To już ostatnia część podręcznika opisującego eksperymenty z pomocą zestawu U-238 Atomic Energy Lab firmy A.C. Gilbert.
ROZDZIAŁ IV
FILMY I KRYSZTAŁY
Opisaliśmy kilka sposobów wykrywania promieni alfa, beta i gamma. Użyliśmy licznika Geigera, elektroskopu i komory mgłowej do wykonania różnych pomiarów zasięgu promieni i ich mocy penetrującej. Teraz chcemy przyjrzeć się tym promieniom w nieco inny sposób. Chcemy zobaczyć, jak wpływają one na film fotograficzny. Później w tej sekcji odkryjesz, jak wpływają one na niektóre kryształy. Opiszemy teraz kilka eksperymentów, które obejmują wykorzystanie filmu fotograficznego. Wspomnimy coś o jego pozyskiwaniu i przetwarzaniu. Czułość zwykłego filmu jest bardzo niska w przypadku promieni beta i gamma, a jeśli spróbujesz przeprowadzić eksperymenty z takim filmem, okaże się, że jego naświetlanie zajmuje bardzo dużo czasu.
FILMIK RENTGENOWSKI
Twój dentysta jednak regularnie używa klisz rentgenowskich w swojej pracy. Być może miałeś zrobione zdjęcie rentgenowskie zęba i zauważyłeś, że musiałeś trzymać za nim mały, biały prostokąt z tektury. To opakowanie nazywa się pakietem stomatologicznym i zawiera mały fragment kliszy rentgenowskiej o wymiarach 1-1/4 x 1-3/4 cala. Jest on zabezpieczony przed światłem dzięki zamknięciu w papierowym pojemniku.
Odwiedź swojego dentystę (samodzielna wizyta u dentysty może zapoczątkować nowy trend w historii stomatologii!) i poproś go o kilka saszetek. Saszetki można również otrzymać w sklepie z artykułami medycznymi. Firma AC Gilbert Company nie mogła załączyć filmu do zestawu Laboratorium Energii Atomowej, ponieważ ciągła ekspozycja na źródła radioaktywne powodowałaby jego zamglenie.
WYWOŁANIE FILMÓW
Technika wywoływania filmów jest bardzo prosta i szczególnie przydatna w eksperymentach z radioaktywnością. Jeśli nie znasz tej techniki, zachęcamy do zakupu kilku niezbędnych akcesoriów i spróbowania swoich sił w jej obsłudze. Jeśli jednak wolisz tego nie robić, możesz zlecić wywołanie filmu. Twój lokalny fotograf wywoła film za Ciebie lub możesz poprosić o to swojego dentystę. Zdecydowanie bardziej pouczającą metodą jest jednak samodzielne wykonanie tej czynności.
ZDJĘCIE PROMIENI GAMMA
Weź źródło promieniowania gamma i umieść pod nim grubą podkładkę ołowianą (taką, jakiej używają hydraulicy) lub inny przedmiot, który chcesz sfotografować. Przedmiot musi być gęsty i nie powinien zakrywać całej powierzchni pakietu stomatologicznego. Umieść pakiet stomatologiczny (niektóre pakiety mają cienką folię ołowianą obok filmu; ta strona powinna być odsunięta od źródła) pod podkładkę. Przytrzymaj pakiet ciężkim ciężarkiem lub imadłem.
40
Dobrze byłoby przymocować te trzy przedmioty taśmą klejącą do małej deski. Możesz również wykonać dwa zdjęcia jednocześnie, umieszczając po drugiej stronie inny przedmiot (np. klucz) i film, dzięki czemu źródło promieniowania posłuży jako wypełniacz do „kanapek”. Teraz umieść aparat w miejscu, w którym nie będzie naruszony. Po 24 godzinach wyjmij pakiety dentystyczne i wywołaj je. Powinieneś zobaczyć cień podkładki lub przedmiotu odciśnięty na negatywie. Jeśli używasz filmu innego niż rentgenowski, naświetlanie potrwa znacznie dłużej.
NARAŻENIE
Aby określić optymalną ekspozycję, możesz wykonać dwa dodatkowe eksperymenty. Zamiast podkładki użyj kilku małych arkuszy ołowianych lub żelaznych, każdy krótszy od drugiego, tak aby promienie ze źródła promieniowania gamma musiały przejść przez różne grubości metalu, aby dotrzeć do filmu. Następnie powinieneś uzyskać zdjęcie promieniowania gamma pokazujące przejścia przez poszczególne warstwy metalu na filmie.
Jeśli chodzi o czas naświetlania, można użyć serii pakietów stomatologicznych, naświetlając je w różnych odstępach czasu i obserwując stopień zaczernienia uzyskiwany dla każdego czasu naświetlania. Aby uzyskać jednorodne rezultaty w porównaniu tych negatywnych zaczernień, należy wywołać wszystkie filmy jednocześnie. W przeciwnym razie istnieje ryzyko uzyskania różnych stopni zaczernienia poprzez nadmierne lub niedostateczne wywołanie poszczególnych filmów.
Na rysunku 4-1 przedstawiono zdjęcie cienia klucza wykonanego w podobny sposób, jak zrobiłeś swój. Zdjęcie to wykonano, umieszczając klucz między filmem a rudą blendy smolistej. Widać wyraźnie, jak emitowane cząsteczki fotografują klucz. Rysunek 4-2 przedstawia przykład tego, co można zrobić we własnym laboratorium energii atomowej. Zdjęcie to wykonano przy użyciu źródła beta, koła zębatego i filmu.
Rysunek 4.1.
JAK PRZENIKAJĄ PROMIENIE.
Tryb fotografii cieniowej z promieniami przenikliwymi emitowanymi z rudy uranowej pochodzącej z kopalni Caribou. Negatyw zamknięto w czarnej kopercie, nałożono na niego klucz, a na wierzch położono kawałek rudy. Po trzech dniach wywołano negatyw. Ten eksperyment jest kopią eksperymentu przeprowadzonego przez Becquerela w 1896 roku.
Zdjęcie dzięki uprzejmości The Canadian Radium and Uranium Corp.
41
RADIOGRAFIA BETA
Stworzenie prawdziwego radioautografu nie jest łatwe, ponieważ wymagałoby to pracy z materiałami radioaktywnymi w roztworze, co jest nieopłacalne. Możesz jednak przeprowadzić kilka eksperymentów ze źródłem beta i przynajmniej jeden z nich może symulować radioautograf.
Jako pierwszy i stosunkowo prymitywny eksperyment, weź pasek lub dwa z jakiegoś metalu (wystarczy ołów lub miedź), uformuj je w kształt krzyża nad źródłem promieniowania beta, a następnie umieść na nim pakiet dentystyczny. Użyj taśmy klejącej, aby mocno zamocować „kanapkę” i odczekaj około 24 godzin na naświetlanie. Następnie wywołaj film jak poprzednio i zauważ, że promienie beta zostały zatrzymane przez ołowiany krzyż, pozostawiając wyraźny wzór krzyża na zaciemnionym filmie.
Nie zdziw się, jeśli film nie stanie się bardzo ciemny, ponieważ potrzeba około 50 000 cząstek beta, aby uzyskać zauważalne przyciemnienie nawet na bardzo małym fragmencie filmu. Twoje źródło promieniowania beta jest rozległe i ma powierzchnię około 20 cm², dlatego emisja wystarczającej liczby cząstek beta, aby przyciemnić film, zajmuje sporo czasu. Powtórz eksperyment, używając źródła promieniowania gamma i porównaj wyniki.
AUTORADIOGRAFY
Możliwe jest wykonanie filmów lub płyt szczególnie wrażliwych na promieniowanie beta. W rzeczywistości autoradiograf to po prostu zdjęcie rentgenowskie, na którym źródło promieniowania jest rozproszone w całym obiekcie, stanowiąc w ten sposób radioaktywny „autoportret”.
Rozważmy na przykład życie morskie zamieszkujące lagunę Bikini, gdzie pod powierzchnią wody wybuchła bomba atomowa. Niektóre ryby żywiące się małymi ciałami morskimi gromadziły ślady radioaktywnego pyłu, będące produktami wybuchu bomby.
ZDJĘCIE RENTGENOWSKIE PROMIENI BETA PRZEKŁADNI
Zdjęcie to wykonano przy użyciu przekładni, filmu i źródła promieniowania beta z laboratorium energii atomowej.
42
FOTOGRAFIA I RADIOAUTOGRAF RYBY BIKINI
(a) Zdjęcie górne to konwencjonalna fotografia ryby damsel z laguny Bikini.
(b) Zdjęcie dolne wykonano umieszczając rybę na kliszy rentgenowskiej. Osady radioaktywne w rybach są wyraźnie widoczne na powstałym negatywie. Zdjęcia dzięki uprzejmości Uniwersytetu Waszyngtońskiego
Rysunek 4-3 przedstawia autentyczne zdjęcie ryby damsel złowionej w lagunie Bikini. Po umieszczeniu ryby na kliszy fotograficznej, wykonała ona własne (stąd „auto” w słowie „radioautograph”) zdjęcie, które jest przedstawione na rysunku 4-3.
Wniosek jest taki, że ryba Damsel gromadziła materiał radioaktywny w swoim przewodzie pokarmowym. Mniejsze białe plamki na górnych płetwach i ogonie wskazują na obecność cząstek radioaktywnych na ciele ryby.
Na rysunku 4-4 zobaczysz, jak wykonuje się zdjęcie rentgenowskie na skalę komercyjną. Zdjęcie to pokazuje, jak za pomocą źródła promieniotwórczego i kliszy fotograficznej można wykryć wady materiałowe.
43
Rysunek 4-4.
USTAWIENIE DO KOMERCYJNEJ RADIOGRAFII.
Źródło radiokobaltu-60 jest zawieszone w środku korpusu lampy. Na zewnątrz korpusu umieszczona jest klisza fotograficzna.
Dzięki uprzejmości Komisji Energii Atomowej
WYKRYWANIE PROMIENIOWANIA ZA POMOCĄ KRYSZTAŁÓW
Omówimy teraz działanie promieniowania na niektóre kryształy. Od najdawniejszych czasów wiedziano, że ekran pokryty warstwą specjalnych kryształów będzie świecił pod wpływem promieni rentgenowskich. Świecenie to nazywane jest fluorescencją lub często luminescencją i występuje tylko w niektórych kryształach, takich jak siarczek cynku. Tarcze zegarków typu luminescencyjnego są pokryte mieszaniną siarczku cynku i radu.
Cząsteczki alfa emitowane przez rad aktywują maleńkie kryształy i wytwarzają błysk światła widzialnego. Możemy to zaobserwować za pomocą spintaryskopu, który jest dostępny w Laboratorium Energii Atomowej.
Rysunek 4-5.
SCHEMAT SPINTARYSKOPU
SPINTARYSKOP
Ten niewielki, rurkowaty instrument z gumowym okularem wygląda znacznie mniej imponująco niż niektóre inne instrumenty do badań atomowych, ale w historii nauki odegrał ważną rolę. Lord Rutherford, słynny brytyjski fizyk, przeprowadził swoje pierwsze eksperymenty nad strukturą atomu, używając ekranów fluorescencyjnych jako detektorów cząstek alfa.
Nasz spintaryskop (patrz rysunek 4-5) to metalowa rura z ekranem z siarczku cynku na jednym końcu i soczewką w środku. Będziesz w stanie wykryć obecność cząstek alfa, wykonując następujący eksperyment.
CHŁOPIEC DEMONSTRUJĄCY UŻYCIE SPINTARYSKOPU
45
BŁYSKI NA EKRANIE
Do przeprowadzenia tego eksperymentu konieczne jest przyzwyczajenie oka do niemal całkowitej ciemności, dlatego eksperyment należy przeprowadzić w zaciemnionym pomieszczeniu. Jeśli po prostu wyłączysz światło i spróbujesz od razu wykonać ten eksperyment, nie uzyskasz żadnych rezultatów, ponieważ oko potrzebuje trochę czasu, aby przyzwyczaić się do ciemności.
Prawdopodobnie zauważyłeś, że wchodząc do zaciemnionego teatru, początkowo nic nie widzisz (zwłaszcza jeśli wchodzisz z jasnego, dziennego światła), a potem stopniowo wszystko zaczyna się układać i widzisz całkiem dobrze. Być może zauważyłeś również, że starsi ludzie wydają się poruszać niezdarnie, nie widząc w ciemności, długo po tym, jak młodsi przywykli do braku światła. Przekonasz się, że twoje oko potrzebuje kilku minut, aby się przyzwyczaić, ale nie zniechęcaj się, jeśli ten proces potrwa znacznie dłużej, zwłaszcza jeśli jesteś w starszym wieku.
Weź źródło promieniowania alfa, umieść je ściśle na końcu ekranu spintaryskopu, a następnie spójrz w okular. (Patrz rysunek 4-6). Jeśli twoje oko jest dobrze zaadaptowane do ciemności, powinieneś zobaczyć na ekranie kilka drobnych zielonkawych błysków (scyntylacji). Początkowo możesz mieć trudności z ich dostrzeżeniem, ponieważ nie jesteś przyzwyczajony do skupiania wzroku w ciemności. Spróbuj skupić wzrok na ekranie. Jeśli nic nie zobaczysz, prawdopodobnie twoje oczy wymagają dalszej adaptacji i powinieneś odczekać pięć lub dziesięć minut przed ponowną próbą eksperymentu.
Aby upewnić się, że te drobne błyski rzeczywiście są wytwarzane przez cząstki alfa ze źródła promieniowania alfa, można wsunąć kartkę papieru między źródło a ekran. Błyski powinny ustać, co dowodzi, że za efekt odpowiadają cząstki alfa.
Spintaryskop wykryje również promieniowanie alfa z rud radioaktywnych. Aby to zrobić, wystarczy wykonać tę samą procedurę, co w innych eksperymentach, używając licznika Geigera i elektroskopu.
Promienie beta i gamma są mniej skuteczne w wywoływaniu błysków w Twoim spintaryskopie.
46
ROZDZIAŁ V
ATOM PRACUJE DLA POKOJU
Teraz, gdy znamy już niektóre cząstki emitowane przez materiały radioaktywne, zajmiemy się nimi nieco bliżej. Tym razem nie będziecie fizycznie pracować z instrumentami z Laboratorium Energii Atomowej w poszukiwaniu nieuchwytnych promieni alfa, beta i gamma, ale raczej pokrótce zgłębicie dziedziny nauki, w których wykorzystywane są te małe cząstki radioaktywności.
Zobaczymy, jak wygląda rozbijacz atomów, jak działa aparat wysokiego napięcia i tym podobne. A potem zobaczymy, jak energia atomowa jest wykorzystywana w medycynie, rolnictwie i przemyśle.
Naukowcy to ludzie, którzy z niezwykłą pasją zgłębiają sekrety natury i zastanawiają się nad tym, co odkryją. To, co tu widzicie, nie jest efektem pracy jednego człowieka ani jednego dnia, ale wysiłków wielu ludzi na przestrzeni tysiąca lat. Nawet to może być początek innych, znacznie lepszych rzeczy. Ale teraz przyjrzyjmy się, co rozwinęło się w nauce o energii atomowej.
Współcześni naukowcy, dążąc do zrozumienia atomu i jądra atomowego, w dużej mierze opierają się na wysoce technicznej i skomplikowanej aparaturze. Znaczna część ich aparatury jest zaprojektowana do bombardowania atomu metodami sztucznymi. Badają wpływ tego bombardowania na atom, poznając w ten sposób sekrety samego atomu.
Bombardowania atomowe i jądrowe wymagają pewnych metod pozyskiwania cząstek o dużej prędkości. Zazwyczaj uzyskuje się je za pomocą bardzo wysokich napięć lub silnych magnesów. Jednym z pierwszych takich urządzeń był generator Van de Graaffa.
Rozbijacze atomów
Profesor Van de Graaff z Massachusetts Institute of Technology opracował bardzo pomysłową metodę wytwarzania wysokiego napięcia, która dzięki wielu cechom idealnie nadaje się do badań fizycznych.
Zdjęcie i schemat maszyny Van de Graaffa przedstawiono na rysunkach 5-1 i 5-2. Choć maszyna ta wygląda imponująco, jej zasada działania jest wcale prosta. W rzeczywistości, teoretycznie, jest ona niezwykle prosta. W typowej maszynie Van de Graaffa duży porcelanowy (izolacyjny) cylinder podtrzymuje metalową kulę.
Wewnątrz tej konstrukcji znajduje się długi pas bez końca, który biegnie w górę i w dół po dwóch kołach pasowych. Koła te są wprawiane w ruch przez silniki o dużej prędkości, które wprawiają izolacyjny pas w ruch obrotowy z prędkością 70 mil na godzinę.
47
Rysunki 5-1, 5-2.
ZDJĘCIE I SZKIC ROZBIJACZA ATOMÓW FIRMY WESTINGHOUSE.
Po lewej stronie przedstawiono zarys, a po prawej rysunek maszyny.
Dzięki uprzejmości Westinghouse Research Laboratories.
48
W rzeczywistości taśma to nic innego jak przenośnik ładunków elektrycznych. Taśma zbiera ładunek ujemny na dole (natryskiwany przez generator) i przenosi go do góry, gdzie jest on zbierany przez specjalny zestaw szczotek wyładowczych. Ładunek ujemny jest rozprowadzany na dużej kuli, podczas gdy ładunek dodatni spływa po drugiej stronie taśmy i ulega uziemieniu. W ten sposób na kuli gromadzą się duże ilości ładunków ujemnych, a w rezultacie maszyna ładuje się do wysokiego napięcia.
PRZYSPIESZONE ELEKTRONY
Maszyny takie jak generator Van de Graaffa w połączeniu z innymi urządzeniami są często używane do przyspieszania elektronów do prędkości zbliżonych do prędkości światła.
Elektron poruszający się z prędkością 99,9% prędkości światła nie ma już takiej samej masy jak wtedy, gdy pozostawał w bezruchu. Jego nowa waga jest 22 razy większa niż normalna. To nie jest wyimaginowany wzrost wagi ani marzenie jakiegoś fizyka teoretycznego; to całkiem realne zjawisko.
Wzrost masy można w rzeczywistości dokładnie zmierzyć, a pomiary te pokazują, że im szybciej porusza się obiekt, tym więcej waży. W przypadku zwykłych obiektów, z którymi stykamy się na co dzień, takich jak pędzący pociąg, efekt ten nie jest zauważalny, ponieważ prędkość pociągu jest znikoma w porównaniu z prędkością światła.
Dopiero wkraczając w sferę cząstek atomowych, napotykamy zjawisko zwane relatywistycznym wzrostem masy. Teoria względności profesora Einsteina przewiduje, że masa cząstek atomowych o dużej prędkości powinna wzrastać. Nie będziemy zagłębiać się w tę teorię; wystarczy, że zrozumiemy, iż wzrost masy jest rzeczywisty i stanowi barierę w przyspieszaniu cząstek do bardzo wysokich energii w cyklotronie.
Być może zainteresuje Cię fakt, że w Twoim telewizorze elektrony uderzające w ekran fluorescencyjny są o około 5% cięższe, gdy uderzają w ekran, niż gdy wylatują z rozgrzanego żarnika wewnątrz lampy. Elektrony przyspieszane w lampie rentgenowskiej o napięciu 500 000 woltów ważą w rzeczywistości około dwa razy więcej, gdy uderzają w tarczę lampy, niż gdy wylatują z żarnika.
Rysunek 5-3 przedstawia zdjęcie ogromnego supercyklotronu o średnicy 184 cali, zwanego synchrocyklotronem, który został zbudowany wysoko na wzgórzu z widokiem na Zatokę San Francisco. Ta duża maszyna, podobnie jak mniejsze cyklotrony, posiada magnes w kształcie jarzma i ogromne cewki magnetyczne, które wytwarzają pole magnetyczne. Odstęp między biegunami jest tak duży, że można przejść między biegunami.
Podczas pracy maszyny wytwarzana jest duża ilość promieniowania przenikliwego, dlatego całe urządzenie musi być osłonięte betonem, aby chronić personel w pobliżu. W tym celu używa się ogromnych bloków betonu.
49
ZASTOSOWANIA ENERGII ATOMOWEJ
W dużej skali eksplozja bomby atomowej U235 jest najbardziej sensacyjna; jednak w bardzo małej skali eksplozja niewielkich ilości radioizotopów jest dla naukowców równie sensacyjna.
Kiedy radioizotop, taki jak radiofosfor, rozpada się i emituje promieniowanie, daje fizykom, chemikom, biologom i technikom niezwykle skuteczne narzędzie do śledzenia tajemnic natury. To właśnie w naukach biologicznych radioizotopy znalazły największe zastosowanie.
MEDYCYNA WYKORZYSTUJE ATOM
Rozważmy na przykład śledzenie próbki chlorku sodu wstrzykniętej do organizmu człowieka. Oznaczając cząsteczkę NaCl radiosodem (radiosod ma okres półtrwania 14,8 godziny i emituje zarówno promieniowanie beta, jak i gamma) oraz mierząc promieniowanie emitowane przez radiosod, można śledzić obecność chlorku sodu w organizmie.
Rysunek 5-3.
SYNCHROCYKLOTRON BERKELEY O ŚREDNICY 184 CALI
Zdjęcie dzięki uprzejmości Radiation Laboratory, University of California
50
Fizjolodzy odkryli, że sól wstrzyknięta do organizmu trafia do żył, do komórek ciała i jest przekształcana w pot przez gruczoły potowe. Pojawia się na powierzchni skóry w zadziwiającym czasie krótszym niż minuta. Tylko dzięki oznaczonym atomom sodu można prześledzić tak szybki proces reakcji.
Jako kolejny przykład zastosowania atomu w medycynie, radiosód jest używany do śledzenia krążenia krwi w organizmie. Jest to szczególnie przydatne w przypadkach utrudnionego krążenia. Rysunek 5-4 ilustruje graficznie technikę stosowaną do śledzenia krążenia krwi.
PRZEMYSŁ WYKORZYSTUJE ATOM
Zastosowanie radioizotopów nie ogranicza się do medycyny. W przemyśle radioizotopy służą nie tylko do badania procesów przemysłowych, ale często służą również do ich kontrolowania. Przeprowadzono wiele badań nad strukturą, korozją, tworzeniem stopów i tarciem metali. Na przykład, radiożelazo wytwarzane w pierścieniu tłokowym zostało wykorzystane do analizy tarcia poruszającego się tłoka. Wykorzystując łatwo absorbowane promieniowanie emitowane z
ENERGIA ATOMOWA W MEDYCYNIE, DETEKCJA KRĄŻENIA KRWI
51
Dzięki izotopom beta-aktywnym grubość folii i arkuszy można mierzyć bez dotykania materiału.
Przemysł stalowy znalazł zastosowanie dla radioizotopów w badaniach nad kontrolą procesu produkcji surówki. W przemyśle poligraficznym radioizotopy mogą być używane do pomiaru ilości farby nakładanej na papier.
Naukowcy zajmujący się ropą naftową również odkryli szerokie zastosowanie radioizotopów. Wykorzystując radiowęgiel, Shell Oil Company i California Research Corporation były w stanie śledzić zmiany zachodzące w ropie naftowej podczas jej przepływu przez nowoczesną rafinerię. Szczelne źródła materiałów radioaktywnych są wykorzystywane do określania poziomu cieczy w zbiornikach bez okien (rysunek 5-5). Technikom udało się nawet określić natężenie przepływu niektórych cieczy przez metalowe rury, wykorzystując techniki radiacyjne.
ROLNICTWO WYKORZYSTUJE ATOM
Radioizotopy zyskują coraz większe znaczenie w badaniach rolniczych i przetwórstwie żywności. Na przykład, przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad skutecznością nawozów jako źródła pożywienia dla roślin. Każdego roku amerykańscy rolnicy wydają ponad pół miliarda dolarów na nawozy, dlatego niezwykle ważne jest, aby wiedzieć, jak rośliny je wykorzystują.
ENERGIA ATOMOWA W PRZEMYŚLE, WSKAŹNIK POZIOMU CIECZY
Dzięki uprzejmości Komisji Energii Atomowej
52
Rycina 5-6.
BADANIE WPŁYWU PROMIENIOWANIA GAMMA NA WZROST ROŚLIN.
W centrum pola na słupie umieszczono silne źródło promieniowania rodiokobolt. Rośliny uprawiane są w rzędach w kształcie okręgu wokół źródła, tak aby otrzymywały różne dawki promieniowania gamma.
Zdjęcie dzięki uprzejmości Brookhaven National Laboratory
Jedno z badań wykazało, że kukurydza maksymalnie wykorzystuje fosfor z nawozu we wczesnym okresie wzrostu. Inne badanie wykazało, że ziemniaki wykorzystują fosfor przez cały okres wegetacji. Jeszcze inne badania ujawniają, że sposób stosowania nawozu ma często bardzo duże znaczenie. Na przykład fosfor wydaje się spowalniać wzrost ziemniaków, gdy jest umieszczony bardzo blisko sadzeniaków.
Departament Rolnictwa jest bardzo zainteresowany badaniem, w jaki sposób choroby roślin i szkodniki rozwijają się i atakują uprawy. W związku z tym radioizotopy są stosowane w znakowanych fungicydach, takich jak siarka i DDT, w celu określenia działania tych związków.
Jednocześnie prowadzone są badania z wykorzystaniem znaczników, aby dowiedzieć się, jak najefektywniej produkować mleko, jaja i mięso. Rządowe stacje doświadczalne, współpracujące z uniwersyteckimi jednostkami badawczymi, osiągają znaczne postępy w tych badaniach.
NARAŻANIE ROŚLIN NA PROMIENIOWANIE
Kolejny kierunek badań w dziedzinie badań nad roślinami polega na wystawianiu roślin na bezpośrednie promieniowanie źródeł radioaktywnych. Pracownicy Brookhaven National Laboratory zamontowali intensywne źródło radiokobaltu na polu (patrz rysunek 5-8) i zasadzili rośliny w różnych odległościach od źródła. Radiokobalt umieszczono na słupie w centrum pola, a rośliny ułożono w regularne, koliste wzory. W ten sposób niektóre rośliny znajdujące się blisko źródła otrzymują duże ilości promieniowania, podczas gdy te położone dalej otrzymują proporcjonalnie mniejsze dawki. Następnie można badać wpływ promieniowania na rośliny, porównując je z roślinami na skraju pola, które otrzymują bardzo mało promieniowania gamma.
53
Rysunek 5-7.
PIERWSZY REAKTOR ATOMOWY.
Zbudowany na korcie do squasha Uniwersytetu Chicagowskiego, pierwszy na świecie wybuch reakcji łańcuchowej miał miejsce 2 grudnia 1942 roku. Powyżej przedstawiono sześcienny układ bloków grafitowych, w których osadzono metaliczny uran i tlenek uranu. Po prawej stronie najwyższego szczebla drabiny widoczny jest pręt sterujący.
Zdjęcie Armii USA, dzięki uprzejmości Departamentu Obrony.
POSTĘPY W NAUKACH PODSTAWOWYCH
Obecnie dokonuje się znaczący postęp w naszym zrozumieniu fundamentalnej fizyki cząstek jądrowych. W czasie wojny zaniedbano w dużej mierze to, co nazywamy badaniami podstawowymi. Przed wojną nauka była wystarczająco zasilona podstawowymi faktami, aby można było skupić się na rozwoju i inżynierii. Produkty końcowe, takie jak bomba atomowa, zapalnik zbliżeniowy i radar, miały swoje korzenie w podstawowej wiedzy zdobytej przed wojną.
Dzięki temu fundamentalnemu zapleczu fizycy, chemicy i inżynierowie mieli dość solidną podstawę do dalszych działań. Jednak tempo badań i rozwoju w czasie wojny stało się tak duże, że często naukowcy byli zmuszeni działać w ciemno z powodu braku podstawowej wiedzy.
54
ELEKTROWNIE JĄDROWE
Można się spodziewać, że pierwsze praktyczne elektrownie jądrowe zostaną wykorzystane jako jednostki stacjonarne, aby zademonstrować praktyczność tego nowego źródła energii. Zarówno Marynarka Wojenna, jak i Siły Powietrzne będą priorytetowo zgłaszać zapotrzebowanie na elektrownie, które mogą być wykorzystywane do napędu. Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych zawarła już umowę z Westinghouse Corporation i podobno ukończyła wstępny projekt reaktora jądrowego do zasilania okrętu wojennego. Prawdopodobnie minie od 2 do 5 lat, zanim zostanie odsłonięty stos napędowy marynarki wojennej.
Jeśli powstanie niezawodna jednostka napędowa, możemy się spodziewać, że Marynarka Wojenna zechce wykorzystać pale do zasilania swojej floty podwodnej. Okręt podwodny ma bardzo ograniczone możliwości w zakresie konwencjonalnych metod napędu, ale z reaktorem jądrowym jako źródłem energii, można by zbudować prawdziwy okręt podwodny.
Przez prawdziwy okręt podwodny rozumiemy taki, który może pozostawać w zanurzeniu niemal bez końca i szybko poruszać się po dnie. Taki okręt podwodny miałby naprawdę ogromną przewagę nad okrętem napędzanym silnikami diesla i elektryczności. Nowoczesny okręt podwodny z baterią energetyczną o mocy 25 000 kilowatów jako głównym źródłem energii mógłby pływać miesiącami bez konieczności tankowania, a ponadto dysponowałby dużą prędkością podwodną, niezbędną do skutecznej taktyki bojowej.
Stos energetyczny o mocy 25 000 kilowatów nie byłby zbyt ciężki i można by go bez zbędnych problemów zamontować na okręcie podwodnym. Rysunek 5-8 przedstawia artystyczną wizję okrętu podwodnego o napędzie atomowym.
W dziedzinie energetyki jądrowej do produkcji energii elektrycznej poczyniono ogromne postępy. Jednak minie prawdopodobnie kilka lat, zanim paliwo jądrowe będzie mogło konkurować z węglem. Co więcej, ponieważ głównym kosztem dla odbiorcy energii elektrycznej jest koszt przesyłu energii elektrycznej z elektrowni do odbiorcy, nawet jeśli elektrownia jądrowa będzie realna, nie uda się osiągnąć dużych oszczędności.
W PRZYSZŁOŚĆ
Szacunki dotyczące tego, co może wydarzyć się w przyszłości nauki, często poprzedza się przeprosinami, że „nieoczekiwane zwykle się zdarza”. Zbyt często laik jest utwierdzany w przekonaniu, że naukowiec dysponujący odpowiednimi środkami finansowymi może stworzyć wszystko, czego zapragnie. Ludzie wskazują na Projekt Manhattan jako
Rysunek 5-8.
MODEL OKRĘTU PODWODNEGO Z NAPĘDEM ATOMOWYM.
Dzięki uprzejmości miesięcznika „POPULAR SCIENCE MONTHLY”, lipiec 1949 r.
55
na przykład pomyśl, że wydatek dwóch miliardów dolarów pozwolił na stworzenie bomby atomowej.
Pieniądze i skoncentrowany wysiłek mogą pomóc w projekcie inżynieryjno-rozwojowym, ale nie są w stanie automatycznie usunąć ograniczeń fizycznych narzuconych przez naturę. Na przykład, równanie Einsteina E = MC 2 pokazuje, że ilość energii w atomie U235 wynosi 230 miliardów elektronowoltów. To ponad tysiąc razy więcej energii niż energia uwalniana w rozszczepieniu U235. Jednak tej tysiąckrotnie większej energii nie da się wykorzystać, niezależnie od tego, ile miliardów dolarów byśmy wydali.
Naukowcy potrafią dokonać tego, co laikowi może wydawać się cudem, ale są na zawsze zobowiązani do przestrzegania praw natury. Dlatego, przewidując przyszłość, warto pamiętać, że natura jest surowym władcą.
Nauka nie jest magiczną czarną skrzynką, z której można wyczarować cuda na zawołanie. Powinniśmy raczej powiedzieć, że nauka to skrzynia skarbów, przepełniona podstawowymi składnikami, niezbędnymi do tworzenia rzeczy pożytecznych dla ludzkości. Podstawowymi składnikami są ciężko wypracowane odkrycia fizyków, chemików i biologów. Wyposażoni w podstawową wiedzę, inni naukowcy i technolodzy mogą poświęcić się zadaniu przekształcania idei w praktyczne narzędzia dla dobra ludzkości. Nauka jest tak nieprzewidywalna, że nigdy nie wiadomo, skąd przyniosą największe korzyści.
Jesteśmy dziś świadkami powodzi dobroczynnych osiągnięć nauki i technologii, a jest ona tak wielka, że trudno nam wskazać jedną dziedzinę nauki jako źródło tych korzyści. Tak jak powódź powstaje z połączenia wielu małych strumieni, tak obecna obfitość cudownych leków, radioizotopów, samolotów odrzutowych i miliona innych osiągnięć jest wynikiem indywidualnego wkładu wielu zróżnicowanych dziedzin nauki.
Mikroskop elektronowy opracowany jako narzędzie naukowe okazał się niezbędny do wyizolowania wirusa biologicznego. Radar opracowany do zastosowań w czasie wojny został zaadaptowany do nawigacji morskiej. Lista takich przykładów jest zbyt długa, aby ją szczegółowo opisać, ale ilustruje ona skalę korzyści, jakie w czasie pokoju mogą przynieść osiągnięcia naukowe.
Pracując, jak to robiłeś, ze źródłami promieniotwórczymi i instrumentami do pomiaru ich promieniowania, poznałeś tylko jedną dziedzinę nauki. Jest to fascynująca i podstawowa dziedzina, a jej odnogi wnikają w niemal każdą inną dziedzinę nauki.
Z naszej obecnej perspektywy wydaje się, że nie będzie pojedynczego rozwoju atomowego, który przyniósłby ludzkości największe korzyści. Raczej, całokształt wielu aspektów energii atomowej będzie miał największe znaczenie. To właśnie w naukach przyrodniczych bodziec energii atomowej prawdopodobnie będzie miał największy wpływ. Możemy oczekiwać, że nowoczesne narzędzia i techniki nauki atomowej wniosą znaczący wkład w badania biologiczne i medyczne. Dzięki tym udoskonalonym narzędziom atak na choroby ludzkości, takie jak rak, paraliż dziecięcy, gruźlica i inne straszliwe schorzenia, będzie się nasilał i zakończy sukcesem. Jeśli korzyści płynące z nowoczesnej nauki i technologii zostaną wykorzystane konstruktywnie, człowiek będzie miał w zasięgu ręki osiągnięcie prawdziwie obfitszego życia.
56
WIDOK Z LOTU PTAKA NA ZAKŁAD PLUTONU W HANFORD.
Zakład w Hanford, położony 24 km na północny zachód od Pasco w stanie Waszyngton, nad potężną rzeką Kolumbia, składa się z kilku fabryk plutonu, jak pokazano powyżej. Centralny komin (z którego nigdy nie wydobywa się dym) służy do odprowadzania gazów radioaktywnych do atmosfery. Odbywa się to bez szkody dla personelu zakładu.
Zdjęcie Armii Stanów Zjednoczonych, dzięki uprzejmości Departamentu Obrony .
„BETONOWY KANION” W HANFORD, WASZYNGTON.
W tym miejscu silnie radioaktywne bryły uranu są przetwarzane w celu usunięcia plutonu. Wszystkie operacje w zakładzie są zdalnie sterowane za grubymi betonowymi ścianami. Całkowita ilość betonu użytego do budowy tej konstrukcji wystarcza na budowę autostrady o długości 30 mil (ok. 48 km). Po lewej stronie znajduje się 60-metrowy komin do składowania gazów odlotowych.
Zdjęcie dzięki uprzejmości Komisji Energii Atomowej.
57
Rysunek 5-11.
ZESPÓŁ WYSOKONAPIĘCIOWY W NARODOWYM BIURZE NORM.
Dwie pierwsze kolumny mają prawie 12 metrów wysokości i składają się z dziesięciu sekcji transformatorowo-prostownikowych. Kolumna po prawej stronie zawiera dziesięciosekcyjną lampę rentgenowską. Potencjał jest przekazywany do lampy rentgenowskiej przez poziome lampy.
Dzięki uprzejmości Sekcji Rentgenowskiej, Narodowe Biuro Norm, Waszyngton, DC
58
WAŻNE!
Źródła radioaktywne znajdujące się w laboratorium energii atomowej Gilberta nie będą miały nieograniczonej trwałości i po okresie od 1 do 50 lat będą wymagały wymiany.
Żywotność źródła promieniowania alfa wynosi około 50 lat, podczas gdy źródła promieniowania beta i gamma pozostaną radioaktywne przez około 2-3 lata. Źródło promieniowania w komorze Gilbert Cloud ulegnie degradacji w ciągu około roku.
W przypadku konieczności wymiany tych źródeł, prosimy o kontakt z The AC Gilbert Company, New Haven 6, Connecticut, podając miejsce i datę zakupu zestawu oraz rodzaj lub rodzaje źródeł radioaktywnych, które są potrzebne. Następnie zostaną Państwo poinformowani o kosztach wysyłki, wysyłce itp.
Wadliwe lub uszkodzone instrumenty należy zwrócić do firmy AC Gilbert Company w celu naprawy. Przed przystąpieniem do naprawy zostanie sporządzony kosztorys.
59
THE AC. GILBERT COMPANY
NEW HAVEN 6, CONN., USA
Wydrukowano w USA. Prawa autorskie 1950
The AC Gilbert Company.
***
