Инертные газы 2(б)

          Так как гелий образуется при  радиоактивном распаде в минералах,  то по его содержанию в них  можно определить  возраст породы.  При распаде атома урана–238  в конечном счете  возникают  восемь альфа-частиц, которые легко  приобретают электроны и превращаются в  атомы  гелия. Если порода  достаточно непроницаема, то образовавшийся  гелий поглощается ею. Измерив количества гелия и оставшегося урана-238, можно вычислить возраст породы, так как 1/8 часть атомов гелия равна числу распавшихся атомов урана-238. Но нужно внести поправку на содержание  в породе тория, который также является источником гелия.

     2. Применение неона.

              Сначала неон применялся почти  исключительно в электровакуумной  технике. И именно в тех приборах, где нельзя  его заменить   в  сотни раз более дешевым  аргоном или гелием. Характерное  красное излучение неоновых светильников  видимо на далекие расстояния, его трудно спутать с другими источниками света. Газоразрядные источники света имеют самые различные формы и размеры. В них инертный газ разряжен. Меняя условия разряда и состав смеси газов, можно разнообразить цвет излучения. Для этой же цели и для повышения светоотдачи  внутреннюю поверхность  трубок покрывают  тонким слоем того или иного  люминофора. Например, неоново-гелиевая смесь светится оранжево-красным цветом.

                Замечательная особенность неонового тлеющего свечения – это его малая инерционность: свечение       

      мгновенно  усиливается или  ослабевает при  изменении силы питающего тока.

                 Лампы специальных конструкций, содержащие неон, выполняют многочисленные функции - это и

     стабилизаторы и делители напряжения, выпрямители  маломощные, осциллографы, генераторы колебаний.

                Неоново-натриевые лампы излучают желтый монохроматический цвет.

        Неон применяется как хладоагент в криогенной технике. Жидкий неон позволяет  получить температуру 43-27 К. Неоновый криостат ценится  за  то, что в нем с большой точностью можно регулировать  температуру.

       В некоторых случаях гелиевый воздух для дыхания заменяется  на неоно-гелиевый, так как он меньше  охлаждает организм из-за его меньшей теплопроводности.

        При температуре жидкого неона хранят ракетное топливо. В жидком неоне замораживают  свободные радикалы, консервируют животные ткани  и имитируют условия  космического  пространства. В неоновых криостатах безопасно проводить  реакции, не терпящие тепла. Например, получение перекиси водорода из озона и атомарного водорода или получение фторидов кислорода.

         Неон и тяжелые инертные газы присутствуют  в газонаполненных фотоэлементах, ими заполняют современные  тиратроны- электровакуумные приборы.

3. Применение аргона.

                Изотопы аргона  аргон-37 и аргон-41 используют как радиоактивные индикаторы: первый - в медицине и фармакологии, второй- при исследовании газовых потоков, эффективности систем вентиляции и в разнообразных научных исследованиях. Аргон используется в счетчиках  Гейгера. Главным потребителем аргона раньше являлась  электровакуумная техника. И сейчас подавляющее большинство  ламп накаливания заполняют  смесью аргона(86 %) и азота (14 %), которая повышает светоотдачу ламп, поскольку в аргоне удачно сочетаются значительная плотность с малой теплопроводностью, металл нити накаливания испаряется медленнее и передача тепла от нити к колбе в них меньше.

        Используется аргон и в современных люминесцентных лампах для облегчения зажигания, лучшей передачи тока и предохранения катодов от разрушения.

         Однако сейчас наибольшая часть   получаемого аргона идет в  металлургию, металлообработку и  некоторые смежные с ними отрасли  промышленности. В среде аргона  ведут  процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла (титана, тантала, ниобия,  бериллия, циркония, гафния, вольфрама, урана, тория, а также щелочных металлов) с кислородом, азотом, углекислым газом и влагой воздуха.

          В атмосфере аргона обрабатывают  плутоний, получают некоторые соединения хрома, ванадия, титана. Продувка аргоном жидкой стали намного повышает ее качество, удаляя из нее газовые включения.  Защитные функции выполняет аргон  и при выращивании монокристаллов (например, полупроводников, сегнетоэлектриков) а также в производстве твердосплавных инструментов.  Применение аргона при дуговой сварке позволяет сваривать тонкостенные изделия, тугоплавкие металлы, повышать температуру сварки до 4000-6000⁰ С.

          В аргоновые трубки часто добавляют ртуть: в этом случае они дают свечение от голубого до фиолетового. Аргоновые трубки с люминофорами имеют обширную гамму голубых, зеленых, белых тонов. Аргоно-ртутные лампы используются в свето-копировальных аппаратах Все больше теснят лампы накаливания  люминесцентные аргоно-ртутные лампы газоразрядного типа: световая отдача  этих ламп в 3-4 раза, а срок службы в 4 -7 раз больше, чем ламп накаливания.

           Особое место занимают инертные  газы в геологической науке  и практике. Среди методов исчисления абсолютного возраста  популярен  аргоновый метод. Аргон-40 - продукт распада калия-40 - довольно хорошо сохраняется в ряде минералов:

                                ⁴⁰₁₉К  + ⁰_-bà ⁴⁰₁₈Ar + ⁰₀n + ⁰₀g

     Следовательно, чем больше отношение  концентрации аргона-40 к концентрации  калия-40, тем древнее минерал.  При бурении газовых скважин  геологам нужно определить возраст  газовых залежей, так как, если  газ более древний, чем вмещающая  их порода, то значит, что газ поступил в нее из нижележащей породы. И поэтому скважину  надо бурить более глубокую. Возраст газа определяется по соотношению в газе концентраций  гелия и аргона.

          Биологи нашли, что аргон благоприятствует  росту растений. Даже в атмосфере чистого аргона семена риса, кукурузы, огурцов и ржи выкинули ростки. Лук, морковь и салат хорошо прорастают в атмосфере, состоящей из

98 % аргона  и только 2 % кислорода.

  4. Применение криптона.

           Производство электроламп – главный потребитель криптона. Достоинства криптона в лампах накаливания  очевидны: он в 2,1 раза тяжелее аргона и почти вдвое хуже проводит тепло. В более плотном газе  замедляется распыление  раскаленной вольфрамовой нити. Это  увеличивает стабильность светового потока. Малая же теплопроводность криптона  способствует увеличению доли видимого излучения в общем потоке лучистой энергии. Криптоновое наполнение в сравнении с аргоновым повышает мощность ламп на 5-15 % и сроки службы на  40-170 %. Вдобавок наполовину уменьшается объем колбы.

          Криптоном заполняют и газосветные  трубки низкого давления - преимущественно рекламные (голубовато-зеленые ) Используют этот газ и лампах  высокого давления. Яркий белый с розоватым оттенком свет таких ламп нужен в лакокрасочной и текстильной промышленностях, при освещении сцен телевизионных студий, при киносъемках. Некоторые из таких ламп служат мощными источниками инфракрасного излучения.

           Радиоизотопы криптон-79 и криптон-85 применяются как радиоактивные индикаторы и генераторы излучений. Криптон-85 ценен как длительно действующий и сравнительно безопасный чистый b-излучатель. Химическая инертность этого газа гарантирует, что он не задержится в организме человека, а в случае аварии  нарушение герметичности сосуда с криптоном–85 не столь страшно, поскольку воздух помещения  он надолго не загрязнит, а быстро рассеется в атмосфере. Но с другой стороны криптон-85 виновник радиоактивного заражения атмосферы, так как является основным  газообразным продуктом деления урана-235 в ядерных реакторах и еще  выделяется  при переработке остатков  ядерного горючего из тепловыделяющих элементов и при подземных  ядерных испытаниях. Обычно его собирают и закачивают под землю, в полости отработанных газовых залежей, где он в течение десятков лет разрушается.  Его период полураспада равен 10,57 лет.  Или его очищают от примесей и применяют следующим способом.  Если какой-нибудь твердый материал выдержать в контакте  с этим газом при повышенных температуре и давлении, то газ сконцентрируется  вблизи поверхности на глубине 10³-10⁵ ангстрем. Здесь газ прочно удерживается, создавая определенный уровень радиации. Если образец снова нагреть, то  часть криптона-85 улетучится, строго пропорционально  температуре нагрева. Это явление используется для измерения температур в недоступных областях. Другой областью применения криптона-85 является снятие статических электрических зарядов в типографиях, в производстве пластмасс, резиновых изделий, кинопленки, текстиля, так как b-излучение, ионизируя воздух, делают его электропроводным. В медицине криптон-85  используется  в портативных источниках рентгеновского излучения, как источник электронов. Криптоном-85  заполняют «атомные» лампы - радиоактивный источник  света, где люминофор ZnS  светится под действием  вылетающих электронов. Они не нуждаются в электропитании.

    С 1960 года оранжевая линия спектра  стабильного изотопа криптона-86 принята в качестве международного неразрушаемого эталона длины волны света. Эта длина укладывается в  1 м  (парижский эталон)  1650763,73 раза.

  5. Применение ксенона.

       Области применения ксенона – тяжелого, редкого газа - разнообразны. В светотехнике  признание получили  ксеноновые лампы высокого давления. В таких лампах светит  дуговой разряд  в ксеноне, находящемся под давлением в несколько атмосфер. Свет в них появляется сразу после включения, он ярок и имеет непрерывный спектр от ультрафиолетового до инфракрасного. Цвет его близок к белому с чуть желтоватым оттенком, на него можно смотреть только через фильтр, так как глаза не выдерживают  таких ярких лучей.  Эти лампы применяются во всех случаях, когда правильная  цветопередача имеет решающее значение: при киносъемках, кинопроекции, при освещении сцены и телестудии, в текстильной и лакокрасочной промышленностях. Их  применяют  для освещения городских площадей, открытых горных разработок, железнодорожных станций, строительных площадок. По конструкции ксеноновые газоразрядные лампы бывают трубчатые и шаровые. Яркость шаровых ламп почти такая же, как и  Солнца.

               Ксенон–133 применяется при рентгеноскопическом обследовании головного мозга  и особенно  в медицинской гаммаграфии. Период полураспада ксенона–133 мал - всего 5,27 дня. При помощи источников  излучения, содержащих  ксенон-133, получают снимки конечностей и грудной клетки больных. Эти источники дают изображение и в таких условиях, когда затруднительно использование  обычных рентгеновских аппаратов. Ксенон-133 используют  при исследовании  функциональной деятельности легких и сердца. Он также применяется для диагностики опухоли спинного мозга. Немного воздуха с ксеноном–133 вводят в канал позвоночника. У здорового человека пузырек газа поднимается вверх по спинномозговой жидкости и достигает черепа. А при наличии опухоли он задерживается  у ее нижней границы. И прибор регистрирует ее местоположение.

      Ксенон-133 используется  в радиоизотопных течеискателях.

      Промышленность начинает применять  фториды ксенона. Радиоактивные  изотопы  ксенон-133 и ксенон-135 связываются фтором в твердые и довольно стойкие соединения, что позволяет эффективно улавливать эти  изотопы, а также  транспортировать и хранить их.