Александр Никонов - Верхом на бомбе. Судьба планеты Земля и ее обитателей
А через несколько дней раздался звонок, и его попросили срочно приехать. Ларин сорвался с места. Перед ним молча положили результаты экспериментов. Экспериментальный график полностью совпал с тем, что нарисовал Ларин на клочке бумаги! Он смотрел и не верил собственным глазам.
Вообще, чистый титан обладает некоторой пластичностью, которая почти не зависит от давления. А вот титан, напичканный водородом, – полностью хрупок. Он хрупок при атмосферном давлении. Он хрупок при десяти атмосферах, хрупок при ста, хрупок при тысяче… Наводороженный титан хрупок при двух тысячах атмосфер, трех тысячах, четырех тысячах. Он хрупок при пяти тысячах атмосфер… Пластичность «испорченного водородом» титана равна нулю. Иными словами, графика его пластичности попросту «не существует» – нельзя же назвать графиком прямую линию, которая тянется прямо по оси абсцисс, показывая полный ноль пластических свойств на оси ординат! Неудивительно, что никому никогда и в голову не приходило давить этот титан дальше.
Но после шести тысяч атмосфер происходит чудо – график медленно начинает отрываться от оси, показывая ненулевые значения! И чем ближе давления подбирались к предельным для установки 12 тысячам атмосфер, тем круче, буквально по экспоненте, график забирался вверх. И, в конце концов, на пределе возможностей оборудования наводороженный титан потек!
– Этого не может быть! Этого просто не может быть, – ошарашенно крутил головой Ларин. На него смотрели с подозрением:
– А где вы об этом прочитали?
Пришлось колоться, рассказывать физикам про свою геолого-астрономическую теорию. Те внимательно выслушали и вынесли для себя тот полезный факт, что перед ними открылась совершеннейшая научная целина в области материаловедения, на которой можно собрать богатый урожай. И наверняка с той поры не один уральский физик защитился на ниве изучения свойств металлов с растворенным в них водородом…
А нам нужно пометить галочкой, что был блистательно выполнен важнейший пункт, который переносит гипотезу в ранг теории, – рискованное и весьма неожиданное предсказание оправдалось. Причем выполнен этот пункт был «в чужой весовой категории» – в рамках совершенно другой науки, более солидной и общей – в рамках физики.
Аплодисменты…
Когда Ларин снова пришел в Институт физики твердого тела, где его не так давно подняли на смех, пугали питекантропом и, в конце концов, отправили на Урал, он имел одну цель – показать этим фомам неверующим графики, чтобы жестоко их посрамить. Однако жестоко не вышло… Физиков вообще трудно посрамить неожиданным результатом. В отличие от психологов, историков и прочих философов, физики народ практичный и привыкли верить экспериментальным данным больше, чем выдуманным из головы построениям. Неожиданный факт их скорее радует, чем печалит. Так, во всяком случае, полагает Ларин. И я, пожалуй, с ним в этом соглашусь…
Увидев графики, работники института удовлетворенно поцокали языками и спросили Ларина, как он объясняет этот результат? Ну должна же у него была быть какая-то модель поведения этого TiH, которая объяснила бы сей удивительный феномен.
– Модель есть, – согласился Ларин. – Но вам она не понравится…
И изложил свое видение.
…Размеры атома металла очень велики по сравнению с ядром атомом водорода, который, по сути, – одиночный протон. Протон меньше атома металла в 100 000 раз! Их размеры соотносятся как маковое зернышко с тридцатиэтажным небоскребом. Ну, учитывая, что атомы металла под давлением сжимаются в несколько раз за счет «пружины электронных оболочек», пусть будет маковое зернышко и пустой шестиэтажный дом… Что мешает зернышку-протону проникнуть в «прихожую» этого шестиэтажного дома – прошмыгнуть за внешнюю электронную орбиту? Кулоновское отталкивание положительно заряженного ядра? Но оно экранировано электронами, вращающимися на внутренних орбитах.
Скорость диффузии водорода в металле известна – она огромна: водород проходит по слитку металла за секунды такое расстояние, для преодоления которого другим элементам потребуются годы. При такой-то скорости, отчего бы ему не залететь внутрь атома? Но если проникновение постороннего протона под верхнюю электронную оболочку атома возможно, то для внешних электронов это будет равнозначно увеличению эффективного заряда ядра. Значит, внешние электроны притянутся к центру, сжав свои орбиты. Иными словами, атом уменьшится в размере – на тот момент, пока в нем гуляет чужой протон.
А что это означает для теории пластичности? И почему вообще металлы обладают пластичностью? Мне легко это объяснить, я по этому делу уйму курсовых и лабораторных работ сдавал. И я вам сейчас в двух абзацах расскажу то, чему меня учили пять лет, в пять минут сделаю из вас металлурга…
Если металл нагреть до красноты, его легче деформировать. Потому что атомы в кристаллической решетке горячего металла приобретают такой размах колебаний (амплитуда колебания атомов и есть температура), что атомам становится легче перескакивать с места на место под внешним давлением. Один колебнулся, а другой на освободившееся место – прыг!.. Это называется диффузной пластичностью. А также ковкой, прокаткой, горячим прессованием…
Но металлы пластичны и в холодном состоянии! Почему? Потому что они дефектны. В смысле, в их кристаллической решетке полно дефектов, которые носят разные названия – вакансии, дислокации… Вакансия – это недостаток атома в узле кристаллической решетки, дырка, проще говоря. Дислокация – как бы ступенька в кристаллической решетке, нарушение правильного расположения атомов в ней.
Дефекты облегчают атомам металла перескакивание с места на место под влиянием внешнего давления, ведь ясно, что для перемещения атома в дырку нужно приложить меньше энергии, чем для того, чтобы протиснуть его между плотно сидящими атомами. Так вот, когда гуляющие в металле протоны заскакивают под верхнюю электронную оболочку атома и атом сжимается, то ему, маленькому, становится легче протискиваться среди сородичей. Появление в металле большого количества свободных протонов, которые периодически ужимают мириады атомов в узлах кристаллической решетки, приводит к тому, что такая решетка становится «мигающей», подвижной, пластичной…
Вот такое объяснение пластичности дал физикам-твердотельцам Ларин. И был немедленно поднят на смех. Ему было сказано, что диффузной пластичности при комнатной температуре не бывает… Что при комнатной температуре бывает только пластичность, основанная на дефектах кристаллической решетки. Наверное, при большом давлении просто больше дислокаций образуется, вот он и потек, этот ваш TiH…
Казалось бы, какая разница, если эксперимент все равно подтвердил правоту Ларина? А чем уж там объясняется аномальная пластичность гидридов при высоком давлении… Да не все ли равно!
Но разница была. Ларину очень хотелось, чтобы протоны проникали внутрь атома, потому как ему нужно было объяснить, отчего внешнее ядро планеты, состоящее из металла с растворенным водородом, гораздо плотнее окружающей его металлосферы, где водорода практически нет. Он полагал, что именно из-за проникновения протонов в «шевелюру» атомов – под первую электронную оболочку.
– Ну а как доказать, что верно мое объяснение, а не ваше? – спросил Ларин физиков.
– Если докажете, что работает именно диффузный механизм водородной пластичности!
«Докажу!» – подумал Ларин. И пошел на помойку…
Глава 5
Бриллиантовый дым
На помойке всегда валяется множество отличных вещей. Ларину приглянулась старая чугунная батарея. Он отколол от нее кусок и, довольный, пошел домой. Идея была проста, как все гениальное, – вырастить в батарее алмазы.
Чугун – это твердый раствор углерода в железе, в котором углерода больше 2% (если углерода меньше 2%, твердый раствор называется сталью – вы теперь, как металлурги, должны это знать). Из литературы известно, что присутствие в металле водорода уменьшает растворимость в нем углерода. То есть если «нагазировать» чугун водородом, вытесненный углерод должен из раствора выпасть так же, как выпадает соль из перенасыщенного рассола – в виде кристалликов. А что такое кристаллики углерода? Правильно…
А что означает рост кристаллов? Это означает, что ранее расположенные по отдельности, растворенные во всем объеме образца атомы углерода сбежались в кучу. Причем сбежались не по жидкому расплаву чугуна, а по твердому металлу! Таким образом будет доказано, что водород резко облегчает диффузию атомов в кристаллической решетке – что и просили физики.
Но вот можно ли вырастить алмазы в батарее – это вопрос!.. Вообще-то выпадение углерода в чугуне бывает. Если при плавке чугуна в нем получается слишком много углерода, то его потом под микроскопом можно найти на отполированном срезе в виде графитовых шариков, которые, кстати говоря, называются так же, как протопланетные туманности – глобулы. Теоретически графит начинает превращаться в алмаз, начиная примерно с 750°С и при давлениях от 35 килобар. Но при этих условиях алмазы никто не синтезирует: они растут так медленно, что роста ждать придется годами. Алмазы синтезируют при температурах выше 1200°С. Это хлопотнее, но зато быстро и приятно.
