Михаил Васильев - Металлы и человек
Превращения элементов осуществляются путем ядерных реакций. Они в огромном большинстве уже четко прослежены физиками. Они могут заранее предсказать, каков будет ход ядерной реакции в результате такого-то и такого-то взаимодействия, четко предвидеть все последствия того или иного ядерного эксперимента. А значит, они могут осуществлять превращения элементов не вслепую, что-де получится, а твердо по плану.
И однажды известный металлург академик И. П. Бардин развернул в беседе удивительную перспективу будущей металлургии.
— Мы живем в атомный век, — сказал он. — Человек уже овладел не слабыми ненадежными временными связями атомов в веществе, а несравненно более важными и глубокими связями элементарных частиц атомного ядра. И, конечно, это принципиальное достижение ученых нашего времени должно найти применение и в металлургии…
Строгий ученый рисует удивительную картину металлургического завода будущего. Из печи льется в кристаллизатор непрерывной разливки сталь. С обеих сторон к струе приближаются какие-то темные груши.
Оказывается, это излучатели. Под действием их излучения в глубине огненной струи взрываются ядра вредных для металла элементов — серы и фосфора и ядра другого дешевого элемента, который специально добавлен в эту сталь. Этот элемент подобран таким образом, что при облучении он превращается в металл, добавка которого как раз нужна этой марке сплава.
Сталь льется в кристаллизатор, и через несколько секунд из него выходит алая колбаса пышущего жаром металла. А ведь его химический состав уже не тот, что был у металла, изливавшегося в кристаллизатор. И еще несколько дней будет изменяться состав: это время, в течение которого распадутся все образовавшиеся в результате облучения коротко живущие элементы. После этого он пойдет в дело — добротный металл, в составе которого немало созданных человеком, а не взятых у природы химических элементов.
Вероятно, этим же способом, — продолжает ученый, — изменением структуры атомных ядер, искусственным превращением элементов, можно будет получать руды редких и рассеянных элементов. Возможно, появится целая отрасль промышленности — радиационная металлургия, которая будет заниматься изготовлением редких химических элементов из распространенных…
Удивительную картину нарисовал ученый. И трудно сказать сегодня, кто первым решит задачу обеспечения человечества рассеянными металлами— генетики ли выведут интенсивных живых концентраторов, физики ли разработают экономически целесообразные технологические процессы изготовления редких ядер элементов из широко распространенных в природе.
Разные пути ведут в будущее. Наука, техника, а за ними и промышленность пойдут по тому, который окажется легче и короче. Ведь всем хочется поскорее в это удивительное будущее.
III. ГЛАВНЫЙ МЕТАЛЛ
Впервые этот металл попал в руки человека еще во времена каменного века. Шесть тысяч лет назад древние египтяне делали из него украшения. Наверное, они ценились даже дороже золотых, так как этого металла было тогда меньше, чем золота: ведь только в упавших на землю метеорах находил его иногда человек.
Во втором тысячелетии до нашей эры, четыре тысячи лет назад, этот металл научились выплавлять из руд. Вероятно, первые металлурги, открывшие секрет его производства, жили в странах Древнего Востока — в Египте и Месопотамии. Во всяком случае, в щелях пирамиды Хеопса найдены обломки сделанных из него орудий. Более трех тысяч лет назад с ним познакомились греки и древние народы Закавказья. В Китай этот металл проник еще лет на пятьсот позже. А аборигены Америки и Австралии узнали о нем всего несколько сотен лет назад. Не радостным для них было это знакомство! Новый металл полностью вытеснил камень как материал для изготовления орудий труда и оружия. Из него делали мечи и топоры, посуду и украшения, лемехи плугов и молоты кузнецов. Он вытеснил и бронзу, именем которой был назван целый период в истории человечества. И дал свое имя новой эпохе…
Историки не распространяют название этой эпохи на наше время, обрывая ее где-то в начале нашей эры. Но это не значит, что он стал не нужен. Нет, тысячи новых применений нашел он за минувшие тысячелетия. Многократно улучшили его свойства металлурги, нашли новые удивительные возможности и качества. В тысячи раз выросла его выплавка.
Но особенно стремительным был рост производства этого металла в последнем столетии. Так, если в 1840 году во всех странах мира было выплавлено его около 2,3 млн. тонн, а в 1897 году эта цифра выросла до 3,3 млн. тонн, то в 1960 году она перевалила за 225 млн. тонн.
Если еще в XVIII веке из главного металла делали оружие, корабельные цепи и якоря, гвозди, пуговицы и пряжки, напильники, ножи, пилы и топоры и этим по существу ограничивался список его применений, то в XIX и XX веках число изделий из него растет с головокружительной быстротой.
В 1779 году в Англии из главного металла был построен первый мост. Сколько теперь таких мостов переброшено через реки и пропасти, каналы и проливы — не сосчитать!
В 1787 году на воду было спущено первое судно, сделанное из этого металла. Это была речная шаланда водоизмещением тонн в двадцать. А сколько сегодня таких судов, настоящих плавучих островов водоизмещением в десятки тысяч тонн, бороздят все моря и океаны нашей планеты!
От эпохи к эпохе возрастало значение металла в жизни человека.
В 1788 году в Париже вступили в строй первые сорок миль водопровода, сделанного из того же материала. А сегодня нити трубопроводов оплели все континенты. На тысячи километров перекачивают по ним воду, нефть, газ…
Но главным потребителем главного металла стали дороги, названные его именем.
14 июня 1830 года на конкурсе паровозов победила «Ракета» — машина, построенная шахтером и механиком Джорджем Стефенсоном. Она развила скорость до 30 км в час. «Летела, как ветер», — говорили лондонцы. И это было поистине днем рождения нового транспорта. Нет, наверное, сегодня ни одного человека в нашей стране, которому бы хоть раз в жизни не пришлось воспользоваться его услугами.
По меткому выражению академика И. П. Бардина, весь фундамент современной материальной культуры человечества зиждется на нескольких миллиардах тонн этого металла, добытого трудом людей из руд и воплощенного в станки, машины, сооружения.
Имя этого металла — главного в истории человечества — железо.
На вес золота
Очень немногие люди — сотрудники специальных научно-исследовательских институтов, специалисты-металлурги — могут похвастаться, что они хоть раз в жизни держали в руках самый небольшой слиток чистого железа.
Да, да, не удивляйтесь! По всей вероятности, с вами этого не было. Ибо все то, что мы называем железом, в действительности является чугуном или сталью — сплавами железа и углерода. А по-настоящему чистое железо бывает только в лабораториях, и методы его освобождения от примесей столь сложны, что после очистки оно, вероятно, оказывается не дешевле золота.
Чистое железо — блестящий, серебристо-белый, вязкий и ковкий металл. Оно плавится при 1539 градусах, кипит при температуре около 3000 градусов и крайне непрочно. Из него нельзя построить мост или каркас высотного дома, корпус судна или деталь машины. Только на изготовление безделушек-украшений и можно бы было его использовать да на изготовление некоторых предметов домашнего обихода, вроде ведер и кувшинов. Но, к счастью, железо может быть и прочным… как сталь.
Ученые не раз делали беспредельно простой и в то же время чрезвычайно сложный опыт — клали в фарфоровый тигель кусочки железа, ставили его в электрическую печь и начинали нагревать. Проходили минуты, поднималась температура металла, и вдруг — остановка. По-прежнему отсчитывает киловатт-часы электросчетчик — это значит, что тепло по-прежнему поступает в печь. Но стрелка термометра застыла на одном делении и не движется. Проходит минута, вторая… И вдруг стрелка вздрагивает, и возобновляется равномерное повышение температуры, соответствующее течению времени.
И снова остановка… Тепло подводится к металлу, а температура его не повышается. И снова начинается повышение температуры… Опять остановка, равномерный подъем — и еще одна остановка. Последняя — металл плавится.
Эти остановки всегда, когда мы имеем дело с чистым железом, происходят при одних и тех же температурах. Первая остановка при температуре 768 градусов, вторая — при 910 градусах, третья — при 1400 градусах. А при 1539 градусах, мы говорили, железо плавится.
Нагревание напоминает подъем на лестницу, перемежающуюся широкими горизонтальными площадками. Так же, переходами с площадки на площадку, происходит и остывание металла. Что это за площадки?
