ПОЛИТИКА, ЭКОНОМИКА, ЧЕЛОВЕК
Ежеквартальный журнал Российской ассоциации содействия ООН
Самое непростое простое солнечное вещество
Самое непростое простое солнечное вещество
О сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух...
А. Пушкин
Он не имеет цвета, запаха и вкуса, не токсичен, практически ни с чем не реагирует. Его как будто нет. Настоящее благородство!
Впервые гелий обнаружили спектральным способом в 1868 году, независимо друг от друга, француз Пьер Жансен и англичанин Норман Локьер в хромосфере Солнца в виде яркой желтой линии. В этот год как раз наблюдалось полное солнечное затмение. В честь открытия была отчеканена золотая медаль с портретами Жансена и Локьера. На реверсе – бог Солнца Аполлон.
Это была первая награда за открытие гелия. Никто еще не знал, что этот солнечный элемент станет самым богатым на Нобелевские премии.
Удивительный гелий во Вселенной занимает второе место по распространенности после водорода, а на Земле существует в очень малых количествах – 0,003 мг/кг земной коры. Правда, на воздушные шарики хватит всем. И чтобы полетать. Надо-то 7500 10-литровых шариков для 75 кг веса.
В 1895 году английский химик и физик Уильям Рамзай (Ремзи) опустил солнечное вещество на Землю. Он выделил гелий при разложении минерала клевеита. За год до этого ученый открыл аргон, в 1898 году – криптон, ксенон и неон. В 1904 году был удостоен Нобелевской премии по химии.
Начало ХХ века ознаменовалось тем, что ученые смогли найти способ получения жидкостей из газов: жидкий кислород (минус 183 градусов Цельсия), жидкий азот (минус 196 градусов Цельсия), жидкий водород (минус 253 градусов Цельсия). Гелий не поддавался.
В 1908 году голландскому физику Гейке Камерлинг-Оннесу впервые удалось получить сжиженный гелий только при минус 269 градусов Цельсия. Другие газы при такой температуре превращались в лед, а гелий оставался жидким и кипел как газированная вода.
Гелий не подчиняется закону «вечного покоя» даже при температуре почти равной абсолютному нулю (1,04 K), только перестает кипеть. Заморозил гелий в 1926 году Виллем Хендрик Кеезом, добавив большое внешнее давление.
Камерлинг-Оннес получил Нобелевскую премию в 1913 году за жидкий гелий и открытие явления сверхпроводимости при низких температурах. Сверхпроводимостью обладают более 20 металлов (ртуть, свинец, олово и др.) и несколько сотен сплавов (ртуть с золотом, олово с золотом и др.).
Жидкий гелий обладает еще одним удивительными свойствами – сверхтекучестью и сверхтеплопроводностью.
Сверхтекучий гелий
Академики Петр Леонидович Капица – убедительными экспериментами 1938 года и Лев Давидович Ландау – математическими построениями, оформленные в 1940 году в теорию сверхтекучести гелия, подарили миру прозрение тайны низких температур. За это им были присвоены Нобелевские премии. Капица получил ее в 1978 году, а Ландау в 1962 году.
На почтовой марке России 2000 года, показан прибор, названный «Паучок Капицы».
Это изящное устройство предназначено для демонстрации эффекта сверхтекучести жидкого гелия при температуре 2,19 К. Внутри сосуда Дьюара с жидким гелием находится стеклянное изделие с 6-ю лапками, в каждой из которых есть канал в виде капилляра диаметром 0,5 мм. Линза точечно нагревает гелий, он вытекает по капиллярам, и паучок начинает вращаться за счет реактивной струи. Однако внутри сосуда не происходит уменьшения количества гелия. Это объясняется тем, что гелий, вытекая, одновременно вползает в сосуд по стенке капилляра в обратном направлении в виде очень тонкой поверхностной пленки. В капилляре встречаются два потока жидкого гелия: в середине – вниз, по стенке – вверх. Трение между слоями отсутствует. Это явление и назвали сверхтекучестью. Если предварительно опустить устройство, изображенное сверху паучка, так, что шесть дисков прикроют отверстие каждого капилляра, то при нагревании гелия вращения уже не будет.
Сейчас основным источником получения гелия являются гелионосные природные газы, где благородного элемента содержится до 2% по объему. Где его применяют?
Жидкий гелий используют для охлаждения мощных сверхпроводящих магнитных катушек МР-томографов.
Гелиокислородные смеси стали надежным средством профилактики кессонной болезни и дали большой выигрыш по времени при подъеме водолазов.
Гелий знаком нам как веселый газ, смешно меняющий голос. При вдыхании вместо воздуха за счет меньшей плотности он создает меньшее давление на голосовые связки, позволяя им вибрировать быстрее и издавать тонкий звук при выдохе. В противовес ему элегаз или гексафторид серы SF6, открытый Анри Муассаном, понижает голос до баса, т.к. он тяжелее воздуха в 5 раз. Оба газа используются в медицинской терапии и диагностике.
Все выше сказанное относится к гелию Н4, его атом содержит по два протона и нейтрона. У него есть собрат – изотоп Н3 или гелион, у которого только один нейтрон.
В 1996 году американцы Дейвид Ли, Дуглас Ошерофф и Роберт Ричардсон за открытие сверхтекучести гелия Н3 были удостоены Нобелевской премии по физике.
В 2003 году Нобелевская премия по физике вручена Алексею Абрикосову, Виталию Гинсбургу и англо-американцу Энтони Леггетту за работы по теории сверхтекучести гелия Н3 и сверхпроводимости.
Зачем человечество возвращается на Луну? Ответ – за лунным сокровищем, которое обнаружили по итогам миссий «Аполло 17» и «Луна 16».
Гелий Н3 – продукт термоядерного синтеза на Солнце, и его достаточно в солнечном ветре. На Землю он практически не попадает, мешает магнитное поле. А на Луне нет магнитного поля, и за миллиарды лет в лунном грунте должно было накопиться большое количество эффективного и экологически чистого термоядерного топлива.
Возможно, это космическое топливо будущего. При термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 тонна гелия Н3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию примерно 15 миллионов тонн нефти.
Александр Платонов
Другие статьи автора:
Все гениальное просто. Или нет?
Едут-едут по Пекину наши казаки
А рельсы-то, как водится, у горизонта сходятся
Мятежный «Баунти». По следам золотоносного «Оскара»
Красота и привлекательность Фибоначчи
Из истории изобретения автомобиля
Отсюдова и дотудова. Почему мы так измеряем
Комментировать статью: