Рассказы об электричестве
Шрифт:
Однажды меня и еще двух ленинградских писателей пригласили в институт на «Праздник книги». Ученые, даже те, кто занимается сложными теоретическими вопросами мироздания, любят читать: кто приключения и фантастику, кто исторические книжки о прошлом науки, о политике, о дипломатии и войнах, а кто и «про любовь». Мы втроем и представляли все три вида перечисленной литературы. Прежде чем ехать, мы поставили условие — побывать на ускорителе.
Мне хотелось еще раз осмотреть его огромный электромагнит, поскольку я писал книжку рассказов об электричестве. Товарищи мои интересовались научными буднями физиков.
Вы ведь, наверное, знаете, что ускорители заряженных частиц делятся на линейные и циклические. В линейных ускорителях заряженные
Ускорители заряженных частиц находят очень широкое применение как в науке, так и в современной технике. Они используются в ядерной физике и физике высоких энергий, в дефектоскопии, для получения изотопов, для ускорения химических реакций и еще для множества промышленных применений, равно как в медицине и в биологии…
Циклотрон в принципе состоит из трех основных частей: большого и мощного электромагнита, генератора переменного напряжения высокой частоты и вакуумной камеры с небольшим количеством какого-нибудь газа в ней. Раскаленная вольфрамовая нить в центре камеры испускает электроны. Под воздействием не очень большого, порядка тысячи вольт, электрического напряжения они ускоряются и разбивают атомы газа на заряженные частицы — ионы, то есть ионизируют газ. Мощное магнитное поле заворачивает заряженные частицы, и они начинают кружиться в камере. Если теперь надеть на вакуумную камеру два электрода в виде половинок консервной банки и подвести к ним переменное напряжение, то ионы под действием этого напряжения станут разгоняться. Траектории их полета из окружности превратятся в спирали, и на последнем витке частицы можно вывести из циклотрона через какое-нибудь специальное окно и направить на требуемую мишень. Принцип циклического ускорения сегодня, пожалуй, самый распространенный.
Одна из первых таких машин была построена у нас в Советском Союзе, а еще точнее, в Ленинграде, под руководством Игоря Васильевича Курчатова в 1932 году. Это был, конечно, очень скромный прибор. Но, накопив опыт, группа Курчатова взялась за проектирование циклотрона для Ленинградского физико-технического института. Этот ускоритель должен был стать самым большим в Европе. Пуск машины намечался на первое января 1942 года. Но 22 июня 1941 года началась Великая Отечественная война…
По окончании второй мировой войны циклотрон перестал быть новинкой. Появились и другие модели циклических ускорителей.
В Гатчине, где располагался филиал Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе, в 1967 году пустили синхроциклотрон. Его проектированием и строительством руководил профессор Д. Г. Алхазов. Сразу круг исследований института значительно расширился. К работам по ядерной физике, физике твердого тела и физике элементарных частиц прибавились исследования по молекулярной биологии, радиобиологии и генетике. В июле 1971 года филиал института был преобразован в
На его-то «старый добрый» синхрофазотрон нас и повели…
Круглое здание, в котором смонтирована атомная машина, с прилегающими к нему корпусами расположено среди зеленого массива. Сосны, трава. Мы прошли через проходную, надели белые халаты. Потом выгрузили из карманов ключи, сняли часы… В противном случае после визита к большому магниту они показывали бы точное время лишь два раза в сутки.
И вот вход в экспериментальный зал синхроциклотрона: предупреждающие световые табло, система кнопок. Невидимые механизмы открывают перед нами «дверь» — в сторону по направляющим рельсам отъезжает глыба тяжелого бетона. Впереди коридор и ярко освещенный зал, огромный, круглый, как цирк. В середине — громадина электромагнит, выкрашенный зеленой масляной краской. Вокруг — бесчисленные приборы. В разные стороны от синхроциклотрона отходят трубы, окруженные измерительной техникой. Это тракты пучков — пути, по которым из камеры выводятся разогнанные частицы. Вот эти голубые трубы — пи-мезонные тракты. А этот светло-серый — мю-мезонный тракт. Здесь летит пучок протонов для медицинских исследований. А вот это — тракт импульсного нейтронного пучка. Сгустки нейтронов проскакивают за 20 наносекунд.
Нано! По-гречески — «карлик», составная часть слов, служащих для обозначения миллиардной доли исходной единицы. Наносекунда — это 0,000 000 001 секунды. Пожалуй, такой промежуток времени так же трудно представить себе, как и энергию синхроциклотрона в один гигаэлектронвольт. Здесь «гига» — соответственно составная часть слова, служащая для наименования единиц, кратных миллиарду. Гигаэлектронвольт — миллиард электронвольт. А «гига», как вы, наверное, уже догадались, происходит от греческого слова «гигантский».
Мы обходим машину вокруг, слушаем пояснения и проникаемся почтением. Старое, но грозное оружие физики. Сейчас в институте строится новый ускоритель, более мощный, более совершенный. Но и этот еще не выходит в отставку, он еще послужит…
Чтобы разрядить сгустившуюся атмосферу пиетета, наш сопровождающий вытаскивает из кармана халата здоровенный гаечный ключ и ставит его торцом на ладонь. Ключ стоит. Более того, когда мы пытаемся его положить, он снова вскакивает, как ванька-встанька… Вот оно проявление мощного магнитного поля, из-за которого пришлось снять часы. Невидимое, неслышимое, неощутимое человеком и вместе с тем такое необходимое для поддержания жизни на планете. Мы так привыкли к проявлению магнетизма в окружающем мире, что порой на вопрос «что это?» отвечаем, пожав плечами: «Обыкновенный магнит». Обыкновенный… Кто из нас с вами думает при этом, что загадка «обыкновенного магнита» до сей поры так и не разгадана учеными.
То, что мы понимаем под магнетизмом сегодня, — это также совокупность явлений, обусловленных магнитным взаимодействием, которое передается и осуществляется с помощью магнитного поля. Сегодня мы знаем, что все вещества в той или иной мере обладают магнитными свойствами. Это и понятно: электроны, протоны и нейтроны, из которых построены все атомы, обладают магнитными моментами. Но при этом одни вещества внешне магнитных свойств не проявляют или проявляют их слабо (это диа- и парамагнетики), а другие — ферромагнетики — взаимодействуют сильно и могут даже самопроизвольно намагничиваться.