3 роки тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Каждый химический элемент с полным правом мог бы претендовать на какую-то исключитель­ную роль в природе. Водород, например, — самый рас­пространенный элемент во Вселенной. Кислород и уг­лерод лежат в основе органической жизни (хотя не исключены и другие формы жизни). Германий и кремний вводят нас в мир полупроводников. На же­лезе обрывается естественный термоядерный синтез элементов в звездах. Уран и торий — свидетели истории Земли. Но исключительность гелия признают даже ученые: «Дайте нам гелий, и мы построим Вселенную».

Необычность гелия проявилась уже в самой исто­рии его открытия. То, что впервые этот химический элемент был обнаружен в спектре Солнца, давало основание думать, будто найдено протовещество, из которого построены звезды. Впоследствии оказалось, что это не так, но гелий действительно является строи­тельным материалом звезд.

1868 год вошел в историю как год открытия ге­лия. Однако на Земле в это время гелий пока не нашли. Его видели лишь в линиях солнечного спектра.

Лишь спустя 27 лет английскому физику У. Рамзаю, к тому времени уже открывшему инертный газ аргон, удалось выделить из клевеита небольшое ко­личество бесцветного газа. Спектральный анализ по­казал, что получен тот самый гелий, который впер­вые наблюдался в спектре солнечной короны. Итак, солнечный гелий был найден на Земле.

Следующую сенсацию, связанную с гелием, при­несло открытие радиоактивности. Оказалось, что альфа-излучение, возникающее в процессе радиоак­тивного распада, представляет собой дважды иони­зованные атомы гелия. Вот откуда взялся на Земле солнечный гелий! У. Крукс писал: «Если я решаюсь утверждать, что элементы — не простые тела и что они не вечно существуют, что они возникли не слу­чайно и создались не механически, скачками, но что они развились из какой-то единой формы материи, то я лишь высказываю мысль, которая с некоторых пор носится в воздухе».

Появление гелия в процессах радиоактивного распада объясняло многое. Например, присутствие этого элемента, хотя и очень незначительное, в зем­ной коре, атмосфере, океане. Гелий постоянно ге­нерируется за счет радиоактивного распада. А того первичного гелия который был захвачен Землей при ее образовании, как считали, на планете уже давно не было. Вследствие своей летучести он давно уже ушел в межпланетное пространство. Наша Земля постоянно излучает гелий в окружающее простран­ство. Академик В. И. Вернадский назвал это явле­ние «гелиевым дыханием Земли».

В 20-х годах XX века основной интерес представ­ляли следующие проблемы, связанные с гелием. Одна из них касалась поиска гелия на Земле, дру­гая — образования гелия на Солнце. Оказалось, что в свободном состоянии гелия на Земле нет. Хими­ческих соединений с другими элементами в силу сво­ей инертности гелий тоже не образует. Он может лишь растворяться в природных газах, подземных водах и нефти. В США были открыты газовые ме­сторождения, где содержание гелия в газах достига­ло 8—10%. Европа была менее богата гелием. Ин­терес к поискам гелиевых месторождений подогре­вался тем, что взрывобезопасный газ гелий, нужен был для воздухоплавания, для наполнения аэроста­тов и дирижаблей.

Но гелий нашли не только на Солнце и затем на Земле. Его обнаружили и в спектрах других звезд. По распространенности в звездном веществе гелий занимает второе (после водорода) место. С гелием связывали источники звездной энергии. Единствен­ным процессом, обеспечивающим длительное горение звезд, мог быть происходящий в их недрах термо­ядерный синтез, на первом этапе которого водород превращался в гелий. Однако так ли это на самом деле, ответ мог дать только эксперимент. В 30-е годы проблема источника звездной энергии могла решать­ся только теоретически. Только спустя четыре деся­тилетия, когда были сделаны попытки определить нейтринное излучение Солнца, термоядерные процес­сы в звездах получили свое экспериментальное под­тверждение.

Макроскопические свойства гелия до сих пор вы­зывают удивление ученых. Гелий с большим трудом удалось охладить до жидкого состояния (в твердом состоянии при нормальном атмосферном давлении гелий вообще не существует). И тогда выяснилось, что гелий — самая холодная в мире жидкость, обла­дает уникальными физическими свойствами. Одно из них — сверхтекучесть, открытая советским физи­ком П. Л. Капицей. Жидкий гелий дал возможность получить сверхнизкие температуры. При температуре жидкого гелия многие вещества ведут себя необычно. В частности, у некоторых металлов при температуре жидкого гелия исчезает электрическое сопротив­ление. Это — так называемая сверхпроводимость, нашедшая свое применение в современной электрон­ной технике.

Еще одна группа открытий относилась к изото­пии гелия. В 30-е годы был открыт стабильный лег­кий изотоп гелий-3 и тяжелый радиоактивный изо­топ гелий-6. Поиски других изотопов гелия, ведущие­ся до сих пор, позволили обнаружить гелий-8. И здесь гелий оправдал определение «самый, са­мый…». Открытый советскими физиками гелий-8 ока­зался самым обогащенным нейтронами изотопом в природе.

Судьба легкого изотопа гелия тоже привлекала внимание ученых. Выяснилось, что гелия-3 в природе очень мало; в атмосферном воздухе его в миллионы раз меньше, чем гелия-4, а в некоторых минералах изотопное отношение гелия составляет 10-10. Но ге­лий-3 был обнаружен во всех природных объектах: в земной коре, в океанических водах, в составе ме­теоритов, лунной пыли и космического излучения. И во внеземных объектах гелий-3 составлял замет­ную долю от гелия-4. «В природе нет другого элемента, изотопное отношение которого менялось бы в столь широких пределах», — писал В. В. Чер­дынцев.

Успехи масс-спектрометрической техники позво­лили советским ученым решить загадку гелия-3. И второй век гелия знаменовался открытием в нед­рах Земли первозданного гелия (с характерным для космоса изотопным соотношением), захвачен­ного Землей при ее образовании 4,5 млрд. лет на­зад. В мантии Земли сохранился тот самый перво­зданный гелий, который, как Предполагалось рань­ше, должен был давно уйти в космическое прост­ранство.

Проблема гелия уводит нас к тем отдаленным от нашего века временам, когда, по предположению ученых, наша Вселенная представляла собой сверх­плотную и сверхгорячую материю. На ранних ста­диях эволюции она состояла только из водорода и гелия. И небольшая часть первозданного вещества приходилась на долю гелия-3. Свидетелями первых мгновений Вселенной были электромагнитное и ней­тринное излучения. По мере расширения Вселенной их температура падала и до нашего времени «дожи­ли» реликтовое электромагнитное излучение с температурой минус 270°С и реликтовое нейтринное из­лучение с энергией 10-5 эВ.

Что касается нейтринного излучения, нейтринного моря Вселенной, как его называют, то пока нет на­дежды на его обнаружение. А вот реликтовое элек­тромагнитное излучение — свидетеля того времени, когда во Вселенной не было ни звезд, ни галактик, а все вещество было представлено горячей плазмой, обнаружили.

И еще один свидетель первых мгновений Вселен­ной — о нем и шла речь в этой книге — гелий… Ис­тория гелия не окончена. По-видимому, человечест­ву еще предстоят новые встречи с этим элементом в лаборатории, при попытках заглянуть в глубь Зем­ли и звезд, при освоении других планет.

Современная наука о гелии — это коллективный труд многих поколений ученых: физиков, химиков, геохимиков, геологов, астрономов. Но вклад, который внесли ленинградские ученые в мировую сокровищ­ницу знаний о гелии, явился непосредственным пово­дом для написания этой книги.