Главная arrow Блог
 
 
Главное меню
Главная
Ювелирные изделия
Алмазы
Немного истории
Словарь ювелира
Архив ювелира
Ювелирная реклама
сертификат медицинской сестры узи купить
Блог
Поиск
Контакты
Карта сайта
Ювелирная информация
Ювелирные объявления о ювелирном искусстве

Блог материалов о ювелирных изделиях и украшениях
От Ньютона до наших дней PDF Печать E-mail
Рейтинг: / 1

 

 

 

 

В 1665 году в деревню Вулсторп около города Грантан Линкольнширского графства в Англии вернулся 22-летний бакалавр Исаак Ньютон.

В однообразной деревенской жизни его возвращение из Кембриджа в отчий дом не могло пройти незамеченным. Сына небогатого фермера, скончавшегося незадолго до рождения первенца, хорошо запомнили окрестные жители.

С малых лет мальчик пристрастился к изготовлению хитроумных механических игрушек и приборов. Он построил водяные и песочные часы, тележку-самокат, действующую модель ветряной мельницы... Не довольствуясь точным подражанием оригиналу, он придумал использовать в мельнице в качестве двигателя... мышь, которая, стремясь дотянуться до подвешенной над колесом приманки, вертела его.

К увлечению мальчиков воздушными змеями Исаак подошел с не свойственной его возрасту серьезностью. Он много потрудился над определением наилучшей их формы, а также числа и положений точек, к которым следует прикреплять шнурок.

Не обошлось и без мальчишеских проказ. Привязывая  к хвостам  воздушных  змеев  разноцветные фонарики, он запускал их ночью, будоража всю округу слухами о якобы появившейся новой комете. В 1661 году Исаак Ньютон был принят в Трини-ти-колледж Кембриджского университета в качестве субсайдера. Так назывались бедные студенты, в обязанности которых входило прислуживать богатым студентам и преподавателям.

В начале 1665 года он окончил университет. В это время в Англии свирепствовала страшная эпидемия чумы. Для спасения от заразы люди стремились вырваться из скученных городов в сельскую местность. И юному бакалавру также пришлось вернуться в   родную   деревню   в   самом   начале   его   научной карьеры. «Творческий отпуск» Исаака Ньютона затянулся почти на два года. В деревенской тиши он смог продумать свои замечательные открытия, мысли о которых, по-видимому, занимали его еще в период пребывания в колледже. Позже стало известно, что за «чумные годы» Ньютон разработал (независимо от Г. Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисления, пришел к идеям, которые он впоследствии сформулировал как закон всемирного тяготения.

В небольшом деревянном домике, фамильном владении земледельцев Ньютонов, расположенном в живописной долине, он создал первоклассную по тому времени оптическую лабораторию. Здесь он провел ряд блестящих экспериментальных исследований, завершившихся открытием закона дисперсии света. В   дальнейшем,   исследуя   зависимость   показателя преломления света от плотности тела, Ньютон пришел к выводу, что по этому признаку все изученные им вещества   можно   разделить   на   две   группы.   В   первую группу вошли гипс  (селенит), стекло, горный хрусталь и некоторые другие, по современной терминологии, неорганические вещества. Во вторую группу попали кам-фара, оливковое масло,  льняное масло, терептиновый  спирт   (по терминологии  Ньютона,  это «суть  жирные, серные и маслянистые тела») и... алмаз. Каким же образом твердое (и не просто твердое, а наитвердейшее) тело — алмаз оказалось в компании «маслянистых тел»?

В своем классическом труде «Оптика» Ньютон дал следующий ответ на этот вопрос: «алмаз... вероятно, есть также маслянистое сгустившееся вещество».

Редактор и комментатор советского издания «Оптики» академик С. И. Вавилов снабдил это место из работы Ньютона следующим примечанием: «По преломляющей способности алмаза Ньютон, таким образом, угадал углеродную природу алмаза».

Так объяснить открытие великого ученого можно в наши дни. А сам Ньютон ничего не мог знать об углеродной природе алмаза — даже понятия «углерод» в то время еще не существовало. Должно было пройти свыше ста лет, прежде чем гениальное предвидение Ньютона нашло достоверное подтверждение. Чувство любознательности присуще человеку с раннего детства. Кому не приходилось одергивать малышей, стремящихся разобрать, сломать игрушку только для того, чтобы посмотреть, что находится внутри.

Это чувство не покидает человека и в зрелом возрасте. Любознательность была причиной множества выдающихся открытий.

Не удивительно, что люди издавна стремились заглянуть внутрь и такого замечательного камня, как алмаз. В 1772 году известный французский химик Антуан Лавуазье решает с этой целью... сжечь алмаз, направив на него сконцентрированное гигантской линзой солнечное излучение. Ученый обнаружил, что алмаз сгорает на воздухе и образующийся при этом газ вызывает такое же помутнение известковой воды, что и «связанный воздух», то есть, по современной терминологии, углекислый газ.

А в 1797 году английский химик Смитсон Теннант, последовательно сжигая в герметически закрытом стеклянном сосуде с селитрой одинаковые навески угля, графита и алмаза, получил во всех трех случаях равные порции того же «связанного воздуха».

Наиболее убедительный эксперимент провели в 1812 году английские ученые Гемфри Дэви и Майкл Фарадей. С помощью сконцентрированного солнечного излучения они сжигали алмаз в стеклянном сосуде с чистым   кислородом. Тщательный анализ образовавшегося при этом углекислого газа, состоящего, как известно, из углерода и кислорода, показал, что в углерод превратилось ровно столько вещества, сколько весил сгоревший алмаз. Так было окончательно установлено, что алмаз состоит из чистого углерода. Но ведь из чистого углерода состоит и другое совершенно не похожее на алмаз вещество — графит. В науке явление существования химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам, носит название аллотропии. Известно множество аллотропических форм различных веществ. Например, фосфор имеет три формы (красный, белый, черный), вода имеет восемь форм ладов и т. п. Поэтому факт аллотропии углерода сам то себе не примечателен. Однако это, пожалуй, единственный случай, когда аллотропические формы одного к того же элемента так резко отличаются друг от друга. В то время как алмаз является твердейшим из всех известных веществ, графит — один из самых мягких минералов. Твердость графита столь незначительна, что он легко оставляет свой след на бумаге, поэтому из него изготовляют грифели для карандашей. Плотность алмаза составляет 3,51 грамма на кубический сантиметр, а у графита плотность значительно меньше — 2,26 грамма на кубический сантиметр.

 

 

 

Графит — прекрасный проводник электрического тока, а алмаз обладает высоким электрическим сопротивлением. Удельное электрическое сопротивление алмаза равно в среднем 1012—1014 Ом-см. Алмаз сияет всеми цветами радуги, а графит тускл и невзрачен.

Пример алмаза и графита лишний раз убеждает ь том, что свойства вещества зависят не только от того, из атомов какого элемента оно состоит, но и от взаимного расположения и связей этих атомов, от его атомной структуры.

Можно  ли   «увидеть»   атомную   структуру   алмаза?

Известно, что размеры атомов, а также межатомные расстояния в кристаллах (как алмаз, так и графит принадлежат к классу кристаллических тел) измеряются в долях нанометра (один нанометр (нм) равен одной миллиардной доле метра). Даже микрометр, с которым в обыденной жизни ассоциируется предел точности, кажется гигантом по сравнению с этой мерой.

Мы видим предмет тогда, когда отраженные от него лучи попадают в сетчатку нашего глаза. Свет является посредником между нами и предметами окружающего нас мира. Чем меньше предмет, тем меньше света он отражает и тем хуже мы его видим. Усиливая отраженный свет с помощью оптических приборов, человек научился различать и такие мельчайшие организмы, как бактерии. Но даже в самый совершенный микроскоп принципиально невозможно разглядеть атом.

Длина видимого света в тысячи раз больше, чем размеры атома. Естественно, что атом не может отразить волну видимого света. Чтобы проникнуть в глубь кристалла, понадобился «инструмент» гораздо более тонкий, чем видимый свет. Наука того времени подобным инструментом не обладала. И прошло еще сто лет, прежде чем был сделан следующий существенный шаг на пути познания природы алмаза.

В конце 1895 года весь мир облетела сенсационная весть. Открыты невидимые лучи, обладающие сказочной способностью проникать сквозь непрозрачные преграды.

Автор этого открытия скромный профессор Вюрц-бургского университета (Германия) Вильгельм Конрад Рентген обрел мировую известность. В 1901 году он стал первым лауреатом Нобелевской премии по физике. Рентгеновские лучи, или Х-лучи, как назвал их первооткрыватель, почти сразу нашли применение в медицине. Легко проникая сквозь мягкие оболочки тканей, они дали возможность впервые увидеть внутренние органы живого человека и потому до сих пор имеют огромное значение.

Но можно ли с помощью рентгеновских лучей проникнуть в глубь неживой материи — кристалла и даже в глубь атома? По свидетельству одного из родоначальников советской физики академика Абрама Федоровича Иоффе, который с 1903 по 1906 год был ассистентом Рентгена и не порывал с ним научных контактов до самой смерти этого выдающегося ученого, Рентген предугадал такую возможность. Вскоре после своего открытия он провел ряд опытов в этом направлении. Они не увенчались успехом, потому что Рентген, который дал исчерпывающее описание свойств Х-лучей, тогда еще ничего не знал об их волновой природе.

В 1912 году немецкий физик Макс Лауэ и его сотрудники открыли явление дифракции (рассеяния) рентгеновских лучей при их прохождении через кристалл. Была неопровержимо доказана волновая природа втих лучей.

Оказалось, что кристалл является созданной самой природой идеальной трехмерной дифракционной решеткой для Х-лучей, так как расстояние между рассеивающими центрами (атомами) в кристалле одного порядка (0,1 нм) с длиной волны рентгеновских лучей.

В 1913 году одновременно и независимо друг от друга молодой английский физик Уильям Лоренс Брэгг и русский кристаллограф (впоследствии член-корреспондент Академии наук СССР) Георгий Викторович Вульф вывели уравнение, связывающее угол отклонения рентгеновских лучей, рассеянных кристаллом без изменения длины волны, с расстояниями между соседними атомными плоскостями. Это уравнение (в науке оно получило название «условие Брэгга — Вульфа») легло в основу метода рентгеновского структурного анализа.

В том же 1913 году У. Л. Брэгг и его отец, видный английский физик Уильям Генри Брэгг, используя этот метод, расшифровали структуру алмаза.

Как же выглядит «портрет» царя камней? Идеальный кристалл представляет собой тело, атомы которого расположены в строгом порядке и определенной последовательности. Поэтому, чтобы получить представление о строении (структуре) того или иного кристалла, достаточно рассмотреть только очень маленькую его часть, характерную для кристалла в целом. Такую часть принято называть элементарной ячейкой.

Элементарная ячейка структуры алмаза имеет форму куба. В каждой вершине этого куба расположено по атому. По одному атому находится также в центре каждой грани. Еще четыре атома размещаются внутри куба. Если мысленно разделить куб объему на восемь равных частей, то эти четыре атома располагаются в центрах таких восьмушек, причем восьмушки, содержащие по одному атому, чередуются с пустыми восьмушками.

Для того чтобы мысленно построить структуру алмаза, необходимо как бы уложить большое количество таких кубов вплотную друг к другу, чтобы они заполнили пространство без промежутков. Образуется пространственная решетка, в узлах которой находятся атомы. Она называется кристаллической решеткой. При подсчете количества атомов в элементарной кубической ячейке структуры алмаза следует учесть, что только четыре атома, находящиеся внутри куба, принадлежат ему безраздельно. Каждый из атомов, расположенных в центрах граней, является общим для двух ячеек, а каждый из атомов, находящихся в вершинах куба, общий для восьми ячеек. Следовательно, в каждом кубе содержится 8 атомов.

Средствами современной техники удалось с большой точностью измерить межатомные расстояния в кристалле алмаза. Оказалось, что расстояние между ближайшими атомами равно 0,154 нанометра. Величина ребра элементарной кубической решетки (постоянная решетки) равна 0,357 нанометра, а следовательно, ее объем равен 0,0454 кубического нанометра.

Так как на одну элементарную ячейку приходится восемь атомов, то легко подсчитать, что в одном кубическом сантиметре кристалла алмаза содержится 1,764х10 в 28 степени атомов. Это в несколько сот триллионов раз больше, чем численность населения всего земного шара.

Что же удерживает атомы в такой тесноте?

В атоме электроны движутся вокруг ядра по эдлипти» ческим орбитам. Наиболее близкие к ядру электроны вутренних орбит атома Ввстолько сильно связаны с ядром, что как бы составляют с ним единое целое. Относительно слабее связаны с ядром электроны внешней орбиты, так называемые валентные электроны. Они-то участвуют в образовании межатомных связей.

Каждый атом углерода в структуре алмаза имеет четыре валентных электрона. Он связан по четырем направлениям с четырьмя ближайшими соседними атомами. По этому электрону от каждого атома осуществляют связь в каждом из четырех направлений. Эти павы электронов можно сравнить с двумя маленькими магнитиками, оси которых устанавливаются параллельно друг другу, а одноименные полюсы направлены в противоположные стороны. Такая связь, она носит название ковалентной, обеспечивает очень прочное соединение атомов. Вот чем объясняется уникальная твердость алмаза и ряд других его свойств, в том числе устойчивость по отношению к кислотам, щелочам и неизменность при изменениях температуры и давления.

Рентгеновские лучи помогли также обрисовать «портрет» графита. Оказалось, что в нем нельзя усмотреть даже отдаленного сходства с его именитым братом.

В алмазе атомы «упакованы» достаточно плотно и расположены в идеальном порядке: каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседними атомами, находящимися в вершинах правильного тетраэдра.  Атомы графита группируются по плоскостям, расположенным друг от друга на расстоянии 0,339 нанометра. Атомы в слое образуют правильные шестиугольники со стороной 0,142 нанометра. Слои ориентированы так, что три вершины шестиугольников одного слоя находятся под центрами шестиугольников другого слоя. Поэтому полная повторяемость структуры графита равна удвоенному расстоянию между слоями. Из-за своей слоистой структуры графит легко расщепляется на чешуйки. Поэтому его твердость значительно меньше твердости алмаза. Он легко поддается воздействию химических реактивов.

 

Подробнее...
 
Алмазная горячка PDF Печать E-mail
Рейтинг: / 0

 

 

 

Уже никто не сомневался в том, что первый среди драгоценных камней состоит из чистого углерода. Ученым уже стали известны многие физические свойства алмаза.

Предприимчивые лионские фабриканты протягивали за помощью алмазных фильер тончайшие нити. Однако происхождение алмаза в природе продолжало оставаться одной из интригующих тайн науки того времени. Но вот в 1871 году на территории нынешней Южно-Африканской Республики были открыты коренные месторождения алмазов — кимберлитовые трубки. Раньше были известны только так называемые россыпные месторождения, где алмазы встречались среди разрушенных пород — песков и почвенных отложений, отнесенных течением рек или ветром далеко за пределы областей их первоначального формирования. Природа как бы заманивала человека, разбрасывая то в одном, то в другом месте эти драгоценные камни, отвлекая его от основных «складов».

К россыпным месторождениям относились знаменитые индийские копи, известные с незапамятных времен и почти полностью истощившиеся в середине XVIII века. В VI веке алмазные россыпи были обнаружены на острове Калимантан (Борнео), в 1725 году — в Бразилии, в 1851 году — в Австралии, в 1867 году — в Южной Африке.

Коренные месторождения алмазов в отличие от россыпных — это природные кладовые. Представьте себе гигантскую трубчатую полость, почти вертикально уходящую в глубь Земли и имеющую форму конуса, слегка сужающегося по мере углубления. Такая трубка, геологи ее называют диатремой, на поверхности имеет диаметр от нескольких десятков до сотен метров. Диатрема заполнена разнообразной по окраске породой — кимберлитом. Слово «кимберлит» происходит от названия города Кимберли, возле которого была впервые обнаружена эта порода. Обычно кимберлитовые трубки имеют глубину 1 километр, а иногда больше. Кимберлит в основном состоит из оливина— минерала оливкового (откуда и произошло его название) или от зеленого до зелено-черного цвета. Он представляет собой силикат магния и железа. Как правило, оливин входит в состав кимберлита в виде серпентина — водного силиката магния и железа.

Кроме оливина, в кимберлите встречается и ряд других минералов: кроваво-красный или красно-фиолетовый гранат — пироп, изумрудно-зеленый хромдиопсид, емоля-но-черный пикроильменит, желтовато-бурая слюда — флогопит и т. п.

Кимберлит, залегающий на глубине в виде твердой породы, в верхних слоях переходит в так называемую синюю землю — синевато-серую или синевато-черную массу разрушенного кимберлита. В самом верхнем слое синяя земля сменяется желтой, являющейся продуктом полного разрушения кимберлита в результате процесса выветривания. В кимберлитах встречаются алмазы- от микроскопических размеров' до нескольких миллиметров в диаметра. Реже попадаются более крупные кристаллы.

Обычно в южноафриканских кимберлитах, имеющих промышленное значение, в 10 тоннах породы содержится примерно 1 грамм алмазов. Если представить себе, что кимберлитовая трубка состоит из зерен одинаковой величины, то из 10 миллионов зерен только одно будет алмазным.

Считается, что большинство южноафриканских ким-берлитовых трубок образовалось в меловом периоде, то есть от НО до 140 миллионов лет назад. Предполагается, что кимберлиты, сформированные в более ранние эры истории Земли, в дальнейшем были разрушены. Интересно, что возраст «Премьера» — самой большой кимберлито-вой трубки Южной Африки — составляет 1150 миллионов лет.

Открытие коренных месторождений алмазов позволило приподнять завесу над тайной происхождения этого камня, которую природа тщательно хранила на протяжении веков и тысячелетий. Изучив минералы, содержащиеся в кимберлитовых трубках, ученые пришли к выводу, что они вынесены из глубины Земли. Действительно, оливин, да и многие другие минералы, входящие в состав кимберлита, характерны для глубинных пород.

Кристаллизация алмаза происходила в магме (расплавленной огненножидкой массе), находившейся в недрах земли на глубине более чем 100 километров.

Что входит в состав магмы? Силикаты, некоторые металлы, углерод в виде углекислот, вода и другие соединения и элементы. Высокое давление и высокая температура создали благоприятные условия для превращения углерода в алмаз.

 

 

Под давлением скопившихся газов магма поднималась по вертикальным трещинам в глубинных породах. Достигнув горизонтально залегающих осадочных пород, в которых вертикальные трещины отсутствовали, магма временно приостанавливалась и растекалась между осадочными породами, образуя так называемые магматические очаги.

В результате охлаждения и застывания магмы давление внутри промежуточных очагов возрастало, что приводило к ряду последовательных взрывов газов. Они пробивали в толще вышележащих пород вертикальные жерла, так называемые трубки взрыва. В этих трубках и застывала алмазоносная магма вместе с обломками глубинных пород и пород, захваченных магмой при подъеме из магматического очага.

Такова в общих чертах одна из наиболее распространенных гипотез, объясняющих происхождение алмазов кимберлитовых трубок.

Случайно ли кимберлитовые трубки были обнаружены именно в Южной Африке? Не могут ли они существовать и на любом другом участке Земли?

Поверхность Земли, ее кора, находится в постоянном, хотя и медленном развитии. Об этом свидетельствуют осыпи на склонах гор, оползни на берегах морей, рек и озер, движение дюн на приморских побережьях. Основными движущими силами этих процессов являются течение воды, ветер, суточные и сезонные колебания температуры, то есть внешние по отношению к земной коре силы. Но кроме внешних сил, существуют еще и заутренние (эндогенные) силы Земли. Они проявляются: в разрушительных землетрясениях и извержениях вулканов. В постоянном движении и развитии Земля находится со времени своего зарождения. Под влиянием внутренних сил происходит образование складок, вздымание гор. Эти процессы затухают медленно, постепенно и долго дают о себе знать.

На относительно молодых по возрасту участках земной коры действие эндогенных сил проявляется и по сей день (Алеутские острова и Камчатка, Курильские острова и острова, на которых расположена Япония, Охотское и Японское моря и др.).

С увеличением возраста некогда «бунтовавшие» участки земной коры успокаиваются. Пронизанная твердыми горными породами земная кора становится жесткой и неподатливой. На таких участках образуются колоссальные плиты, или, как их называют геологи, платформы. Именно на платформенных участках могли возникнуть высокие давления, необходимые для образования алмаза, так как здесь эндогенным силам противостоят огромные толщи горных пород. Изучение геологической структуры алмазоносных участков Южной Африки показало, что они находятся в пределах платформы, в той ее части, где расположены траппы — мощные многоэтажные пласты пород глубинного происхождения. Разрушаясь после выхода на поверхность, они образуют как бы ступени гигантской лестницы. Отсюда произошло их название (от шведского слова trapp — лестница).

Легко догадаться, что открытие в Южной Африке коренных месторождений алмазов привлекло внимание не только ученых.

Первыми в эту богатую алмазоносную область устремились любители легкой наживы. Вспыхнула знаменитая «алмазная горячка».

Вот как летописец того времени описал создавшуюся ситуацию:

«Моряки бежали с кораблей, солдаты покидали армию. Полицейские бросали оружие и выпускали заключенных. Купцы убегали со своих процветающих торговых предприятий, а служащие из своих контор. Фермеры оставляли свои стада на голодную смерть, и все наперегонки бежали к берегам Вааль и Оранжевой...»

Однако лишь немногим участникам этого кросса удалось достичь финиша.

«Тропа смерти» — такое название получила дорога через выжженную солнцем пустыню, ведущая на алмазные прииски. Она почти сплошь была усеяна костями быков, мулов и лошадей. Немало погибло здесь изнуренных людей.

Подробнее...
 
Алмазы в России PDF Печать E-mail
Рейтинг: / 0

 

 

 

Первооткрывателем алмазов в России был четырнадцатилетний мальчик, сын крепостного крестьянина Павел Попов.

В июне 1829 года, промывая золото на Крестовоздвижеиских приисках Урала, он обнаружил маленький камешек, поразивший его своей твердостью. Зная, что за находку «любопытных камней» обещано вознаграждение, мальчик отнес ее смотрителю рудника. Тот не нашел в неказистом на вид кристалле ничего достопримечательного, но на всякий случай спрятал его в сейф. К счастью, в то время здесь находился опытный минералог Г. Шмидт, который и определил безошибочно: это алмаз!

Поиски в районе Крестовоздвиженских приисков позволили обнаружить здесь еще несколько мелких кристаллов алмаза. Их хватило только на ожерелье для супруги владельца приисков.

Затем время от времени появлялись сообщения о находках кристаллов алмаза в различных местах Урала. Но планомерных поисков алмазных месторождений в царской России не велось. В дореволюционное время в России было обнаружено примерно 200 кристаллов алмазов.

Всестороннее изучение алмазоносности Урала началось только после Великой Октябрьской социалистической   революции. В  результате долговременных настойчивых поисков в предгорьях Урала были обнаружены россыпные месторождения алмазов, имеющие некоторое промышленное значение. Но относительно небольшое количество добываемых здесь алмазов не могло даже в малой степени удовлетворить действительную потребность в них.

Надо было искать более богатые месторождения.

В начале 30-х годов небольшой экспедицией по поискам алмазов на Урале руководил опытный геолог Александр Петрович Буров. Изыскателей преследовала неудача за неудачей. Попытки обнаружить на уральской земле «алмазное Эльдорадо» успехом не увенчались.

Вернувшись в Москву и продумав причину этих неудач, Буров решил, что надо временно отложить в сторону кирку, молоток, внимательно изучить различные области Советского Союза и определить те из них, которые наиболее близки по своей геологической структуре к уже известным заграничным месторождениям алмазов. По его инициативе и с его непосредственным участием группа геологов приступила к разработке этой темы, включенной в государственный план.

В это же время видный советский ученый в области петрографии (науки о горных породах) и геологии Владимир Степанович Соболев (впоследствии академик) только начинал свой путь в науке.

В результате кропотливой научной работы, проделанной Соболевым и завершенной в конце 30-х годов, было установлено, что наибольшие надежды при поиске алмазов следует возлагать на Западную Якутию и прилегающие к ней части Красноярского края и Иркутской области. Эта территория составляет так называемую Сибирскую платформу, геологическое строение которой не только по наличию траппов, но и по другим признакам весьма схоже с геологией алмазоносной области Южной Африки.

Сообщение об открытии В. С. Соболева обсуждалось на специальном заседании Госплана СССР в 1941 году, и было внесено предложение об организации поисков алмазов на Сибирской платформе.

Геологи уже готовили снаряжение. Но началась Великая Отечественная война, и эту работу пришлось отложить на несколько лет.

Вскоре после окончания войны в Иркутске была создана на первых порах немногочисленная геологическая экспедиция по поиску алмазов на Сибирской платформе под руководством профессора М. М. Одинцова.

Летом 1947 года к песчаной косе на Нижней Тунгуске причалили лодки. Люди стали выгружать тюки, ящики, брезентовые палатки. Привлеченные необычным для этих пустынных мест зрелищем, из ближайшего стойбища приходили эвенки.

  Куда путь держите? — спросил старик эвенк.

  В тайгу, отец, в тайгу,— ответил один из пришельцев, после того как проводник перевел этот вопрос.

Местные жители начали оживленно переговариваться, В незнакомом языке можно было разобрать неоднократно повторяющееся слово «амака».

  Амака — лесной хозяин здешних мест, по-русски — медведь,— пояснил проводник.— Они говорят, раз в тайгу без ружей, значит, к амаке в гости.

  К медведям, так к медведям,— ответили геологи.

Вскоре название «Амакинская экспедиция» было узаконено и стало фигурировать во всех официальных документах.

Так началась современная северная одиссея.

Задачу, которую предстояло решить экспедиции, была исключительной но своей сложности и трудности. Надо было найти алмазы в огромном крае вечной мерзлоты, нехоженой тайги и непроходимых болот. К тому же эта область, территория которой занимает одну седьмую часть Советского Союза и равна двум третям площади зарубежных европейских стран, вместе взятых, была слабо исследована.

Как найти скрытую от глаз человека кимберлитовую трубку, затерявшуюся в бесконечном пространстве заболоченной тайги?

Выходящие на поверхность коренные, или первичные, породы, содержащие алмазы, под влиянием атмосферных осадков непрерывно разрушаются (выветриваются) и дают начало вторичным, россыпным месторождениям. Разрушенные породы вместе с алмазами подмываются течением рек и переносятся на большие расстояния. Алмазы, рассеянные в отложениях — песке, гравии и гальке — как существующих рек, так и в террасовых отложениях древних рек, найти легче, чем отдельную кимберлитовую трубку: одна кимберлитовая трубка может снабжать алмазами реки и их притоки на многие десятки и даже сотни километров.

Но искать россыпные месторождения тоже не простое дело. Если коренное месторождение находится далеко, то относительное содержание алмазов в россыпях оказывается мизерным. Ведь река и ее притоки размывают не только кимберлитовую трубку, но и все породы, встречающиеся на ее пути.

Чтобы определить, есть ли в ключе золото, достаточно промыть несколько небольших ковшей галечников. А чтобы найти алмаз, приходится промывать пробы речных отложений, каждая объемом в несколько кубических метров.

Такая проба, геологи называют ее пробой песков, добываемая со дна реки или шурфа (небольшой шахты), на террасе содержит крупные валуны, комки глины, мелкую гальку, крупицы песка. Найти в этой массе один кристаллик алмаза подчас размером меньше булавочной головки, право, не легче, чем обнаружить иголку в стоге сена.

Из такой пробы прежде всего удаляют крупную гальку, а также песок и глину, промывая породу в так называемом вашгерде, похожем на лоток золотоискателя, только значительно большего размера.

Оставшиеся после промывки крупный песок, мелкую гальку и графит рассеивают по размерам на больших ситах (грохотах). Остатки на ситах поступают на отсадочную машину, где пульсирующий поток воды отделяет легкую гальку и песчинки от более тяжелых частиц горных пород и минералов. Остается тяжелая часть пробы — концентрат, в котором могут находиться алмазы.

 

 

Хотя концентрат содержит весьма незначительную часть первоначальной пробы (обычно от кубического метра пробы песков остается несколько горстей концентрата), все же искать в нем алмазы, перебирая концентрат по зернышку, очень трудно. Неоценимую услугу искателям алмазов оказывают рентгеновские лучи, с помощью которых, как помнит читатель, некогда была расшифрована структура алмаза.

Облученный рентгеновскими лучами, алмаз светится синеватым, голубовато-зеленым или желтым цветом. Это свойство, которое в науке называется люминесценцией, и используется для извлечения алмазов.

Прибор, основанный на таком принципе, содержит рентгеновскую трубку. Концентрат, рассыпанный тонким слоем на движущейся ленте транспортера, проходит под лучами этой трубки. Рентгеновские лучи помогают заметить алмаз.

Много тысяч километров пришлось прошагать геологам, преодолевая болота, буреломы, овраги, спасаясь от неотвязных туч комаров и мошкары. Наконец весной 1948 года в пробе галечников на реке Ермокан (левый приток Нижней Тунгуски) был обнаружен первый в этом крае алмаз.

Гипотеза об алмазоносности Сибирской платформы получила первое, пока робкое подтверждение.

В этих же местах, а также по другим окрестным рекам было найдено еще несколько алмазов. Но богатых алмазных россыпей обнаружить не удалось. Поэтому было решено, не прекращая поисков на Тунгуске, двинуться в глубь Сибирской платформы, на реку Вилюй.

В конце зимы 1949 года небольшой поисковый отряд во главе с молодым сибирским геологом Г. X. Файнштей-ном по санному пути был заброшен в верхнее течение Вилюя, с тем чтобы после ледохода попасть в среднее течение этой реки и начать здесь поиски алмазов.

Протяженность Вилюя, одной из самых больших рек Якутии, составляет около двух с половиной тысяч километров. В среднем и нижнем течении спокойно и величаво несет она свои синие воды между низкими и равнинными берегами, покрытыми лиственницей и сосной. Но в верхнем течении ее воды пересекают темные изверженные породы (траппы), образуя многочисленные пороги.

Здесь находится самый большой на Вилюе порог Ула-хан-хан, что в переводе означает «Большая беда». Этот порожистый участок тянется 3,5 километра, причем уровень воды на его протяжении понижается на 6,8 метра — падение, огромное для такого относительно небольшого расстояния. Река здесь течет так быстро, что не замерзает даже в самые сильные морозы.

Нарастающий по мере приближения к опасному участку гул разбушевавшейся реки как бы предупреждал исследователей: «Быть беде, быть беде». Плоты с имуществом и оборудованием отряда причалили к берегу у верхнего края порога.

Геологи вместе с проводниками-якутами направились на рекогносцировку местности. Выяснилось, что весь участок можно было бы проплыть, хотя и с немалым риском, если бы не последний выступ высотой в полтора метра. Здесь плот неминуемо уткнулся бы носом в дно, и бушующая река подняла бы его хвостовую часть. Могло погибнуть имущество и оборудование отряда, вряд ли удалось бы спастись и людям.

Выручила смекалка. Один из участников отряда предложил перевязать плоты, расположив бревна не вдоль, а поперек течения реки. Плоты изгибались под ударами воды и камней, предотвращая заклинивания. Опасный участок был преодолен.

Через два дня путешественники попали в зону лесного пожара. На обоих берегах горел лес. Лиственницы и сосны вспыхивали от корня до вершины и с шумом валились, создавая непрерывный грохот, словно при орудийной стрельбе. Плыли как бы между двумя огненными стенами.

В Якутии корни лиственниц расстилаются почти по поверхности, в тонком слое почвы, старой хвои и мха, так как ниже лежит мерзлота. Когда при пожаре хвоя и мох выгорают, огонь доходит до корней, и, охваченное пламенем, высокое дерево падает. Плывя по середине реки, люди чувствовали себя в безопасности, так как падающие деревья не достигали плотов.

Прошло несколько дней пути. Течение стало спокойным. Угомонившаяся река несла свои воды, образуя широкие излучины. Вдоль береговых выступов лежали намытые водой песчано-галечные косы. На одной из таких кос, Соколиной, был разбит лагерь и развернуто оборудование.

За лето 1949 года на этой косе были добыты первые алмазы.

Открытие алмазов на Вилюе подтвердило правильность поисков этих драгоценных камней на Сибирской платформе. Поисковые работы разворачивались возрастающими темпами.

Многие опытные геологи были переброшены сюда с Урала. Отряды алмазоискателей ежегодно пополнялись выпускниками горных институтов и университетов нашей страны. Непрерывно совершенствовалась техническая оснащенность экспедиций. Самолеты, автомашины-вездеходы, мощные гусеничные тракторы, лодки с подвесными моторами, флотилии моторных катеров пришли на смену оленьим упряжкам, вьючным лошадям и плотам.

Геологи, инженеры, техники и рабочие двинулись на штурм тайги, чтобы вырвать у нее заветную тайну Сибирской платформы. Необходимо было найти месторождения алмазов и обеспечить ими промышленность.

Там, где развертывались поисковые работы, вырастали бревенчатые домики. Работы велись уже не только летом, но и круглый год. Естественно, геологической съемкой и маршрутными изысканиями в зимнюю пору не занимаются. Но зато некоторые другие работы легче проводить зимой. Так, при проходке шурфов для добычи проб галечников из речных террас много неприятностей доставляла вода, пропитывающая оттаявший слой почвы; ее приходилось отводить канавками, а иногда откачивать с помощью насосов. А когда все замерзает, работать гораздо легче.

Еще большие трудности возникали летом при добыче проб со дна реки. С этой целью применялось специальное приспособление — пахарь, представляющее собой подобие гигантской лопаты, укрепленной на плоту. С его помощью рабочие вытаскивали песок и гальку со дна реки. Но при этом не было гарантии, что таким образом может быть хорошо «пропахана» борозда поперек реки до коренных пород. Стенки такой подводной канавки легко осыпаются, а в мутной воде ничего нельзя разобрать. И эту работу тоже старались делать зимой. Проделав поперек реки несколько прорубей, их постепенно промораживали до самого дна. Работая в такой ледяной оболочке, со всех сторон омываемой водой, рабочий осторожно добывал со дна реки песок и гальку и постепенно, тоже все время промораживая стенки подводной шахты, доходил до коренных пород.

В основном только зимой удавалось доставлять грузы наземным транспортом. Дорог в Западной Якутии не было, а летом реки часто мелеют, и по ним редко можно сделать за сезон больше одного-двух рейсов. Зато зимой, когда реки и болота замерзают, представлялась возможность прокладывать так называемые зимники (зимние дороги) в любом направлении к самому отдаленному участку или по льду реки, или через заболоченные пространства. Для прокладки дороги обычно отправляли мощные тракторы, за которыми гуськом двигались колонны грузовых автомашин. Каждая такая поездка требовала от людей изрядного мужества, стойкости и выносливости.

Путь колонне нередко преграждали лесные завалы. Приходилось выходить из машин и прорубать просеки. Быстрые горные реки подмывали лед, и когда он начинал грозно трещать под колесами тяжело груженных машин, приходилось рубить вековые сосны и настилать через полыньи толстые бревна. Поездки в отдаленные места длились неделями. Все это время водители не покидали машин: если двигатель заглохнет, то в жестокие сибирские морозы его снова не заведешь. Недаром на Ленской трассе на въезде в столицу алмазного края город Мирный установлена мемориальная доска в честь первых водителей.

Зима в Якутии продолжается 6—7 месяцев. Начиная с ноября в долине Вилюя устанавливаются устойчивые морозы ниже —40°С. В январе-феврале температура воздуха падает до —50°С, а в отдельные дни столбик спиртового термометра опускается ниже отметки — 60° С.

Чаще всего в этих местах стоит безветренная сухая погода, и поэтому крепкие морозы переносятся здесь легче, чем в европейской части Советского Союза. Но когда температура опускается ниже —50° С, дышать становится трудно. Пар, образующийся при дыхании, моментально замерзает и превращается в мельчайшие пластинки льда. Работа на открытом воздухе при таких морозах трудна: металл становится хрупким, словно стекло, резина на колесах автомашин твердеет, теряет эластичность, крошится, масло густеет.

Выходит, что человек легче приспосабливается к суровым морозам, чем механизмы и машины.

Разумеется, людям в такие жестокие морозы приходится трудно. Выручают меховые брюки и телогрейки, теплые шубы, меховые шапки и рукавицы, чулки из заячьих шкурок мехом наружу. Поисковые партии шли по Вилюю вверх и вниз от косы Соколиной, где были обнаружены первые алмазы.

 

Подробнее...
 
Города и поселки алмазного края PDF Печать E-mail
Рейтинг: / 0

 

 

«Если Советский Союз освоит промышленную добычу алмазов в крае вечной мерзлоты, то не раньше, чем в XXI веке», — так комментировала зарубежная пресса сообщение об открытии якутских кимберлитов.

Для доказательства достоверности этого утверждения его авторы напоминали, с какими трудностями было связано начало разработок южноафриканских кимберлитовых трубок. А ведь там первые алмазы лежали чуть ли не под ногами в выжженных солнцем саваннах.

...В те дни, когда подобные пессимистические предсказания о судьбах якутских алмазов появлялисьна страницах   периодических изданий капиталистических стран, на затерявшемся в снежной пустыне клочке земли строился новый город Мирный.,.

Ночь пути, и колеса воздушного лайнера серебристого красавца Ил-18 касаются бетонного поля мирнинского аэродрома. Чтобы преодолеть примерно такой же путь, царскому стольнику П. П. Головину — первому якутскому воеводе — понадобилось три года. Выехав из Москвы 6 августа 1638 года, он прибыл на реку Лену летом 1641 года.

...Автомашина плавно катит по бетонной мостовой. С обеих сторон тянутся многоэтажные белокаменные дома. Это Ленинградский проспект, выросший на месте первой прорубленной просеки в необжитой тайге.

  Ленинградский проспект, растянувшийся с севера на юг на 2250 метров,— рассказывает водитель,— не только самая длинная, но и самая широкая городская магистраль.

  Помню время, — продолжает водитель, — когда здесь была непролазная грязь. После того как главный инженер треста, пытаясь перейти улицу, оставил в жидком месиве свои сапоги, через мостовую был проложен временный мост.

Повседневный труд, полный творческих исканий, умноженный на энтузиазм советских людей, заложен в фундамент города алмазников.

Конечно, человека, не знакомого с условиями Севера, не удивишь многоэтажными зданиями. В современных городах они растут буквально на глазах.

Иное дело в крае вечной мерзлоты. Даже в городе Якутске, до сравнительно недавнего прошлого многоэтажных зданий не строили. Якутск был приземистым городом. Объясняется это тем, что зимой, когда дома усиленно отапливаются, почва под ними оттаивает и фундамент здания начинает оседать.

Поэтому здания в Мирном строятся на железобетонных столбах-сваях. Нижний конец каждой сваи упирается в слой вечной мерзлоты, и между поверхностью земли и основанием здания образуется теплоизоляционная воздушная подушка.

Сейчас здесь четырех- пятиэтажные дома обыденное явление. Не редкость и девятиэтажные здания. В ближайшем будущем в столице алмазного края планируется строительство  двенадцати-   и   шестнадцатиэтажных Маний.

Северные «небоскребы» устанавливаются на так называемых холодных сваях, в которые вмонтированы Термосифоны для принудительного охлаждения окружающего грунта. Практически эти сваи способны выдержать любую нагрузку.

Невдалеке от города раскинулся карьер трубки «Мир». Здесь день и ночь шумят механизмы. Экскаваторы опускают свои ковши, и мощные бульдозеры подводят к ковшам глыбы раздробленной взрывом алмазоносной породы. Сутулые самосвалы, сорокатонные Белазы отвозят породу на обогатительные фабрики.

На обогатительных фабриках кимберлит сначала размалывают на специальных мельницах и загружают в промывочные машины, где смываются легкие частицы. Оставшийся материал по величине частиц разделяется на несколько классов. Этот процесс осуществляется с помощью больших сит.

Тяжелые частицы породы, перемешиваясь в ситах, создают сильный шум и грохот. Поэтому такие установки называются грохотами, а сам процесс получил название грохочения.

Из грохотов материал поступает в отсадочные аппараты, где происходит дальнейшее обогащение.

Грубо говоря, отсадочный аппарат представляет собой большой конус, заполненный жидкостью плотностью от 2,8 до 3,1 грамма на кубический сантиметр, то есть меньшей, чем плотность алмаза. Для этого используют, например, суспензию тонкого феррокремниевого порошка в воде. Кристаллы алмаза и другие тяжелые минералы опускаются на дно сосуда, а более легкие частицы, например песок, всплывают вверх, и их удаляют. Чтобы ускорить этот процесс, суспензию  непрерывно перемешивают.

 Объем получаемого в результате этих операций про-дукта, так называемого концентрата, значительно меньше объема исходного материала.

Для извлечения алмазов из концентрата применяются различные способы, в том числе жировой, электро-статический, люминесцентный, пенной сепарации...

Наиболее распространенным и самым давним способом является жировой. Если верить старинным легендам, то он применялся еще в глубокой древности.

В одной из сказок «1001 ночи» повествуется о таинственной долине, дно которой сплошь усеяно алмазами. Неприступные скалы, окружающие долину, и кишащие ядовитые змеи надежно охраняли сокровища. Но алчные, предприимчивые купцы все же нашли способ овладения алмазами. Они бросали в долину большие куски мяса. Алмазы прилипали к мясу, а могучие орлы, гнездящиеся в окрестностях, уносили его в свои гнезда. Затем находчивые искатели сокровищ забирались в гнезда и извлекали оттуда драгоценные камни.

На обогатительной фабрике жировой способ извлечения алмазов не так романтичен, как в старой сказке.

Представьте себе вибрирующий наклонный стол, поверхность которого покрыта слоем жира толщиной примерно 6 миллиметров. Поток воды с концентратом направляется на поверхность стола. Алмазы, содержащиеся в концентрате, прилипают к жиру, а большинство зерен других минералов уносится водой. Жир соскабливают с поверхности стола и помещают в подогреваемые сосуды. Жир тает, освобождая налипшие на него алмазы.

На современных обогатительных фабриках этот процесс автоматизирован. Вместо вибрирующего стола используется наклонный ленточный транспортер. Жир с прилипшими алмазами снимается с поверхности транспортера с помощью специального нагретого ножа, а свежий жир подается автоматически. Это позволяет проводить процесс обогащения непрерывно.

Чтобы окончательно очистить извлеченные из концентрата кристаллы алмаза от посторонних веществ, их кипятят в растворах химических реактивов, промывают и сушат.

Заключительная операция — сортировка алмазов по чистоте (прозрачности), окраске и прочим свойствам, определяющим их стоимость и применение. На сортировочном столе окончательно решается судьба того или иного кристалла алмаза. Сиять ли ему всеми цветами радуги в причудливом украшении, надеть ли ему рабочую спецовку и трудиться на промышленном предприятии либо из-за обилия дефектов быть ему стертым в порошок в буквальном смысле этого слова.

Обогатительные фабрики перерабатывают породу, извлеченную из кимберлитовых трубок. А по реке Ирелях курсирует драга — плавучая обогатительная фабрика, добывающая со дна реки алмазоносный песок, чтобы извлечь из него драгоценные камни.

В подернутом туманом воздухе еще издали различим серебристый, обтянутый алюминием, громадный корпус драги, покоящейся на широких плечах понтонов, начиненный отсадочными машинами, грохотами и другим технологическим оборудованием. Объемистые ковши черпаковой цепи драги поднимают с глубины в несколько метров темно-серую алмазоносную массу и направляют ее словно в пасть гигантской рыбы.

Драга оснащена системой автоматического контроля и управления технологическими процессами, телевизионной установкой.

Хочется добрым словом вспомнить пахаря — плот с лопатой, некогда бороздивший эту реку, дедушку современной драги — одного из первопроходчиков алмазного потока...

Сто километров езды из Мирного по укатанной дороге, петляющей среди щетинистых сопок, и вы попадете в поселок Чернышевский, названный так по имени «вилюйского узника», великого русского революционера-демократа, ученого и писателя Н. Г. Чернышевского, некогда томившегося в этих местах в ссылке.

 

Подробнее...
 
Искусственные алмазы PDF Печать E-mail
Рейтинг: / 1

 

 

 

 

О создании искусственных алмазов люди мечтали давно. Еще средневековые алхимики пытались делать алмазы, ничего не зная об их природе.

И позже немало шарлатанов убеждали легковерных людей в том, что овладели секретом изготовления алмазов. Достаточно вспомнить известного в XVIII веке авантюриста Сен-Жермена, упомянутого в повести А. С. Пушкина «Пиковая дама» в связи с тайной трех карт. Сен-Жермен был не только картежником. Он славился «искусством» получать крупные алмазы из мелких путем сплавления. Нетрудно догадаться, что ловкий мошенник выдавал простые стекла за алмазы. После того как в начале XIX века было установлено, что алмаз состоит из углерода, созданием искусственных алмазов занялись серьезные исследователи.

По-видимому, первым ученым, получившим в начале 1823 года при сжигании угля твердые кристаллы, похожие на алмаз, был видный русский общественный деятель, основатель Харьковского университета Василий Назарович Каразин. К сожалению, подробности этих экспериментов до наших дней не дошли. По мнению известного советского кристаллографа И. И. Шафрановского, Каразин получил вещество, относящееся к группе углеводородов (то есть соединений углерода с водородом), с большим содержанием углерода и бедное водородом. По утверждению Д. И. Менделеева, в таких веществах «до некоторой степени видно приближение к свойствам алмаза».

Через несколько лет эксперимент русского ученого повторили французские исследователи Каньяр Латур и Ганналь. Полученные ими кристаллы также не были алмазами, а лишь походили на них. Идея «алмазотворения» захватила многих ученых, в том числе и известного химика, члена Парижской Академии наук Анри Муассана.

Академик был подготовлен к решению этой проблемы значительно лучше своих предшественников. В то время в Южной Африке уже были открыты коренные месторождения алмазов — кимберлитовые трубки. Для создания искусственных алмазов, рассуждал химик, требуются условия, подобные тем, при которых формировались природные алмазы, то есть высокая температура и большое давление.

Муассан сконструировал мощный источник длительного и сильного нагрева — электрическую дуговую печь. Чтобы получить высокое давление, Муассан нагревал расплав железа до температуры 2000 °С, насытив его углеродом. Полученную таким образом массу углеродистого железа он вылил в лохань с ледяной водой. На поверхности массы, быстро охлажденной снаружи, образовалась твердая оболочка — корка, с колоссальной силой давившая на ее внутреннюю часть. В результате давление внутри массы резко возросло.

Большое давление и высокая температура создали условия, при которых углерод должен был выкристаллизоваться в виде алмаза. Так рассуждал ученый. Растворив в кислотах закристаллизовавшийся сплав (этот процесс продолжался несколько месяцев), Муассан обнаружил небольшое количество мелких крупинок, не поддававшихся действию кислот. Размер самой большой из них был 0,7 миллиметра. Этими крупинками можно было царапать рубин и даже корунд. Крупинки почти полностью сгорали в кислороде.

Приняв крупинки за алмазы, Муассан в 1893 году не замедлил оповестить ученые круги о своем открытии. Вскоре сенсационное сообщение французского академика обошло весь мир.

В том же 1893 году независимо от Муассана профессор минералогии Петербургской медицинской академии Константин Дмитриевич Хрущев путем кристаллизации углерода в расплавленном серебре получил мелкие кристаллики, по своей твердости и другим свойствам не уступающие «алмазам» Муассана. Впрочем, позднее было установлено, что Муассан и Хрущев, по-видимому, получили не чистые алмазы, а соединения углерода с металлом — карбиды. Одним из первых ученых, усомнившимся в открытии Муассана, был видный русский минералог Петр Николаевич Чирвинский. Свои доводы и обоснования он изложил в написанной в 1907 году брошюре «Трактат по минеральной химии Муассана с минералогической точки зрения». Редакция журнала «Бюллетень Французского химического общества» отказалась опубликовать основные положения брошюры, чтобы не огорчать президента общества Муассана. Аналогичный ответ был получен из редакции нью-йоркского научного журнала. Сотрудник Муассана Гофман многократно повторил эксперимент своего патрона. Полученные кристаллы он тщательно исследовал и выяснил, что показатель преломления света у них иной, чем у алмаза. Более того, этот показатель оказался равным показателю преломления карбида кремния.

Пятьдесят раз повторил опыты Муассана немецкий инженер Леон Франк. Но... алмазов так и не получил. «А не поискать ли  алмазы в обычной стали, изготовленной   на   металлургических   заводах?» — подумал Франк.

Действительно, в доменных печах всегда имеется избыток углерода, а окисление полученного чугуна может происходить при различных условиях, в том числе и при таких, которые необходимы для кристаллизации алмаза. Франк растворил в кислотах кусок стали, отлитый на одном из люксембургских заводов, и получил разной величины «алмазы». Это сенсационное сообщение он опубликовал в немецком журнале «Сталь и железо».

 

 

 

 

Металлурги устремились к домнам в поисках драгоценного камня. Сообщения о счастливых находках в металлургических печах печатались одно за другим.

В 1909 году Иогансон скупил большое количество «металлургических алмазов» и тщательно их проверил. Кристаллы оказались обыкновенным корундом.

Вспомнили и о предшественнике Муассана английском ученом Геннее, занимавшемся алмазотворением еще в 1880 году. Он брал смесь, состоящую из 90% легких углеводородов и 10% костяного масла, добавлял 4 грамма лития, и вся эта масса помещалась в толстостенную стальную трубу, конец которой заваривался кузнечным способом. Затем трубу помещали в печь, где она в течение 14 часов нагревалась до темно-красного каления. Из 34 труб это тяжелое испытание выдержали только четыре. Остальные взорвались.

При вскрытии уцелевших труб в трех из них были обнаружены мелкие кристаллики, высокожаростойкие, очень плотные и твердые, которые долгое время хранились в Британском музее под названием «искусственных алмазов Геннея».

Видный английский инженер и предприниматель Чарлз Алджернон Парсонс — изобретатель многоступенчатой паровой реактивной турбины — пытался воспроизвести опыты своего соотечественника. Крупный заводчик не жалел средств. Прокаленные трубы взрывались одна за другой. Но, увы, алмазов в них не было.

Неудачи не обескуражили экспериментатора. Он предпринимает еще одну отчаянную попытку. Исходное вещество — ацетилен (два атома углерода, два атома водорода) он помещает в ствол ружья и стреляет со стороны дула пулей. Давление и температура при этом резко возросли. Но и этот выстрел оказался холостым: алмазов не получилось.

Видный ученый, английский физик и химик, член Лондонского королевского общества Уильям Крукс пытался получить алмазы, взрывая углеродистую смесь в стальной бомбе. Полагают, что при этом температура достигла 5000° С, а давление—10 000 атмосфер...

Патентные ведомства разных стран не успевали рассматривать заявки на способы изготовления алмазов. Так, германская фирма «ИГ Фарбен» запатентовала в начале 30-х годов нынешнего века изобретение некоего Карабачека.

Приведенный в патенте рецепт изготовления алмазов был достаточно прост: «Взять 60—90% железных опилок, 5—25% доменного шлака, 5—15% аморфного углерода или графита. Добавить твердую углекислоту и сжиженную окись углерода. Все это положить в автоклав, сдавить до 5000 атмосфер, нагреть до 900—1100° С. Еще раз повысить давление до 15 000 атмосфер. Подождать полминуты. Постепенно снизить давление и температуру до комнатной».

Для получения крупных алмазов, по утверждению изобретателя, этот процесс необходимо повторить несколько раз. Но увы! Ни в то время, ни много лет спустя никому не довелось увидеть искусственные алмазы фирмы «ИГ Фарбен». В «игру», целью которой являлось получение искусственных алмазов, включались все новые партнеры. Но, несмотря на все ухищрения, к которым они прибегали, скопировать царя камней никому не удавалось.

Я учился в университете одного из южных городов. Мой однокурсник — высокий, слегка сутулый юноша, известный среди студентов под именем Веселого стекольщика, отнюдь не блистал в учебе, зато отличался изрядной предприимчивостью.

Достав где-то нехитрый инструмент бродячих стекольщиков для резки стекла — небольшой заостренный кристалл алмаза, вправленный в рукоятку, он в свободное от занятий время, а порой используя и лекционные часы, вставлял в домах оконные стекла, чтобы заработать деньги. Но однажды его алмаз пропал. С присущим ему юмором рассказывая об этом происшествии, он заявил:

— Новый алмаз сделаю сам.

Разумеется, мы, его товарищи, приняли это за очередную шутку. Через некоторое время Веселый стекольщик вполне серьезно предложил нам принять вместе с ним участие в изготовлении алмазов.

Мы подняли его на смех. Но он сумел увлечь нас этой идеей. В самом деле, аппаратура, применяемая в то время для «изготовления» алмазов, была доступна почти каждому... Железные трубы можно было достать. А собрать дуговую электрическую печь для студентов, прошедших физический практикум, тоже было нетрудно. Но где найти помещение для «лаборатории»? Отец одного из студентов предложил нам до начала летнего сезона свою "дачу" — домик, на скорую руку сколоченный из кусков железа, досок, разнообразных ящиков и прочего подсобного материала.

Сначала мы решили повторить опыт Муассана. В. то время почти все были уверены, что французскому академику действительно удалось получить искусственные алмазы.

И вот в огнестойком тигле, установленном в печи, кипит расплавленный чугун, туда опущен стерженек углерода, полученный путем сухой перегонки сахара,— «сахарный уголь». Посередине комнаты на табуретке стоит лохань с ледяной водой из ближайшего родника.

Схватив щипцами тигель, Веселый стекольщик вылил расплавленную массу в лохань с водой. Раздался взрыв, гейзером взвился фонтан воды, из окон вылетели все стекла, и на наших глазах хлипкое дачное сооружение рассыпалось, словно карточный домик.

 

 

 

 

Легко представить себе состояние хозяина дачи, который, прибыв сюда на подводе вместе с домочадцами и домашним «скарбом в предвкушении блаженного летнего отдыха, застал лишь груду еще тлевших головешек.

На этом окончилась наша попытка изготовить искусственные алмазы. Веселого стекольщика увлекла другая идея, и наш «творческий коллектив» распался.

Прошло несколько лет. Окончив университет, я работал в Москве в одной из заводских лабораторий. О своем юношеском увлечении алмазотворением я постепенно стал забывать, но все-таки продолжал следить за информацией, которая появлялась в научно-технических журналах.

Однажды, раскрыв пахнувший свежей типографской краской октябрьский выпуск журнала «Успехи химии» за 1939 год, я натолкнулся на статью «Об искусственных алмазах». Сколько статей с подобными названиями мне довелось ранее прочитать! Под заголовком стояла мало кому знакомая тогда фамилия — О. И. Лейпунекий.

Подробнее...
 
Искусственные алмазы. Ч2. PDF Печать E-mail
Рейтинг: / 3

 

 

 

 

 

Чтобы получить искусственные алмазы, требуется давление по крайней мере в 50 000 раз большее, чем атмосферное.

Атмосферное давление не такое уж маленькое. Среднее, или, как говорят, нормальное атмосферное давление, испытываемое   каждым   жителем   Земли,   близко к давлению,  которое возникает,  если  на  площадку в 1 квадратный сантиметр поставить гирю в 1 килограмм.

На   больших   водных   глубинах и   в   толщах   земли давление имеет значительную величину, достигая у ее центра миллионов атмосфер. В недрах некоторых звезд давление достигает  миллиардов   атмосфер      «белых карликов» до тысячи триллионов атмосфер).

В физике проблема высоких давлений возникла примерно в середине XIX века. Первым ученым, которому удалось под действием высокого давления перевести ряд газов (хлор, аммиак, углекислый газ и др.) в жидкое состояние, был выдающийся английский физик Майкл Фарадей. Однако такие атмосферные газы, как кислород, азот и водород, долгое время не проявляли никаких признаков сжижения под действием самого высокого достижимого в то время давления, и многие ученые стали привыкать к мысли, что это так называемые постоянные газы, то есть газы, не превращающиеся в жидкость ни при каких условиях.

В конце 60-х годов XIX века английский физик Томас Андрюс и знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев независимо друг от друга установили, что для каждого газа существует так называемая критическая температура, выше которой газ не может быть сжижен ни при каком сколь угодно большом давлении.

В 1877 году французский инженер Луи Поль Кальете, усовершенствовав аппаратуру для  получения высокого давления, сжижил кислород при давлении 300 атмосфер, одновременно охладив его до критической температуры. Вскоре были сжижены и другие «постоянные газы».

К концу XIX — началу XX века аппаратура для создания давлений порядка сотен и даже тысячи атмосфер широко применялась в лабораторной практике. К тому времени стало ясно, что под действием высокого давления происходит не только изменение фазы вещества: газ превращается в жидкость, а жидкость — в твердое тело. Физики начали убеждаться в том, что, проникнув в область высоких давлений, они как бы попадают в новый мир, где чудесным образом изменяются свойства вещества, ускоряется ход химических реакций и происходит немало других не менее удивительных событии. Продвигаясь шаг за шагом, предстояло расширить границы этого неведомого ранее мира, иными словами, создать новую отрасль науки — физику высоких давлений.

Эту задачу разрешил американский физик П. У. Бриджмен.

Перси Уильяме Бриджмен родился в 1882 году в городе Кембридже штата Массачусетс (США). В 1904 году он окончил Гарвардский университет. Вся его продолжавшаяся более полувека научная деятельность была тесно связана с этим учебным заведением и посвящена в основном развитию физики высоких давлений. В 1908 году Бриджмену присваивается степень доктора, а с 1919 года он —профессор.

В своих исследованиях Бриджмен использовал существующую в то время аппаратуру, постепенно ее совершенствуя. Простейшая установка для создания высокого давления — это цилиндр с поршнем. Внешнее усилие, создаваемое человеческой рукой или мощным гидравлическим прессом, через поршень передается на сжимаемую среду: жидкость, газ или пластичное твердое тело. При этом возникает давление, равное отношению действующей силы к площади поршня (разумеется, если пренебречь силой трения).

Теоретически с помощью системы цилиндр — поршень можно развить сколь угодно большое давление.

Однако во время работы на внутренней поверхности цилиндра возникают растягивающие усилия, или, выражаясь инженерным языком, растягивающие напряжения, стремящиеся по мере повышения давления разорвать цилиндр.

Для компенсации растягивающих напряжений Бриджмен разработал оригинальную конструкцию, впоследствии получившую название механической поддержки, которая широко применяется и в современных аппаратах высокого давления.

Представьте себе сосуд высокого давления, внешняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса, заключенный в коническую оправку. Когда поршень, вдвигаясь в сосуд, создает в нем давление, он одновременно вдавливает сосуд в оправку, словно пробку в горлышко бутылки, создавая на поверхности сосуда возрастающее внешнее давление.

Успешно решил Бриджмен и проблему уплотнения, разработав хитроумную конструкцию прокладки между поршнем и сосудом.

Когда американский физик начал свои эксперименты, максимально достижимое в лабораторных условиях давление составляло 3000 атмосфер. Бриджмен последовательно увеличивает это давление до 20 000 атмосфер... Он использует для изготовления камеры высокого давления самые прочные из известных тогда материалов, и давление достигает фантастической для того времени величины — 50 000 атмосфер.

Одновременно с усовершенствованием аппаратуры ученый тщательно и скрупулезно изучает поведение различных элементов и соединений в условиях все возрастающего давления. Изменяются электрическое сопротивление, механические, химические и некоторые другие свойства веществ.

...Вот в камеру закладывается желтый фосфор, в общем заурядное вещество, похожее на парафин, обладающее большим электрическим сопротивлением.

Сначала все идет как обычно. Лаборант бесстрастно регистрирует изменение характеристик вещества при повышении давления.

Неожиданное происходит тогда, когда давление достигает 12 000 атмосфер, а температура 200°С: при вскрытии камеры оказалось, что желтый фосфор... исчез. Вместо него — черные крупинки вещества с металлическим блеском, значительно более плотного, чем желтый фосфор. И не только блеском походит черный фосфор на металл. Он хороший проводник тепла и электричества. Изменились не только свойства вещества, но и его кристаллическая структура. В физике такие превращения получили название полиморфных.

Еще не раз довелось Бриджмену наблюдать полиморфные превращения различных веществ под действием высокого давления.

Наконец доходит очередь до графита.

Когда Бриджмен впервые загрузил в камеру высокого давления этот элемент? Никаких документальных данных по сему поводу нет. Достоверно известно, что он серьезно занялся проблемой синтеза алмаза в конце 30-х годов, вскоре после появления работы Лейпунско-го, на которую он неоднократно ссылался в своих статьях.

К тому времени Бриджмен убедился в том, что давление 50 000 атмосфер — предел возможности классической системы цилиндр — поршень. Кроме того, при высоких температурах такая система вообще отказывает в работе.

Нужно было найти принципиально новое техническое решение.

Существенный порок системы цилиндр — поршень заключается в том, что ее основные элементы как бы тянут в разные стороны. А если заставить все элементы действовать в одном направлении, то есть работать на сжатие? В 1940 году Бриджмен решает и эту задачу.

Разработанная им камера, получившая название наковальни Бриджмена, состоит из двух симметричных пуансонов с плоскими рабочими участками — наковальнями. Под действием мощного гидравлического пресса пуансоны сдвигаются навстречу друг другу, сжимая находящийся между ними пластичный материал, который охватывает испытываемый образец.

Пластичный материал выполняет двойную функцию. Во-первых, передает давление от наковален к образцу. Во-вторых, вытекая под действием давления, он образует запирающее кольцо между пуансонами, обеспечивая тем самым герметизацию камеры.

Рабочую зону камеры нагревают, пропуская через нее электрический ток. Причем электродами служат сами наковальни.

Пуансоны были изготовлены из твердого сплава кар-болой (карбид вольфрама, цементированный кобальтом).

В качестве пластичного материала Бриджмен использовал пирофиллит — похожее на тальк вещество, отличающееся низкими теплопроводностью и электропроводностью, высокой температурой плавления, малой сжимаемостью.

 

 

 

 

Камера Бриджмена позволила достичь давления 100 000 атмосфер. В ней поддерживалось достаточно долго не только высокое давление, но и высокая температура.

Несколько видоизменив конструкцию своей камеры, Бриджмен увеличил давление до 400 000 атмосфер. Под таким давлением при комнатной температуре он сжал графит. Ничего существенного не произошло.

«Лейпунский прав: для синтеза алмаза необходимы не только высокое давление, но и высокая температура», — вынужден был признать Бриджмен в одной из своих работ.

В 1947 году он делает попытку синтеза алмаза, подвергнув графит одновременному действию высокого давления и высокой температуры, однако желаемого результата не получил.

Итак, в конце 40-х годов Бриджмен вплотную подошел к осуществлению синтеза алмаза. Он был ближе всех других исследователей к заветной цели. Однако еще немало задач технологического порядка предстояло решить. Это было не под силу одному человеку.

Выдающийся советский ученый О. И. Лейпунский заложил теоретический фундамент, а американский физик лауреат Нобелевской премии Бриджмен создал экспериментальные предпосылки для синтеза алмаза.

Теперь искусственный алмаз должен был непременно появиться. Такова неумолимая логика технического прогресса.

В марте 1955 года американские ученые Ф. Банди, Г. Холл, Г. Стронг и Р. Уинторф, работающие в фирме «Дженерал электрик», сообщили, что в декабре 1954 года они синтезировали алмаз.

Тщательные рентгенографические исследования и химический анализ подтвердили, что невзрачные на вид темные кристаллики необычайной твердости действительно были алмазами.

Но еще до этого, в феврале 1953 года, синтез алмаза был осуществлен в шведском городе Упсала X. Лиандером, К. Лилльбладом, Е. Лундбладом и Г. Валли-ном. Шведы решили хранить в тайне свое открытие. Они сообщили о нем лишь после публикации фирмы «Дженерал электрик» и, естественно, потеряли приоритет.

Американцы не только смогли повторить открытие шведов. Они создали такие конструкции и технологию, которые дали им возможность обогнать скандинавов.

В Швеции еще продолжались лабораторные опыты, а фирма «Дженерал электрик» в октябре 1957 года уже широко рекламировала изготовленные ею мелкие порошки искусственных алмазов.

Когда в печати появились сведения о технологии изготовления первых искусственных алмазов, оказалось, что фирма «Дженерал электрик» использовала при синтезе давление и температуру, вычисленные О. И. Лей-пунским. Более того, в соответствии с рекомендациями советского ученого, приведенными в его статье, исходный материал синтеза содержал в качестве растворителя (катализатора) металл (хром, никель, литий или другой).

Первые советские искусственные алмазы были получены во второй половине 50-х годов. В том, что в Советском Союзе в кратчайшие сроки был освоен промышленный выпуск синтетических алмазов, немалая заслуга группы ученых и инженеров во главе с академиком Леонидом Федоровичем Верещагиным.

Свою научную деятельность он начал в 1934 году в Украинском физико-техническом институте, в криогенной лаборатории, которую возглавлял выдающийся советский физик Лев Васильевич Шубников.

Для проводимых здесь исследований требовалось высокое давление. Верещагин, как до него Бриджмен, начал с создания аппаратов.

Соответствующей литературы под рукой не было. Опубликованная в 1930 году книга Бриджмена «Физика высоких давлений» еще не была переведена на русский язык, а достать в Харькове оригинал не представлялось возможным. Да знал ли вообще тогда молодой научный сотрудник о Бриджмене? И конечно, он не мог предвидеть, что наступит время и его имя будет упоминаться рядом с именем этого патриарха физики высоких давлений.

А пока приходилось начинать с азов: возиться с прокладкой между поршнем и цилиндром, через которую упорно стремится прорваться сжимаемое вещество, любыми средствами упрочнять корпус камеры.

Постепенно он входит во вкус работы. Аппараты становятся все более «ручными», послушными.

В предвоенные годы в стране начали проводиться работы по органической химии. Появилась необходимость в исследованиях при высоких давлениях. В Москве специалистов подобного профиля почти не было. Кто-то подсказал академику Николаю Дмитриевичу Зелинскому: такой специалист есть в Харькове.

В 1939 году Верещагин получает вызов в Москву. Он становится заведующим лабораторией высрких давлений  Института  органической  химии  Академии  наук РФ.

За короткое время новая лаборатория оснащается современной аппаратурой. Но полностью развернуть работу тогда не довелось. Началась Великая Отечественная война.

Во время войны Академия наук создала группы ученых для неотложных оборонных исследований. Верещагину поручили изучение немецких взрывных устройств. Нечего и говорить, насколько рискованной была эта работа. Предсказать, чем закончится очередной эксперимент с расшифровкой взрывателя, никто не мог. Может быть, именно тогда у молодого исследователя выработалось завидное хладнокровие, которое ему так пригодилось для последующей мирной работы.

Или такой эпизод.

В охваченном кольцом блокады Ленинграде продолжалось изготовление снарядов, а выдержать технологию в таких условиях не всегда удавалось. Случилось так, что у большой партии снарядов оказались несколько утолщенные стенки. В одном из секторов обороны Ленинграда от этих снарядов раздуло стволы орудий.

— Можно ли из таких орудий стрелять или стволы разорвутся? — запросило командование.

Создалось крайне тяжелое положение: перебросить в осажденный город новые орудия было невозможно.

Несколько московских ученых, в их числе Верещагин, производили расчеты ночь напролет. Результат оказался обнадеживающим: стволы должны выдержать.

Легко представить себе, какую ответственность взяли на себя эти люди, докладывая командованию свое заключение: стрелять можно!

Орудийные стволы действительно выдержали.

После войны лаборатория Верещагина продолжала оставаться в составе Института органической химии. Под его руководством и при его непосредственном участии проводились исследования химических реакций при высоких давлениях и температурах, создавалась аппаратура для производства полимерных материалов. Кроме того, здесь решался и ряд других задач, непосредственного отношения к органической химии не имеющих.

К тому времени значение высоких давлений для науки и промышленности ни у кого не вызывало сомнений. Верещагинская лаборатория выводится из состава Института органической химии и преобразовывается в самостоятельное научное учреждение — Лабораторию физики высоких давлений отделения технических наук Академии наук СССР.

На посту директора этой лаборатории творческие и организаторские способности Верещагина проявились в полной мере.

Он и его сотрудники создают малогабаритные газовые и гидравлические компрессоры, развивающие усилие до 1000 тонн, разрабатывают камеры высокого давления различного типа, конструируют малогабаритные рентгеновские камеры для расшифровки структуры кристаллов непосредственно под высоким давлением.

Сжимаемость твердых тел, фазовые переходы, полиморфные превращения, пластичность, твердость исследуются с помощью этой аппаратуры.

Разработки лаборатории находят порой самое неожиданное применение в технике. Оказалось, например, что струя, вытекающая из аппарата высокого давления со сверхзвуковой скоростью, является прекрасным инструментом для разрушения горных пород. Труды ученых верещагинской лаборатории все чаще цитируются за рубежом. Научная школа физики высоких давлений Верещагина приобретает мировую известность. На базе бывшей лаборатории химиков создается Институт физики высоких давлений Академии наук СССР. В то время основной задачей.института стал синтез алмаза.

Одиннадцать лет «колдовали» над камерой высокого давления шведские физики... Еще до войны фирма «Дженерал электрик» заключила договор с Бриджменом на разработку аппаратуры высокого давления.

Советские разработчики таким запасом времени не обладали. Алмазы были нужны нашей промышленности еще «вчера». Начинать пришлось почти с нуля. Секреты шведского и американского синтеза оставались тайной за семью печатями.

В институте работы по освоению синтеза алмаза были развернуты сразу в трех лабораториях. Одну лабораторию возглавил сам Верещагин. Заведующим второй лабораторией был назначен Юрий Николаевич Рябинин.

...Есть в физике эффект Мейснера, заключающийся в вытеснении магнитного поля из металла при его переходе в сверхпроводящее состояние. Открытие его приписывается немецким ученым Мейснеру и Оксенфель-ду, предсказавшим этот эффект на основании косвенных данных — изучения распространения магнитного поля в окрестности сверхпроводника. Советским ученым Л. В. Шубникову и Ю. Н. Ряби-нину удалось измерить магнитное поле непосредственно внутри сверхпроводника, тем самым, впервые неопровержимо доказав существование так называемого эффекта Мейснера.

Произошло это в Украинском физико-техническом институте в 1934 году, в том самом году, когда сюда поступил на работу молодой физик Верещагин.

Третьей лабораторией руководил физик Василий Андреевич Галактионов.

Перед исследователями возникло множество проблем, больших и малых, от решения которых в равной степени зависел успех дела.

Как удержать расплавленное и сжатое с огромной силой вещество? Вспомнили, что Бриджмен для уплотнений использовал пирофиллит. Нужны были сотни килограммов этого дефицитного минерала. Кто-то посоветовал обратиться в... типографии: литографский камень вполне может заменить пирофиллит. На первых порах выручили московские печатники. Потом удалось выяснить у геологов: месторождение нужного минерала — алагезского камня есть в Грузии.

Надо было изыскать надежный способ контроля температуры и давления в реакционной зоне. С температурой вроде было полегче: годится термопара. Однако воистину филигранное мастерство требовалось для того, чтобы ввести этот датчик в зону немыслимо высокого давления. Для измерения давления было использовано свойство некоторых металлов под действием сжатия изменять свою кристаллическую структуру. При этом скачкообразно изменяется их электрическое сопротивление.

Так, висмут I переходит в висмут II при 25 000 атмосфер, причем его электрическое сопротивление уменьшается на 83%. Висмут II, в свою очередь, переходит в висмут III при 27 000 атмосфер с увеличением сопротивления вдвое. Наконец, при давлении 89 000 атмосфер висмут V переходит в висмут VII со значительным уменьшением сопротивления.

 

 

 

 

Позже Верещагин существенно усовершенствовал этот так называемый метод реперных точек. И, конечно, проблемой номер один была конструкция собственно камеры высокого давления. Вот как впоследствии Верещагин описал атмосферу тех дней:

«Частые взрывы губили с трудом налаженную для очередного опыта аппаратуру. Разлетающиеся осколки уносили труд многих людей и надежду на быстрый успех.

Впрочем, физики знают, что их ждет, когда они начинают трудные эксперименты».

От себя добавим. Благодаря чрезвычайным мерам предосторожности никто из участников «битвы» за синтетический алмаз от этих взрывов не пострадал.

Верещагин и его коллеги снова и снова проводили расчеты: «стволы» должны выдержать. И в конце концов они выдержали. Аппаратура для синтеза была в основном отлажена.

Сначала пытались превратить в алмаз графит без добавления других веществ. Не получилось. Вспомнили, что Лейпунский предложил применять металлы-растворители для смягчения режима и ускорения перехода графита в алмаз.

Впоследствии выяснилось, что не всякий металл, хорошо растворяющий графит, подходит для этой цели. Свинец, например, не годится. По-видимому, металл выполняет роль не только растворителя, но и катализатора. Однако этот механизм был подробно исследован уже после того, как алмаз был синтезирован. Первопроходцам алмазного синтеза пришлось действовать методом проб и ошибок.

Как развертывались дальнейшие события?

Четверть века прошло с тех пор — отрезок ничтожный по сравнению с исторической эпохой, но достаточно большой, если мыслить в масштабе жизни одного поколения людей.

Сейчас невозможно с протокольной точностью воспроизвести хронику тех дней. Да и тогда люди, проводившие «трудные эксперименты», вряд ли задумывались над тем, что их будничный труд представляет интерес для истории.

  Готовили исходную массу. Загружали в камеру. Включали установку. Проходили десятки секунд или минуты. Включали аппаратуру, разгружали камеру. Отправляли материал на исследование, — рассказывает один из участников экспериментов.

  Ну, а затем... А потом?

Потом все повторялось в той же последовательности.

Подробнее...
 
<< [Первая] < [Предыдущая] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [Следующая] > [Последняя] >>

Результаты 11 - 20 из 105