Цирконию же. который плавится лишь при 1850°С, тепловые нагрузки ядерной энергетики вполне по плечу.
Однако и у циркония есть кое-какие «грешки», которые могли бы помешать ему работать в этой ответственной области. Дело в том, что «прозрачен» для нейтронов только цирконий высокой степени чистоты. Вот тут-то и приходится снова вспомнить о гафнии - металле, который по химическим свойствам может быть назван «близнецом» циркония. Но «взгляды» на нейтроны у них оказались противоположными: гафний с жадностью поглощает нейтроны (в 500 - 600 раз сильнее, чем цирконий). Более того, примеси гафния даже в гомеопатических дозах способны испортить «кровь» цирконию и лишить его нейтронной прозрачности. Технические условия на цирконий так называемой «реакторной чистоты» допускают присутствие в нем не больше 0,02% гафния. Но и такие «крохи» довольно существенно - в шесть с половиной раз - снижают нейтронную прозрачность циркония.
Поскольку в природе эти металлы обычно находятся вместе, получить полностью свободный от гафния цирконий - задача колоссальной трудности. И тем не менее химикам и металлургам пришлось взяться за эту проблему, так как атомная промышленность крайне нуждалась в конструкционном материале.
Когда задача была решена, на повестку дня встала другая: требовалось добиться того, чтобы при изготовлении конструкций из чистейшего циркония в процессе сварки в него не попадали «чужеродные атомы», которые могли бы оказаться непреодолимой преградой на пути нейтронов и тем самым свести на нет все достоинства этого металла. К тому же сварку нужно было проводить таким образом, чтобы не нарушить однородность металла: сварочный шов должен обладать теми же свойствами, что и свариваемый материал. На помощь был призван электронный луч. Чистота и точность электроннолучевой сварки позволили решить и эту проблему - цирконий стал «одеждой» урановых стержней.
Именно тогда и произошел резкий скачок в производстве этого металла: только за десятилетие - с 1949 по 1959 год - мировое производство циркония возросло в 1000 раз! В ход пошли большие скопления цирконовых песков, которые раньше служили отходами при добыче других ископаемых. Так, в Калифорнии, при добыче золота драгами в руслах древних рек вместе с золотом на промывку поднимали значительное количество циркона, но из-за отсутствия спроса его сбрасывали в отвалы. На побережье в штате Орегон (США) в годы войны добывали хромит и попутно получали некоторое количество циркона, который не интересовал тогда промышленность и потому не вывозила с места добычи. Когда же вскоре после войны начался циркониевый бум, все эти отвалы оказались «лакомым кусочком».
Сейчас крупные месторождения этого ценного элемента разрабатывают в США, Австралии, Бразилии, Индии, странах Западной Африки. Отличной рудой циркония часто служат прибрежные пески. В Австралии, например, цирконовые россыпи простираются почти на 150 километров вдоль океанского побережья. Значительными запасами циркониевого сырья располагает и Советский Союз.
Потребность в цирконии растет из года в год, так как этот материал приобретает все новые «специальности». Его свойство в нагретом состоянии жадно поглощать газы используют в электровакуумной технике, в радиотехнике. Из смеси порошка металлического циркония с горючими соединениями изготовляют осветительные ракеты, дающие большое количество света. Циркониевая фольга при горении дает в полтора раза больше света, чем алюминиевая, потребляя при этом такое же количество кислорода. «Вспышки» с циркониевым заполнением удобны тем, что занимают совсем мало места - они могут быть величиной с наперсток. К циркониевым сплавам все внимательнее присматриваются конструкторы ракетной техники: вполне возможно, что из жаропрочных сплавов этого элемента будут выполнены передние кромки космических кораблей, совершающих регулярные рейсы в просторах вселенной.
Дождевые плащи обязаны своей влагонепроницаемостью солям циркония, которые входят в состав особой эмульсии для пропитки тканей. Соли циркония применяют также для изготовления цветных типографских красок, специальных лаков, пластических масс. В качестве катализатора соединения циркония используют при производстве высокооктанового моторного топлива. Сернокислые соединения этого элемента славятся отличными дубильными свойствами.
Весьма интересное применение нашел тетрахлорид циркония. Электропроводность пластинки из этого вещества меняется в зависимости от давления, которое на нее действует. Это свойство и было использовано в конструкции универсального манометра - прибора для измерения давлений. При малейшем изменении давления изменяется и сила тока в цепи прибора, шкала которого отградуирована в единицах давления. Эти манометры очень чувствительны: с их помощью можно определять давление от стотысячных долей атмосферы до тысяч атмосфер.
Для многих радиотехнических приборов - ультразвуковых генераторов, стабилизаторов частоты и других - нужны пьезокристаллы. В некоторых случаях им приходится работать при повышенных температурах. С этой точки зрения несомненный интерес представляют кристаллы цирконата свинца, которые практически не меняют своих пьезоэлектрических свойств до 300°С.
Рассказывая о цирконии, нельзя не упомянуть о его двуокиси - одном из самых тугоплавких веществ природы: температура плавления ее - около 2700°С. Двуокись циркония широко используют при получении высокоогнеупорных изделий, жаростойких эмалей, тугоплавких стекол. Еще более тугоплавкий материал - борид этого металла. Из него изготовляют чехлы для термопар, которые могут находиться в расплавленном чугуне непрерывно в течение 10 - 15 часов, а в жидкой стали 2 - 3 часа (кварцевые чехлы выдерживают лишь одно-два погружения не более чем на 20 - 25 секунд).
Двуокись циркония обладает интересным свойством: сильно нагретая, она излучает свет настолько интенсивно, что может быть использована в осветительной технике. Это свойство подметил еще в конце прошлого века известный немецкий физик Вальтер Герман Нернст. В сконструированной им лампе (вошедшей в историю техники как «лампа Нернста») стержни накаливания были изготовлены из двуокиси циркония. В лабораторных опытах это вещество и сейчас иногда применяют в качестве источника света.
Французские ученые используют двуокись циркония как исходный материал для получения этого металла с помощью солнечной энергии. В Монлуи - крепости, построенной в XVII веке в Восточных Пиренеях на высоте 1500 метров над уровнем моря, находится солнечная печь, спроектированная и эксплуатируемая группой исследователей под руководством профессора Феликса Тромба. На состоявшемся в Монлуи симпозиуме по использованию солнечной энергии участникам было продемонстрировано действие этой печи.
«Медленно, почти незаметно, специальная платформа поднимает горстку белого порошка к фокусу большого параболического зеркала. Вот платформа достигла фокуса и перед глазами ученых и инженеров вспыхнуло ослепительно яркое белое пламя.
Белый порошок - это окись циркония... Помещенный в фокус параболического зеркала, где температура концентрированных солнечных лучей достигает 3000°С, порошок расплавился. Возникшую при этом вспышку можно наблюдать только через темные стекла. И маленькая кучка раскаленного вещества, лежащего на платформе, напоминала извергающийся вулкан какой-то далекой геологической эры».
Так описывает процесс получения «солнечного» циркония один из участников симпозиума. Специальный солнечный отражатель, состоящий из множества отдельных зеркал и достигающий 12 метров в поперечнике, с помощью фотоэлементов автоматически вращается вслед за Солнцем. Отраженные им лучи отбрасываются на большое параболическое зеркало диаметром 10 метров. Тепловая мощность этого зеркала, которое концентрирует солнечные лучи в жерле печи, эквивалентна 75 киловаттам.
В десяти километрах от Монлуи, в маленькой горной деревушке Одейо, сооружена еще одна солнечная печь - крупнейшая в мире. Тех, кто приезжает в «столицу солнца» (так местные жители с гордостью стали именовать Одейо), встречает необычный пейзаж, похожий на декорации для съемок научно-фантастического фильма. Рядом со старинной остроконечной церковкой возвышается ультрасовременное многоэтажное здание - Лаборатория солнечной энергии. Весь северный фасад его представляет собой огромное параболическое зеркало, диаметр которого равен примерно 50 метрам. На противоположном склоне горы рядами размещены десятки зеркал довольно внушительных размеров - гелиостаты. Солнечные лучи, пойманные гелиостатами, направляются сначала на параболическое зеркало, а оттуда, собранные в пучок, попадают в плавильную печь, где создается температура 3500°С.