным в молекулярную смесь реагентом. Все три процесса — возбуждение молекул, их возвращение в первоначальное, спокойное состояние и химическое связывание с реагентом — идут одновременно и конкурируют друг с другом. Надежда связать именно возбужденную молекулу с реагентом основана на большей химической активности возбужденных молекул по сравнению с невозбужденными. Более эффективным оказался другой метод, использующий диссоциацию (развал на составные части) селективно возбужденных молекул под действием излучения еще одного мощного лазера.

Световые кванты, которые будут осуществлять диссоциацию    молекул, должны

Спектр поглощения инфракрасного излучения газом из молекул ВС1. По вертикальной оси отложена доля поглощенного света, по горизонтальной — частота излучения.

иметь достаточно большую энергию, обычно она соответствует ультрафиолетовому излучению. Выпавшие из молекул (в результате диссоциации) атомы нужного изотопа можно связать с химически введенным в газ реагентом, либо извлечь камеры каким-либо иным способом. Метод двухступенчатой селективной диссоциации молекулы лазерным излучением был предложен также в Институте спектроскопии еще в 1970 году и спустя два года был успешно применен для разделения изотопов азота. Это был первый в мире эксперимент по лазерному разделению изотопов.

В эксперименте использовался инфракрасный лазер на углекислом газе, он подстраивался под резонансную линию поглощения молекулы аммиака с изотопом 15М Подстройка проводилась поворотом дифракционной решетки, выполнявшей роль полупрозрачного зеркала в резонаторе лазера. Диссоциация возбужденных молекул происходила под действием ультрафиолетового излучения, источником которого для простоты была мощная электрическая искра. Искра возникала в высоковольтном разряднике в тот момент, когда между его электродами появлялось небольшое ответвление лазерного луча от основного углекислого лазера. Этим достигалась одновременность облучения молекул инфракрасными и ультрафиолетовыми квантами. В проведенных опытах было достигнуто шестикратное обогащение смеси изотопом азота 15М.

В это же время профессор Б. Мур в Калифорнийском университете США провел первый успешный эксперимент по прямой селективной диссоциации молекулы формальдегида (Н2СО) монохроматическим лазерным излучением. Настраивая частоту лазера на линию поглощения дейтероформальдегида, ему удалось добиться обогащения газовой смеси тяжелым изотопом водорода — дейтерием. Однако эти методы в период их становления (1972 год), несмотря на высокие коэффициенты обогащения, не могли претендовать на промышленное использование из-за отсутствия ультрафиолетовых лазеров. Поэтому в Институте спектроскопии велись поиски  новых   эффектов,   которые   можно

било бы использовать для разделения изотопов под действием более доступного и дешевого инфракрасного лазерного излучения. В одном из экспериментов мощные импульсы лазера на углекислом газе облучали кювету с трихлоридом бора. Частоту лазера можно было настраивать в резонанс с колебаниями либо молекулы 10ВСЬ, либо иВС1з. После облучения кюветы в течение нескольких часов была обнаружена диссоциация молекул с выбранным изотопом бора, в зависимости от настройки СОг лазера. Это был удивительный факт, так как для диссоциации молекула трихлорида бора должна поглотить почти 40(!) инфракрасных фотонов. Удачные опыты провели и на другой многоатомной молекуле — 5Рб.

Теоретики и экспериментаторы нескольких стран буквально набросились на это интересное явление. Многбфонное возбуждение и диссоциация молекул под действием инфракрасного излучения в течение последних двух лет особо энергично обсуждаются на международных конференциях по применению лазеров. Сейчас основные черты этих явлений уже ясны: они присущи всем многоатомным молекулам, которые могут совершать много взаимосвязанных колебательных движений и, следовательно, имеют много возможностей поглощать инфракрасные кванты. Многофо-тонная диссоциация под действием лазерного излучения уже успешно используется для разделения изотопов в заметных количествах. Об этом, в частности, свидетельствуют крупные программы, осуществляемые В ряде стран, а также некоторые действующие установки. Результатами этих экспериментов заинтересовались во многих зарубежных лабораториях. В Лос-Аламосской лаборатории (США) даже прекратили некоторые эксперименты, чтобы воспроизвести результаты своих советских коллег. Конечно, это объяснение самое общее, не затрагивающее важных квантовомеханических особенностей поглощения, тем не менее оно вполне устраивало экспериментаторов, поскольку позволяло правильно прогнозировать новые эксперименты. В дальнейших работах степень обогащения смеси достигала нескольких тысяч, то есть относительное количество нужного изотопа в сравнении с «конкурентом» увеличивалось в несколько тысяч раз.

Сравнительно небольшой объем реферата, необходимость целый ряд вопросов излагать упрощенно, а иногда вводить некоторые разъяснения и дополнения — все это, вместе взятое, не позволило в полном объеме коснуться методов и конкретных примеров лазерного разделения изотопов, о которых рассказано в большой обзорной статье В. Летохова и Б. Мура. Кроме того, со времени опубликования статьи работы в области лазерного разделения изотопов энергично развивались, сделаны новые теоретические разработки, получены новые экспериментальные результаты.

[/smszamok]

Но самое, пожалуй, главное это то, что сделаны первые шаги в разработке лазерных методов разделения изотопов, пригодных для промышленного использования. Можно полагать, что появление новых типов лазеров откроет возможности для выделения практически любых изотопов в промышленных масштабах. Здесь уместно напомнить слова лауреата Ленинской и Нобелевской премий академика А. М. Прохорова: «Преимущества лазерного разделения изотопов настолько велики, а его принципиальная возможность обоснована теоретически и экспериментально настолько надежно, что в относительно недалеком будущем лазерные методы изотопного обогащения, несомненно, будут играть важнейшую роль в развитии физики, химии, энергетики».

На примере лазерного разделения изотопов физика еще раз показала, как абстрактные, казалось бы, исследования становятся основой для разработки процессов и установок, имеющих важное практическое значение.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Теллур — 52-й элемент Периодической системы Менделеева — относится к числу так называемых рассеянных элементов. В природе он встречается чаще всего в виде примесей в солях железа, меди, цинка, свинца, в самородной сере. Реже образует «свои» минералы — теллуриды, совсем редко встречается в самородном состоянии. Между тем нужда в нем немалая. Теллур широко применяется в металлургии как компонент различных сплавов, значительно улучшающий их механические и антикоррозийные свойства. Кроме того, его используют в электро- и радиотехнике, резиновой и стекольной промышленности и других отраслях. Поэтому всякая находка природного теллура — заметное событие в минералогии.

Не так давно подобное событие произошло на Камчатке. Там обнаружили редкие минералы теллура — голдфилдит, раклиджит и самородный теллур. Первый из них назван по месторождению Голдфилд (США), где был впервые обнаружен. У нас он встречается в Восточном Узбекистане, на Южном Урале, Малом Кавказе и на о. Кунашир (Курилы). Раклиджит как самостоятельный минерал впервые открыт в Армении и на Урале в 1977 году. И вот теперь они найдены в вулканическом поясе Центральной Камчатки. Голдфилдит образует в кварцевых жилах мелкие зерна светло-серого цвета. В его составе, кроме теллура, есть сурьма, железо, медь, мышьяк и другие элементы.

Камчатский раклиджит — первый, найденный в азиатской части нашей страны. Он тоже образует мелкие зерна в кварцевых жилах. Это минерал белого цвета, с розоватым оттенком. По химическому составу он похож на те образцы, которые найдены в Армении и на Урале. Наконец, белые минералы самородного теллура образуют каплевидные выделения и прожилки в халькопирите и голдфилдите. В них, кроме теллура, присутствуют медь, железо и сурьма.

Камчатские находки представляют немалый интерес прежде всего для ученых — минералогов и геологов.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Признаемся откровенно: писать о теориях запаха очень трудно. Невозможно нащупать стержень, неизвестно, с какой стороны подходить к проблеме. Дело все в том, что ученые не знают, как же в действительности происходит восприятие запаха. А раз так, совершенно неизвестно, какие факты главные, а какие попросту ошибочны, тем более что факты часто противоречат друг другу в рамках одной гипотезы. Так что ни одна из изложенных в статье гипотез не может объяснить всех фактов. Однако вряд ли, наверное, мы когда-нибудь сможем в точности предсказать запах вещества, взглянув на его формулу. Ведь и сегодня, при развитой теории химического строения, мы не способны, например, точно угадывать температуры плавления веществ. Это свойство зависит и от числа атомов в молекуле, и от их взаимного расположения, и от способа упаковки молекул в кристалле. Но мы можем объяснить, почему вещество имеет ту или иную температуру плавления, а сравнивая ряды схожих однотипных соединений, способны примерно предсказать этот параметр.

Надо заметить, что ни одна из обсужденных гипотез не объясняет

[smszamok]

всех сторон проблемы запаха. Быть может, это потому, что каждая из них чересчур упрощает положение вещей, сосредоточивая внимание на какой-то одной частности и отбрасывая остальные? Даже тех фактов, которые были изложены в этой статье, хватило бы, чтобы обнаружить всю шаткость такой позиции, всю превратность столь узкого взгляда на явление  запаха.

Все различия в запахах сводятся лишь к различию в формах молекул, утверждает один исследователь. Но почему же, возражает ему другой, определяющей для запаха оказывается иногда крохотная деталь молекулы — та или иная функциональная группа атомов? Ведь это же факт, что почти все сложные эфиры имеют цветочный или фруктовый аромат, а почти все органические производные сероводорода — неприятный, тухлый запах. Но если индивидуальность запаха определяется лишь той или иной функциональной группой атомов, вступает в дискуссию третий исследователь, то как объяснить, что замена одной группы на другую порою почти не изменяет запаха вещества? Посмотрим еще раз на формулу ванилина. Оказывается, если заменить альдегидную группу СНО на нитрил СО или нитрогруппу N02, вещество сохранит ванильный запах. Общее же у всех трех групп атомов только одно: они хорошо тянут на себя электроны из бензольного ядра и могут образовывать так называемые   водородные   связи .

Новый термин, появившийся в нашем рассказе,— водородные связи, — ведет еще к одной любопытной гипотезе о механизме запаха. Можно предположить, что благодаря водородным связям молекула пахучего вещества приклеивается на какое-то время

к поверхности обонятельного рецептора (см. цветную вкладку). Тот след, «отпечаток» на поверхности рецепторного участка, который оставляет приклеенная молекула, и определяет тип запаха вещества. В этом случае играет роль не только пространственное очертание молекулы, но и относительное расположение различных группировок, расстояния и углы между ними. «Приклеивая» водородными связями молекулу к рецептору, мы как бы набираем код соответствующего типа запаха.

Сложные молекулы могут ложиться на поверхность рецептора разными способами, что приводит к проявлению сложных запахов. Поскольку разные функциональные группы образуют разные по прочности водородные связи, сила которых зависит еще и от окружающих эту связь группировок, становится понятным многообразие запахов. В согласии с таким предположением должны различаться и запахи зеркальных изомеров.

В пользу предположения об образовании водородных связей между молекулой пахучего вещества и поверхностью рецептора может говорить и такой факт: чем больше способность вещества завязывать водородные связи, тем резче, острее его запах. Здесь можно указать, например, на усиление, обострение запаха в ряду циклогексан — бензол — нафталин. А такие вещества с очень резким, невыносимым запахом, как муравьиная и уксусная кислоты, ангидриды и хло-рангидриды кислот, могут попросту вступать с молекулами белков в химическую реакцию.

Гипотезу об участии водородных и других слабых связей можно назвать «полухимической», ведь она не предполагает (за редким исключением) настоящих химических реакций. Вид же запаха определяется пространственным расположением групп, способных вступать в слабые не химические взаимодействия.

Но вот несколько лет назад советский ученый Э. П. Зинкевич получил интересные результаты. Оказалось, что меченое радиоактивным  изотопом  углерода  пахучее  вещества.

Понюхайте хлористый ацетил (осторожно: очень едкое вещество!) и уберите склянку подальше. Можете проветривать комнату, у вас все равно в носу еще долго (несколько минут, а то и часов) будет стоять запах ацетилхлорида. И вы временно потеряете чувствительность к другим запахам. Не свидетельствует ли это о том, что хлорангидрид (и хлористый водород и другие «едкие» вещества) блокирует обонятельные рецепторы, вступая в химическую связь с молекулами рецепторных клеток (например, по аминогруппам белков)?

Причем такие превращения возможны только в присутствии кислорода воздуха. Опыты на людях подтвердили необходимость кислорода — при введении в нос пахучих веществ в бескислородной газовой среде испытуемые не ощущали никакого запаха. Так возникла уже чисто химическая гипотеза: ощущение запаха является результатом ферментативных окислительных реакций пахучего вещества на обонятельном рецепторе с участием молекулярного кислорода. Вскоре опыты с другими пахучими веществами (подопытными животными выступали насекомые) подтвердили, что в обонятельных органах происходят химические превращения веществ запаха. Однако до сих пор не ясно: протекают ли эти реакции в процессе самого обоняния или же такие превращения используются уже после этого процесса лишь для удаления молекулы, опознанной по запаху, из эпителия (ведь органы обоняния не могут быть долго «заняты» молекулами одного вещества).

Огромную помощь в расшифровке состава запахов оказывает метод газовой хроматографии. Расскажем кратко о его сущности. Предположим, у нас имеется смесь двух веществ, очень похожих друг на друга. Но в одном свойстве они немного отличаются— по способности прилипать, притягиваться к частичкам каких-то твердых, не растворимых ни в чем веществ, например, обыкновенного речного песка или даже битого кирпича. Заполним песком или кирпичом (это вещество называют носителем) длинную тонкую металлическую трубку. Теперь внесем с одного конца трубки смесь наших двух веществ и будем продувать трубку каким-нибудь инертным газом, например, азотом.

Сначала оба вещества прилипнут к частичкам носителя, но потом начнут «сдуваться» с них газом. И здесь наблюдается такая закономерность: чем менее прочно прилипли молекулы вещества к частицам носителя, тем легче они будут «сдуваться» газом, тем быстрее будет их продвижение по трубке. Через некоторое время на другом конце трубки появятся плохо прилипающие молекулы вещества, вынесенные током газа (синие точки), и только затем выйдет хорошо прилипающее соединение (красные точки).

На выходном конце трубки стоит прибор, определяющий теплопроводность (или какую-то другую характеристику) азота. Как только в азоте появляется вещество из смеси, эта характеристика изменяется, и самописец вырисовывает пик. По времени, которое проводит вещество в  трубке,  можно определить,   что   это   за соединение,   а   площадь  пика  дает его  количество. Метод хроматографии был изобретен в начале нашего века русским ботаником М. С. Цветом. Только вместо газа он брал жидкости и разделение веществ проводил в стеклянной колонке. Таким образом ему удалось разделить две разновидности хлорофилла — зеленого пигмента растений. Газовая хроматография появилась в пятидесятые годы и вскоре стала незаменимым методом при исследовании смесей,      содержащих     много     компонентов.

[/smszamok]

Для любителей кофе приводим состав запаха этого напитка (в скобках указан процент данного соединения в эссенции запаха).

• Ацетальдегид (20), ацетон (19), диацетил (7,5), н-валериановый альдегид (7), 2-ме-тилмасляный альдегид (7), 3-метилмаеля-ный альдегид (5), метилфуран (5), пропио-новый альдегид (4,5), метилформиат (4), фуран (3), изомасляный альдегид (3), пен-тадиен (3), метилэтилкетон (2), парафины и олефины с числом атомов углерода от 4 до 7 (2), метилацетат (2), диметилсульфит (1), н-масляный альдегид (0,7), этилформи-ат (0,3), сероуглерод (0,2), метиловый спирт (0,2), метилмеркаптан (0,1), тиофен (0,1).

(Еще не оценили)

Загрузка...

Наряду с совершенствованием арсенала горной техники, модернизацией существующей технологии извлечения полезных ископаемых идет и дальний поиск новых принципов добычи угля, которые должны сыграть важную роль в ускорении научно-технического прогресса. О трех направлениях такого поиска рассказывают сотрудники Института горного дела. Исследования в этой области уже дали серьезные практические результаты. Если раньше наши комбайны добывали 1—2 тонны угля в минуту и расходовали на добычу тонны топлива около 1 киловатт-часа электроэнергии, то сейчас их производительность достигает 6 — 8 тонн в минуту, а удельные затраты энергии снизились в 2,5—3 раза и составляют 0,3 — 0,4 киловатт-часа. Изучая данные о поведении пласта, удалось выяснить чрезвычайно интересное обстоятельство. Оказывается, в лаве можно создать условия, при которых куски угля сами будут отделяться от пласта! Дело здесь вот в чем. Пока пласт угля не разрабатывался, горные породы окружали его со всех сторон и податься ему было некуда. Существовало некое равновесие сил, действующих на массив угля. Иное дело, когда сверху, снизу, с боков — давление, и лишь с одной стороны, со стороны забоя, образовалась пустота, выработанное пространство. Сюда-то под гнетом горных пород и начинает выжиматься уголь. Явление это так и называют «отжим угля».

Сила отжима столь велика, что уголь по имеющимся в нем микротрещинам сам раскапывается на куски. По мере отделения этих кусков от пласта, горное давление в нем перераспределяется и зона отжима постепенно смещается вглубь. Таким образом, под действием горного давления может раскрошиться весь пласт. Конечно, для каждых конкретных условий будет своя скорость такого самопроизвольного процесса разрушения. Она может быть столь маленькой, что процесс отжима практически не наблюдается, а может достигать такой величины, что нужно лишь успеть выбрать уголь до того, как его засыплют оставшиеся без опоры горные породы. Для защиты от обрушения в подземных выработках   устанавливают крепь. В результате давление породы на пласт меняется, перераспределяется на стойки. Установлено, что чем больше сопротивление крепи, тем меньше проявляется отжим и наоборот. Следовательно, изменяя сопротивление крепи, можно управлять интенсивностью процесса отжима угля. При современной технологии добычи угля, когда в очистном забое находятся люди, увеличивать отжим ослаблением крепи, конечно, недопустимо, ведь это создает угрозу обвала. Более того, в шахтах приходится иногда применять даже дополнительные «противоотжимные» меры, чтобы преждевременно не нарушить целостности пласта, обеспечить безопасные условия работы. С этой целью, например, в Подмосковном угольном бассейне использовались специальные устройства, а в некоторых шахтах ФРГ закачивают в пласт синтетический клей.

И тем не менее идея использования явления отжима угля в сочетании с возможностью регулирования этого природного эффекта, в частности его направленного усиления, должна рассматриваться как перспективная. Ведь уже в настоящее время разрабатывается безлюдная выемка угля, то есть способы его добычи, при которых рабочие в забоях отсутствуют. В этом направлении делаются серьезные шаги. Именно для такой технологии целесообразно создавать агрегаты, которые объединят разрушающую машину (например, кольцевой струг) и механизированную крепь. Регулируя ее сопротивление, удастся повысить степень отжима и тем самым за счет сил природы помочь выемочной машине добывать уголь (явление отжима зачастую развивается, как уже говорилось, довольно медленно и поэтому само по себе не может обеспечить высокоэффективную добычу угля). Ясно, что при такой технологии затраты энергии на разрушение угля будут значительно меньше, чем при использовании существующих сегодня самых современных механизмов.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Если проводимость плазмы велика, но ограниченна, то есть если плазма оказывает некоторое сопротивление электрическому току, то происходит лишь Частичная экранировка нового поля. При этом появляются также силовые линии, соединяющие новые пятна со старыми. Токовый слой имеет ограниченную ширину и более сложную структуру. Отсутствия плазмы и случаем идеально проводящей плазмы. А именно, существует токовый слой, однако не полностью разделяет старое и новое магнитные поля, и имеются силовые линии, соединяющие новые пятна со старыми. В токовом слое происходит непрерывное выделение энергии — нагрев плазмы протекающим по этому слою током. Может случиться так, что ток не поддерживается извне и через определенное время прекращается, токовый слой исчезает. Это может произойти, например, из-за того, что движение магнитных пятен приостановилось, прекратилось изменение магнитного поля и как результат исчезло электрическое поле, которое как раз и создает токовый слой. С исчезновением токового слоя магнитные силовые линии пересоединяются так, как это было бы в фотосфере без плазмы. В таком состоянии запас энергии магнитного поля минимален, а вся ранее связанная с током энергия расходуется на нагрев плазмы и на ее движение в процессе пересоединения.

Движение плазмы вблизи токового слоя  определяется конфигурацией магнитных полей; это движение упрощенно. Плазма втекает в

[smszamok]

токовый слой по его широким поверхностям, как бы вместе с магнитными силовыми линиями. В самом слое магнитные силовые линии пересоединяются — из-за ограниченной проводимости плазмы здесь уже нет вмороженности. И в итоге из каждой вносимой в слой магнитной силовой линии образуются «половинки», так что вместе с «половинками», вносимыми с противоположной стороны слоя, они дают две различные, самостоятельные силовые линии, которые вместе с плазмой выбрасываются из слоя в противоположные стороны. В этом и состоит существо процесса пересоединения. Плазма вместе с магнитными силовыми линиями втекает в токовый слой по его широким сторонам. Каждая силовая линия «рвется» посередине и соединяется с силовой линией, которая находится по другую сторону слоя. При таком «пересоединении» образуются вертикальные силовые линии, которые вместе с плазмой выбрасываются из токового слоя в противоположные стороны.

Итак, реальный токовый слой — это весьма сложное течение плазмы в неоднородном магнитном поле. Энергия, выделяющаяся в токовом слое, расходуется на нагрев атмосферы Солнца и, весьма вероятно, является одной из основных причин повышенного излучения активных областей в различных спектральных диапазонах.

Однако это пока не вспышка. Для вспышки характерно еще более мощное излучение, когда весь запас энергии токового слоя выделяется очень быстро, за несколько минут. До конца причина этого взрыва еще не ясна, однако можно указать наиболее вероятный механизм этого процесса. Как мы уже говорили, в таковом слое происходит непрерывное выделение энергии из-за того, что плазма оказывает определенное сопротивление электрическому току. В условиях спокойно развивающегося слоя это сопротивление имеет ту же природу, что и хорошо известное сопротивление твердых проводников: переносящие электричество электроны сталкиваются с остальными частицами проводника и передают им часть своей кинетической энергии. В результате энергия направленного движения электронов переходит в энергию хаотического движения частиц проводника. Происходит нагрев проводника.

Но в плазме возможен еще и другой механизм сопротивления; он начинает эффективно действовать, когда скорость электронов, создающих ток, превосходит некоторый определенный предел (обычно такой порог — это приблизительно средняя тепловая скорость электронов, но в неоднородной или неравновесной плазме порог может быть и значительно ниже). Быстрый поток электронов возбуждает колебания плазмы подобно тому, как вызывает звуковые колебания в воздухе летящий снаряд. При этом электроны быстро теряют свою энергию, а это значит, что резко возрастает сопротивление электрическому току.

В отличие от обычного, «нормального» сопротивления такое сопротивление, связанное с возбуждением колебаний в плазме, с появлением в ней неупорядоченных движений, турбулентности, называют   аномальным   сопротивлением. Аномальное сопротивление может возникнуть и в токовом слое. Если в слой поступает меньше плазмы, чем из него выбрасывается — а в определенных условиях так и происходит,— то число электронов в слое постепенно уменьшается. Для того, чтобы при меньшем числе электронов существовал достаточно сильный ток, нужно, чтобы эти электроны двигались быстрее. В итоге это как раз и приводит к увеличению скорости упорядоченного движения электронов вплоть до порога, за которым появляется аномальное   сопротивление.

Появление аномального сопротивления в некоторой части токового слоя приводит к тому, что ток начинает быстро затухать и, соответственно, резко растет скорость выделения энергии в токовом слое. При этом как бы происходит разрыв токового слоя: в области аномального сопротивления скорость пересоединения магнитных силовых линий резко увеличивается, а остальные части токового слоя под действием появляющихся магнитных сил с большой скоростью отбрасываются в стороны. Этот механизм выброса плазмы был удачно назван «рогаткой». В самом деле, подобно мальчишеской рогатке, пересоединившиеся магнитные силовые линии, которые в плазме ведут себя, как упругие нити, стремятся сократиться и выбрасывают плазму с большой скоростью   из  области   слоя.   Подобные выбросы плазмы часто наблюдаются на Солнце во время солнечных вспышек.

Не менее важен еще один эффект, возникающий в области разрыва токового слоя. В этой области магнитное поле быстро изменяется, и это, как обычно, ведет к появлению сильного электрического поля. В то же время плазма выбрасывается из области разрыва токового слоя, ее концентрация здесь сильно падает. В такой разреженной плазме электрическое поле сравнительно легко ускоряет заряженные частицы и именно с этим может быть связано появление при солнечной вспышке значительного количества частиц большой энергии. Такое ускорение    частиц    сопровождается    также сильным разогревом плазмы в области аномального сопротивления и появлением над тепловых частиц. Таким образом, в отличие от спокойного токового слоя при его разрыве значительная часть энергии превращается, во-первых, в кинетическую энергию выбрасываемых с большой скоростью потоков плазмы и, во-вторых, в энергию ускоренных над тепловых частиц и появляющихся при сильных вспышках солнечных космических лучей.

Эффект «рогатки». В области разрыва токового слоя возникает сильное вертикальное магнитное поле. Силовые линии имеют форму петель, охватывающих части разорвавшегося токового слоя. Подобно упругим нитям, магнитные силовые линии стремятся сократиться и выбрасывают плазму из слоя в обе стороны с большой скоростью.

Подводя итоги нашему короткому очерку, можно сказать, что солнечные вспышки представляют собой пример процесса в плазме, при котором движение этой плазмы в изменяющемся магнитном поле приводит к возникновению тонких токовых слоев, к концентрации энергии в области этих слоев и в последующем к их разрыву. Разрыв же токового слоя сопровождается выделением значительной части энергии в так называемых нетепловых формах: выбросах сгустков плазмы и ускорении заряженных частиц.

В дальнейшем быстро движущиеся сгустки плазмы порождают ударные волны, которые часто наблюдаются при солнечных вспышках, а быстрые частицы генерируют в окружающей плазме практически весь спектр электромагнитного излучения — от радиоволн до жестких рентгеновских и гамма-лучей. В частности, потоки тепла и быстрых частиц, проникая из области разрыва токового слоя в верхние слои хромосферы, вызывают их разогрев и появление того самого излучения в линиях оптического спектра, которое длительное время было практически единственным наблюдаемым проявлением вспышек. Теперь, благодаря внеатмосферным наблюдениям на ракетах, спутниках и пилотируемых орбитальных станциях, мы знаем, что это далеко не все и даже не главное в энергетическом отношении излучение вспышек. Большая часть энергии излучается в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах (на цветной вкладке в начале статьи приведено изображение солнечной вспышки в ультрафиолетовом диапазоне, полученное на орбитальной станции «Скайлэб»).

[/smszamok]

В заключение отметим еще один момент. Достигнутые успехи в исследовании природы и механизма солнечных вспышек дают хорошую основу для научного прогнозирования этого явления, что, как уже говорилось, имеет важное значение для космической метеорологии — науки о космической «погоде». Уже сейчас можно представить себе, как наземные и внеатмосферные станции слежения за магнитными полями на Солнце будут непрерывно собирать и обрабатывать данные о магнитных полях и электрических токах в атмосфере Солнца, выявлять токовые слои, следить за их развитием и на этой основе выдавать прогнозы вспышечной активности Солнца. Имеются основания ожидать, что благодаря относительной простоте расчета солнечных магнитных полей эти прогнозы могут оказаться более простыми и надежными, чем прогнозы метеорологической обстановки в земной атмосфере,

(Еще не оценили)

Загрузка...

Представим себе, что по команде нам нужно нажать одну из двух кнопок, чтобы включить лампы красного или зеленого цвета. Казалось бы, такую простую задачу можно выполнить мгновенно. Действительно, промежуток времени между командой и нажатием кнопки мал. Однако не бесконечно мал, он измеряется долями секунды. Этот промежуток времени называется латентным периодом или временем задержки. Как влияют на быстроту реакции различные помехи? Оказывается, сильнее всего мешают внутренние раздражители. Если испытуемым предлагали во время опыта повторять таблицу умножения, латентный период у всех участников эксперимента увеличивался почти вдвое. Внешние помехи влияют меньше, включение яркой лампы или внезапный шум увеличивают латентный период на 60—70%. Но в том и другом случае дополнительные раздражители —свет, шум, умножение — создают в больших полушариях головного мозга некое добавочное возбуждение, которое тормозит основное. Дальнейшие эксперименты показали, что отрицательное влияние помех можно частично или полностью преодолеть. Оказалось, что

[smszamok]

после многократного повторения эксперимента (6 раз подряд) наступает адаптация, испытуемый как бы привыкает к помехе и воспринимает ее как некий общий фон эксперимента. Еще меньшее влияние оказывают помехи, если испытуемого предупредить о них. Положительную роль играет также осведомленность испытуемого  о своих результатах.

Если бы Кардан был только позером, он не оставил бы после себя такие замечательные (по свидетельству серьезных ученых) труды, наполненные мудростью и заботой о нуждах людей, как трактаты «О разнообразии вещей», «О тонкости», которые служили пособиями для воспитания многих поколений физиков. Именно в трактате «О тонкости» Кардан высказывает и обосновывает в меру своих возможностей убеждение в несостоятельности идеи вечного двигателя. Но уровень знаний его эпохи не дал ему возможности привести убедительные доказательства. Особенно много проектов вечных двигателей появляется в XVI—XVII веках, в эпоху перехода к машинному производству. Ученые и фантазеры-самоучки, мало или совсем незнакомые с основами физики и механики, пытаются комбинировать простые механизмы в более сложные, но все равно получить от машины больше энергии, чем было затрачено на ее работу, не удается. Если бы конструкторы изучили труды Галилея, они знали бы это заранее. Галилей, как до него Стевин, ставил опыты с рычагами и блоками, наблюдал за скатыванием шаров по наклонной плоскости и пришел к заключению, что с помощью простых механизмов невозможно получить даровую работу.

Здесь уместно подчеркнуть, что ликвидация трения в механизме не превратила бы его в вечный двигатель, не спасла бы идею. Очень долгое движение можно осуществить с помощью большого маховика, вращающегося на хороших шариковых подшипниках. Но если от такого механизма попробовать отобрать энергию, он довольно быстро остановится. Всплеск веры в возможность получить вечный двигатель произошел после изобретения электрических машин. Эта вера окрылила пивовара и физика Джоуля, человека практичного и предприимчивого. Он воспользовался вольтовой батареей и запустил от нее электродвигатель своей собственной конструкции. Батарея очень быстро выдохлась, а Джоуль в итоге пришел к выводу, что лошадь никогда не будет вытеснена электродвигателем, так как прокормить ее дешевле, чем менять цинк в батареях. Эта работа не увенчалась созданием перпетуум-мобиле. Но сыграла огромную роль в исследовании количественных соотношений между теплотой и механической энергией. …Этот ученый родился далеко от научных центров, в заснеженном уголке, где большинство жит-элей вообще ничего не слышали о вечном двигателе, о магнетизме или электричестве.

Но тем не менее в темноте далекого края России зажегся свет любознательности у сына архангельского помора, который стал эпохой русской и мировой науки. Этот мальчик, не слышавший, конечно, о таких великих именах, как Аристотель, Леонардо да Винчи, Ньютон, стал в один ряд с ними, как последний из плеяды универсальных гениев.

Сфера научных интересов Ломоносова обнимает буквально все проблемы естествознания того времени. Его труды открыли первую страницу познания многих явлений природы. Он думал и над загадкой теплоты, но специально проблемой вечного двигателя Ломоносов не занимался. Он считал само собой разумеющейся невозможность осуществления вечного двигателя, и это привело его к всеобъемлющей формулировке закона сохранения, которую Ломоносов дал в 1748 году.

Результаты проведенных исследований выявляют и конкретные различия и принципиальную общность в кодировании слов. В первом случае различные и общие последовательные группировки разрядов обнаружены в разных группах нервных клеток при кодировании одного и того же слова. Во втором — в одной и той же группе нервных клеток, но в паттернах — кодах различных слов общего смыслового поля. Напрашивается вывод: группировки и в том и в другом случае отражают нейрофизиологический механизм (или один из механизмов) объединения элементов системы обеспечения психических процессов. Эти данные проливают свет на один из важнейших аспектов проблемы

[/smszamok]

— на механизм объединения отдельных звеньев, отдельных нейронных популяций в совместно работающую систему. Вместе с тем различия в кодовых формах в разных группах нейронов показывают, что в работе этой системы обязанности кода распределены. Следовательно, 8 представлениях о работе системы должен обязательно учитываться и взаимодополняющий принцип функции  различных ее звеньев.

И сейчас (а особенно в дальнейшем!) эти данные могут рассматриваться как подтверждение выдвинутых нами в 2009 году представлений о взаимодополняющей роли различных звеньев системы мозга, обеспечивающей психическую деятельность. Приоткрылась завеса над важнейшей триадой, лежащей в основе функционирования мозга: структура мозга, ее активность и принцип взаимодействия структур в процессе обеспечения мышления и памяти.

(1голосов, средний: 5,00 out of 5)

Загрузка...

Возьмите железный гвоздь и попробуйте растянуть или согнуть его. Не получается? Повторите те же опыты с резиновой нитью или лентой. Разница налицо! Действительно, для того, чтобы растянуть полоску резины, предположим, на одну сотую ее длины, требуется приложить усилие в 100 000 раз меньшее, чем для такого же растяжения стального гвоздя. Да и не только в силах разница. Полосу резины можно удлинить раз в десять, и она не порвется. Эта способность к растяжению в 1000 раз превосходит растяжимость металлов. Что придает резине такие удивительные свойства? Конечно же, причины нужно искать в строении вещества, в форме молекул. Резиновыми изделиями люди начали пользоваться давно, но вот, как это ни удивительно, теория «растяжимости» резины была создана лишь в 1932 году швейцарцем  Мейером. (Впрочем, и до сегодняшнего дня не на все вопросы в этой области ученые имеют   ответы.)

Основу резины составляет каучук. Каучук состоит из длиннющих полимерных молекул— цепочек атомов углерода, соединенных с атомами  водорода. Некоторые атомы углерода соединены не простыми, а двойными связями. Каждая молекула каучука состоит из нескольких тысяч таких звеньев, и молекулярная масса такого вещества доходит до сотен тысяч. То есть молекула каучука, грубо говоря, в сто тысяч раз тяжелее атома водорода. Каучук — полимер. В природе очень широко распространены  полимерные вещества: это, например, белки, крахмал, целлюлоза. Но все такие полимеры можно разделить на две группы по следующему признаку. Вот, предположим, какой-то белок — гемоглобин или рибояуклеа-за. Любая молекула гемоглобина состоит из 574 звеньев-аминокислот, любая молекула рибонуклеазы содержит 124 аминокислоты. Не то в случае крахмала или каучука. Молекулы того и другого могут иметь различную длину, разную молекулярную массу, содержать разное число звеньев. Поэтому мы говорим лишь о средней молекулярной массе, о средней длине, характерной для большинства  молекул.

А кстати — какова длина «средней» молекулы каучука? Если вытянуть ее в нить, то длина ее будет порядка микрона. Вы можете изготовить «модель» такой молекулы. Возьмите тонкую шелковую нить длиной примерно полметра — она будет передавать соотношение толщины молекулы каучука к ее длине. Вот мы сказали: «Если вытянуть молекулы»… На деле в твердом состоянии или в растворе молекулы многих полимеров имеют вид зигзагообразных кривых. Представление об этом вы получите, если бросите модель-нитку на поверхность воды в тазу: она примет форму причудливой кривой.

Форму молекулы — точнее, некоторые характерные особенности ее формы— можно «предсказать» теоретически. Проделайте такой опыт, напоминающий игру в жмурки. Завяжите вашему товарищу глаза, раскрутите его и попросите сделать шаг. Нанесите на бумагу направление его движения. Снова раскрутите товарища и попросите его шагнуть снова и снова. Так вы получите ломаную линию — геометрическую   модель полимерной молекулы. (Отметим, что в действительности молекулы располагаются в трехмерном пространстве, мы же «работаем» в плоскости, но и плоская модель отражает ту принципиальную сторону дела,   о которой   идет   речь.) Попробуйте измерять, насколько будет удаляться ваш товарищ от исходной точки по мере того как число шагов растет. Величина удаления тоже будет расти, но в среднем этот рост будет пропорционален не числу шагов, как можно было бы предположить, а корню квадратному из числа   шагов. Та же характерная закономерность соблюдается и у молекул резины: в среднем расстояние между концами молекулы пропорционально квадратному корню из числа ее звеньев.

 Эта характерная деталь служит своеобразным признаком «свернутости» молекулы: в самом деле, ведь если бы она была прямой, расстояние между ее концами было бы равно ее длине и пропорционально числу звеньев, а не корню из этого числа! Отдельную молекулу мы моделировали ниткой, но, чтобы изготовить модель вещества, в котором множество молекул, нитки должны быть связаны друг с другом. Роль узлов, скрепляющих отдельные молекулы каучука в резине, выполняют мостики из двух атомов серы. Вводятся эти мостики при вулканизации каучука — обработке его серой при повышенной  температуре.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Сердолик относится к самоцветным разностям халцедона, и из них он, пожалуй, самый известный. В нем, по словам академика А. Е. Ферсмана, «все оттенки красного цвета сливаются в полную чудес сказку». Цвет камня может быть розовым, светло-оранжевым, морковно-красным или темно-красным до лилового. Глубокая просвечиваемость и неравномерность окраски придают ему особую прелесть и привлекательность.

Лучший по качеству во всей Европейской части сердолик встречается в Крыму, на заповедном Карадэге. Здесь одна из бухт так и называется — Сердоликовая. Правда, сердоликов там давно уже нет: разноцветную гальку разобрали на сувениры.

Карадаг очень древний подводный вулкан его называют минеральной жемчужиной, окаменелой сказкой природы. Все здесь   сурово   и   величественно.   Черные   и

К счастью, сердоликовые жилы на Карадаге располагаются на труднодоступных береговых утесах или запрятаны под каменным чехлом осыпей.

В вулканических породах довольно часто встречаются   миндалины — округлые   вытянутые  тела,    по   форме   похожие   на   ядро миндального  ореха,  образовавшиеся в  застывшей вулканической лаве. Первоначально это были пустоты на месте газовых пузырей.   Потом в слепки этих пузырей (их размеры от 3 до 25 сантиметров в  поперечнике)   проникали   пульсирующие   горячие   перенасыщенные   кремнеземом   растворы. В пустотах равномерно концентрическими  слоями  отлагались  и  застывали  выделения халцедона. Если сделать поперечный разрез миндалины,   четко видно,   как концентрическими слоями от периферии к центру    полости    отлагались    слои    разной толщины, разной окраски, разной прозрачший родственник кварца, волокнистая, сталлическая разность его. Под микроскопом хорошо видны тонколучистые, волокна халцедона и кристаллики кварца, расходящиеся радиально из множества центров во все стороны.

Ты в день печали был мне дан. Пускай же в век сердечных ран Не растравит воспоминанье. Прощай, надежда; спи, желанье; Храни меня, мой талисман.

Письма, которые Пушкин получал в Михайловском от Воронцовой, были запечатаны сургучом с отпечатком камня-интальо, таким же, как в его перстне. После новой встречи с Воронцовой в Петербурге в ноябре 1827 года Пушкин написал известное стихотворение «Талисман». На листках черновика поэт поставил пять оттисков сердоликового перстня. Еще восемь лет спустя Пушкин на одном из черновиков нарисовал заветный перстень на указательном пальце левой руки. Поэт носил его и на большом пальце правой руки. Это видно по известному портрету Пушкина, написанному в 1827 году В. А. Тропининым.

В пушкинский перстень был вправлен восьмиугольный сердолик с вырезанной сокращенной надписью на древнееврейском языке: «Симха, сын почтенного рабби Иосифа, да будет благословенна его память». Стиль надписи, по мнению некоторых специалистов, указывает на крымско-караимское происхождение перстня. Надпись на камне, возможно, сделана в ЧуфутКале в Крыму. Сердолик скорее всего   не   местный,  а   с   Ближнего   Востока.

Пушкин не знал, что означает «магическая» надпись на его сердолике, где «слова святые начертала» безвестная рука. Поэт всю жизнь не расставался со своим талисманом. Был он у него на руке и во время    роковой    дуэли.

• В нем таинственная сила!
• Он тебе любовью дан.
• От недуга, от могилы,
• В бурю, в грозный ураган
• Головы твоей, мой милый,
• Не спасет мой талисман.

Сохранились еще и такие данные. В. Б. Пасек встречался с И. С. Тургеневым и так записал его слова: «Я очень горжусь обладанием пушкинского перстня и придаю ему, так же, как и Пушкин, большое значение. После моей смерти я бы желал, чтобы этот перстень был передан графу Льву Николаевичу Толстому как высшему представителю русской современной литературы, с тем, чтобы, когда настанет, и «его час», граф Толстой передал бы мой перстень, по своему выбору, достойнейшему последователю пушкинских традиций между   новейшими   писателями». После смерти Тургенева Полина Виардо передала пушкинский перстень музею Александровского лицея. К сожалению, в марте 1917 года перстень был похищен вместе с другими вещами из музея. Украденные вещи вскоре нашли. Все, кроме пушкинского перстня-талисмана. И сейчас в собрании Всесоюзного музея А. С. Пушкина можно увидеть слепки и отпечатки на сургуче сердоликового перстня и пустой сафьяновый футляр от него. Были сообщения о том, что след перстня-талисмана будто бы недавно отыскался в Италии. Но так ли это? И потом ведь было два подобных перстня с резным сердоликом, второй оставался у графини Воронцовой…

Сегодня сердолику не приписываются какие-либо особые свойства, в том числе и лечебные, И тем не менее этот халцедоновый самоцвет волшебно прекрасен, всегда в моде и всегда любим. Его приятно трогать, на него радостно смотреть. Красивые камни, как цветы, поднимают настроение, приносят праздник, и только в этом их «жар    целебный».

(Еще не оценили)

Загрузка...

Материалы высокой чистоты еще недавно изготовлялись в очень небольших количествах в научных лабораториях для исследовательских целей. В последние два-три десятилетия потребность в них резко увеличилась. Для развития новых отраслей современной техники нужны значительные количества различных веществ особой чистоты. Атомная энергетика одной из первых предъявила невиданные до тех пор требования к чистоте металлов. Ей понадобились материалы с общим содержанием примесей не более 0,03—0,04 процента. Прежде всего речь шла об уране — ядерном горючем. Элементов, обильно захватывающих тепловые нейтроны (гафний, бор, кадмий и некоторые другие), в уране не должно быть больше Ю-3—Ю-4 процента.

Не менее высокие требования предъявляются к чистоте конструкционных материалов, непосредственно не участвующих в ядерной реакции. Цирконий, используемый для

[smszamok]

изготовления внутренних деталей реактора, обладает ковкостью и механической прочностью только при весьма малом содержании примесей. В присутствии кислорода (0,7 процента) он утрачивает эти свойства, а примесь азота (0,01 процента) лишает металл его коррозионной стойкости, но и тщательно очищенный цирконий был вначале забракован для работы в реакторе на том основании, что слишком активно захватывал нейтроны. Только высокочувствительными методами анализа было доказано, что повинен в этом не сам цирконий, а его неизменный спутник в природе гафний, трудноотделимый от него из-за почти полной идентичности свойств. Цирконий реакторной чистоты не должен содержать более 0,01 процента гафния. Развитие реактивной авиации и ракетной техники потребовало целый ряд цветных и редких металлов, обладающих неизвестным до того времени комплексом свойств жаропрочностью (механической прочностью при высоких температурах), жаростойкостью (устойчивостью к окислению при высоких температурах) и пластичностью. Только благодаря глубокой очистке удалось получить пластичные, тугоплавкие и жаростойкие металлы и сплавы на их основе. Особенно вредными примесями в этом случае оказались кислород, азот, водород и углерод. Примеси других элементов (мышьяка, олова, свинца и висмута) могут присутствовать в количествах не более одного грамма на одну или десять тонн жаропрочного металла.

В материалах еще более высокой степени чистоты нуждается промышленность полупроводников. Для производства полупроводниковых приборов требуются, кроме химических элементов особой чистоты, интерметаллические соединения, сульфиды, окислы, селениды и множество других сложных соединений. И в каждом из компонентов содержание контролируемых примесей должно составлять не более Ю-6—Ю-8 процента.-

(Насколько техническое применение полупроводниковых материалов зависит от их чистоты, можно увидеть на примере германия. Открытый в 1866 году, он более полувека числился металлом, так как при той степени очистки был хорошим проводником электричества.) В производстве чистых металлов и полупроводников большую роль играют вспомогательные материалы (графит, кварц), газы (водород, аргон, гелий), вода и химические реактивы. Чтобы не внести в обрабатываемые материалы примусных частиц, все они должны обладать соответствующей степенью чистоты. Поэтому предварительной глубокой очистке необходимо подвергнуть и их. В свою очередь, эти процессы очистки могут быть осуществлены при помощи других чистых веществ. Создается цепочка производств чистых веществ, где с повышением чистоты одного материала эта же задача сразу встает перед смежными производствами. Основным рабочим элементом в современных лазерах служат как монокристаллы (искусственный рубин, фтористый барий, флюорит, двуокись титана и др.), так и жидкости и газы. Общее требование ко всем этим веществам — высокая степень чистоты. Допустимое содержание примесей лежит в пределах Ю-8—Ю-9 процента: это один атом примеси на 1—10 миллиардов атомов основного материала.

Но и это далеко не предел возможной чистоты. Очевидно, в ближайшем будущем микроэлектроника будет нуждаться в материалах, содержащих не более Ю-10 — Ю-12 процента примесей. Самое чистое вещество на нашей планете— германий чистотой 1012—10лз процента — стали получать в начале 70-х годов для приборов, регистрирующих излучения малых энергий. В столь чистом германии один атом примесей приходится на несколько триллионов атомов германия. В материалах глубокой очистки заинтересованы не только отрасли новой техники. Например, примеси в лекарствах могут ослабить их лечебную функцию, и даже стать причиной токсического действия. Примером могут служить антибиотики: они утрачивают свое лечебное действие в присутствии следов цинка.

Для получения веществ высокой чистоты разрабатываются и используются сложные многоступенчатые технологические схемы. Выбор методов очистки определяется как свойствами самого, вещества, так и требованиями к его чистоте. Методы очистки металлов делятся на три группы: электрохимические, химико-металлургические и физические, включающие в себя кристаллофизические. Электрохимические методы. В процессе электролиза водных растворов или расплавов с анодов в электролит переходят очищаемый металл и примеси. В определенном режиме процесса на катоде выделяется лишь очищаемый металл и в некоторых случаях — незначительные количества примесей. Так рафинируют бериллий, галлий, торий, тантал, цирконий, алюминий, медь и т. д.

Химико-металлургические методы, применяемые для очистки многих металлов, включают все способы, использующие химическое взаимодействие примесей или самого очищаемого металла с вводимым реагентом. Это в основном удаление примесей в виде малорастворимых соединений или с образованием летучих соединений очищаемого металла. В последнем случае говорят о транспортных химических реакциях. Они обеспечивают перенос очищаемого металла в виде газообразного соединения в другую зону аппарата, где в условиях иных температур и давлений оно разлагается с выделением металла высокой чистоты. Так очищают титан, цирконий, алюминий, кремний и т.д.

Многие физические методы рафинирования основаны на различной растворимости очищаемого вещества (например, растворимого соединения металла) и примесей в тех или иных жидкостях. Один из таких методов — жидкостная экстракция, когда растворенное вещество избирательно извлекается из одного жидкого растворителя с помощью другого, не смешивающегося с первым, в котором при этом остаются и примеси. Так получают чистые хлориды железа, кобальта, никеля, сурьмы, золота, платины, меди, германия.

Дистилляцией (или перегонкой) можно разделить раствор или расплав на его компоненты, характеризующиеся разными значениями давления паров. Кристаллофизические методы основаны на различии в составе твердой и жидкой фаз при кристаллизации металла из расплава. Примеси при этом остаются в расплаве. Так удается снизить их содержание до Ю-8—Ю-9 процента. Эти методы важны при очистке полупроводниковых материалов и прежде всего германия и кремния, а также очень многих металлов — железа, алюминия и т.д.

До недавнего времени наиболее чистыми веществами считались химические реактивы, используемые для научных исследований и при химических анализах. В таких реактивах содержание основного вещества выражали обычно в процентах, остальное были примеси. По степени чистоты различают реактивы трех квалификаций: чистые, чистые для анализа и химически чистые. С повышением требований к чистоте материалов содержание примесей стали выражать десятыми долями процента — промилле, затем— в «частях на миллион» и равновеликим ей показателем «грамм на тонну». Затем стали пользоваться числом «частей на миллиард» или «миллиграммов на тонну». Сейчас техника очистки близка к применению следующего показателя чистоты— «части на триллион».

[/smszamok]

В Советском Союзе с 1965 года введена новая классификация особо чистых веществ, выражаемая «числом девяток». Чистые вещества разделяют на три класса, и каждый из них, в свою очередь, делится на два — четыре подкласса. В таблице на цветной вкладке цифры, стоящие за буквенным обозначением класса чистоты, соответствуют числу девяток после запятой в содержании основного компонента (или количеству нулей в числе, определяющем сумму анализируемых примесей).