Верхом на бомбе. Судьба планеты Земля и ее обитателей
Шрифт:
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?
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 TiH0,14…
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 протопла-нетные туманности – глобулы. Теоретически графит начинает превращаться в алмаз, начиная примерно с 750 °C 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 °C. Это хлопотнее, но зато быстро и приятно.
Однако Ларин собирался получить алмазы именно при 750 °C. Если алмаз получится, значит, он с помощью водорода ускорил диффузию в твердом теле. Что и требовалось доказать.
Кусок бывшей батареи вместе с источником водорода заложили в установку высокого давления, нагрели и несколько минут подержали. Всего несколько минут. А не месяцев и не лет. Дальнейшее было делом техники – образцы кидают в кипящую царскую водку, чтобы растворить железо, и остается только небольшая темная кучка, состоящая из примесей, карбида железа, графита. Этот порошок помещается под микроскоп и внимательно разглядывается.
«Навозну кучу разгребая.» Приникший к микроскопу экспериментатор осторожно шевелил стальной иглой дорожку темного мусора, когда в глаза ему сверкнул переливающийся всеми цветами радуги прозрачный октаэдр. Сначала один. Потом другой, третий, десятый. Алмазы были крохотные – от 0,3 до 0,7 мм, но они были! В присутствии водорода скорость роста алмазов, то есть диффузии углерода сквозь кристаллическую решетку металла, выросла в тысячи раз. Это ли не прекрасно?
Впоследствии, не снижая температуры, Ларин снизил давление в установке с 35 до 16 килобар. И все равно алмазы упрямо росли, хотя в теории уже давно должен был выделяться только графит. Алмазы были чертовски красивые – и чистой воды, и разноцветные, а некоторые даже в виде звездочек – с лучиками!
Надо сказать, этот способ сулит большие барыши, поскольку существенно удешевляет процесс производства искусственных алмазов за счет снижения давлений и температур. И потому Ларин не устоял. Он решил заняться производством дешевых алмазов, захватить рынок, выйти на международный уровень… Увы! Коммерческой жилки ему не хватило. Попытка геолога «срубить деньжат по-легкому» закончилась печально – предупредительным выстрелом из пистолета в личный «Запорожец», в котором ехал производитель алмазов. Выковыряв из машины пулю, Ларин решил, что каждый должен заниматься своим делом, и вернулся в науку. Слава богу, она не понесла утраты.