Путешествие в Страну элементов

Ядерное горючее — уран, плутоний или торий — загружается в реактор в металлических оболочках. Есть и другие металлические конструкции, находящиеся в активной зоне реактора. Конструктивный материал должен не мешать медленным нейтронам совершать свою работу по раскалыванию ядер, то есть, как говорят специалисты, иметь небольшое сечение захвата тепловых нейтронов. Иттрий как раз имеет малое сечение захвата. Да к тому ж он легок и прочен. Все это выдвигает элемент № 39 в первый ряд конструкционных материалов для атомной техники.

А вот лантаноиды гадолиний и европий имеют большое сечение захвата тепловых нейтронов. Тоже ценно! Они позволяют решить более успешно проблему биологической защиты. Американские ученые считают, что вместо толстых плит можно будет делать тонкие, легкие. А ведь громоздкая, тяжелая биологическая защита — одно из серьезных препятствий на пути проникновения атомного двигателя в авиацию.

Но не только атомная техника признала редкие земли. Металлурги установили, что смесь этих элементов — так называемый мишметалл — оказывает благотворное влияние на нержавеющие стали: повышает их прокатываемость (больное место большинства марок) и коррозионную устойчивость.

Выяснилось, что, например, окиси празеодима, церия, лантана обладают высокой термоэлектродвижущей силой. При нагревании до температур 500–750 градусов они становятся электробатареями, дающими напряжение до 1,4 вольта.

Иттрий проявил себя как отличный геттер — поглотитель газов, выделяющихся в условиях глубокого вакуума. А глубокий вакуум, как и высокие давления, — это ультрасовременное, непрерывно совершенствуемое оружие науки и техники, волшебный ключ к разгадке многих тайн природы, созданию поразительных приборов, проведению необычайных процессов. В обеспечении сверхглубокого разрежения кровно заинтересованы исследователи высокотемпературной плазмы, термоядерных реакций. Нужен надежный вакуум и конструктору гироскопа — автоматического поводыря космических кораблей. И творцам электронных ламп, кинескопов. И синхрофазотрону…

Более скромны и земны возможные применения церия. Совместная работа Центрального научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института, Государственного института редких металлов и Горьковского автозавода показала, что этот элемент заметно улучшает чугун, из которого автозаводы льют коленчатые валы.

На совещании по применению редких элементов, которое состоялось в 1962 году в Свердловске, рассказывалось о том, что большой интерес проявляется сейчас машиностроением к цирконовым концентратам. Они оказались великолепным противопригарочным средством. Применение их позволяет вдвое сократить число обслуживающего персонала формовочных отделений литейных цехов. Отливки получаются с чистой поверхностью, и обрубочные операции сводятся к минимуму. Уже многие заводы Украины и Российской Федерации используют цирконовые концентраты для этих целей.

А что, если «одаренный природой» элемент бор соединить с редкоземельными? Эта счастливая мысль помогла химикам-неорганикам найти очень ценные для радиоэлектроники материалы. Бориды редкоземельных металлов, особенно гексаборид лантана, обладают способностью при нагреве выбрасывать чрезвычайно большое количество электронов, иначе говоря — высокими термоэмиссионными свойствами. Боридные катоды отлично работают в условиях низких давлений, могут эксплуатироваться при больших напряженностях поля; их свойства не ухудшаются от ионной бомбардировки.

Если сравнительно недавно практика вяло реагировала на предложения неорганики добывать редкоземельные элементы, то теперь она обвиняет химиков, что те вяло совершенствуют способы производства этих труднодоступных элементов, что редкие земли еще непростительно дороги, что их мало. Впрочем, спрос появился еще далеко не на все лантаноиды. Но со временем, когда станет более ясно, в чем их польза, спрос появится. Иначе быть не может. Неприменяемые ныне элементы — это двери в будущее, пока плотно закрытые. И нет на свете интереснее и важнее того, что за ними. А значит, кто-то уже настойчиво ищет соответствующие ключи.

Выступая в Праге на Международном симпозиуме по планированию науки, академик П. Л. Капица говорил, в частности, о том, что «нет еще количественной теории, которая бы связывала свойства вещества — например, механические, способность противостоять окислению в условиях высоких температур и другие — с его химическим составом и физической структурой, хотя природа сил между атомами хорошо известна.