Чище, еще чище!

Тот из вас, кто видел металлургические печи, несомненно, задумается: а как можно такую громадину окружить герметическим колпаком, не пропускающим воздух? Да, это очень трудно и неудобно, а главное — очень дорого. И все же на это идут, лишь бы получить качественный металл. Но вот не так давно советские ученые нашли новый, гораздо более удобный и дешевый способ применения вакуума. Он называется внепечным вакуумированием и в последние годы получает большое распространение во всем мире. Сталь, сваренную в обычной, не окруженной колпаком печи, выливают в ковш, а затем этот ковш помещают в камеру, из которой откачивается воздух. Над ковшом образуется разреженное пространство, куда устремляются все растворенные в металле газы. Этот простой и дешевый способ дает очень неплохие результаты. Разумеется, сверхчистые металлы так не получишь, но ведь они не всегда и нужны.

Ну, а как получают металлы высокой чистоты? Для этого есть несколько способов. Расскажем об одном из них — методе зонной плавки, впервые осуществленном в нашей стране в 1956 году.

Он основан на очень любопытном явлении природы. Когда жидкий расплав начинает затвердевать, то чистое вещество кристаллизуется сначала, а все примеси — в последнюю очередь. Поэтому лед, образовавшийся из морской воды, почти пресный: сначала затвердевает чистая вода, получившийся лед всплывает, а рассол остается внизу. Вот так и при зонной плавке. Стержень металла, который надо очистить, укрепляется в вакуумной камере в специальных зажимах, а потом вдоль него начинает медленно перемещаться кольцевая нагревательная высокочастотная электропечь. Она расплавляет узкий участок стержня, и эта расплавленная зона, в которую переходят все примеси из металла, передвигается вслед за печью. Когда расплавленная зона доходит до конца стержня, примеси здесь и остаются. Пропустив печь вдоль стержня несколько раз в одном и том же направлении (или двигая друг за другом несколько печей), можно получить очень чистый металл. А конец стержня с примесями отрезают и выбрасывают.

Сейчас имеется целый ряд конструкций аппаратов для зонной плавки. Этим методом очищаются от примесей ванадий, висмут, алюминий, германий, галлий, олово, медь, кремний. Зонной плавкой из технических металлов можно получить очень чистые вещества. Например, получен алюминий с содержанием 99,9995 процента (остальное примеси). Этим методом получен также германий, в котором на 10 миллиардов атомов основного вещества приходится всего лишь один атом примесей.

В настоящее время технический уровень любой страны в значительной степени определяется не только количеством выплавляемой стали или цветных металлов, но и производством материалов очень высокой чистоты, в которых так нуждаются атомная энергетика, электроника, радиотехника. И наша страна по праву занимает одно из первых мест в мире по производству сверхчистых материалов. Нет сомнения, что в десятой пятилетке советскими учеными будут созданы новые методы и промышленные агрегаты для еще лучшей очистки металлов. Однако ученые выдвигают и идеи, которые смогут быть осуществлены только через много лет.

Так, советский академик Н. Рыкалин выдвинул гипотезу получения чистого металла в плазмотроне. Это металлургический агрегат, в котором источник тепла — плазма какого-либо вещества, например водорода. Он продувается через электрическую дугу, нагревается до 8000—10 000 градусов и превращается в плазму — газообразное вещество, атомы которого потеряли часть электронов. Подобные агрегаты уже работают в некоторых странах, в том числе и у нас, и дают очень хорошую сталь. Академик Рыкалин предложил использовать плазмотрон по-новому. Руда, введенная в плазменную струю, почти мгновенно испаряется и превращается в газообразную смесь атомов. Здесь и атомы металла и атомы посторонних примесей. Так вот, задача состоит в том, чтобы каким-либо образом отобрать одни только атомы металла и удалить «посторонние». Тогда мы получим металл невиданной чистоты.

Когда-то английский ученый Максвелл придумал воображаемого демона, который должен сидеть в сосуде, разделенном на две части перегородкой с маленьким отверстием. Сосуд наполнен газом. Обязанности демона состоят в том, чтобы пропускать через отверстие в перегородке молекулы газа — в одну половину сосуда быстрые, в другую — медленные. Таким образом, в результате работы «демона Максвелла» по одну сторону перегородки оказался бы горячий газ, по другую сторону — холодный. Задача, выдвинутая Н. Рыкалиным, потруднее: ведь в плазмотроне демону пришлось бы сортировать не молекулы, а атомы.

На современном уровне техники эту задачу решить невозможно. Но теоретически она осуществима. И нет сомнения, что когда-нибудь ученые сумеют претворить ее в жизнь.