клеточный распределительный механизм быстроходного аэропланового
двигателя»,—писал Капица в июле 1925 г. М. Костенко.
С помощью этой установки П. Л. Капица получил поля напряженностью в
300-103 Э, а при продолжении этих опытов в Москве — 500-103 Э, т. е. в 10
раз больше рекорда, полученного с помощью электромагнитов. Кроме того,
использование кратковременных полей хотя и потребовало более
быстродействующей аппаратуры, позволяло избавиться от влияния ряда мешающих
явлений. Сейчас этот метод является основным в области физики элементарных'
частиц, время жизни многих из которых не превышает 10-6С.
Следует отметить, что П. Капица в 1925 г. положил начало технической
революции в области физики. И установка Капицы, и принцип ее действия
производили сильное впечатление на ученых Кембриджа и его гостей. Вот как
об этом писал Н. Винер:
«В Кембридже все же была одна дорогостоящая лаборатория, оборудованная
по последнему слову техники. Я имею в виду лабораторию русского физика
Капицы... Капица был пионером в создании лабораторий-заводов с мощным
оборудованием».
Научившись получать сильные магнитные поля, Капица приступил к
исследованию в них свойств металлов. Вскоре им было открыто явление
линейного возрастания сопротивления металлов с ростом напряженности поля
(линейный закон Капицы). Теоретически закон был объяснен лишь в 60-е годы.
За 10 лет (1924—1933) Петр Леонидович опубликовал более 20 работ,
связанных с исследованием металлов в сильных магнитных полях. В 1924 г. он
становится помощником директора Кавендишской лаборатории по магнитным
исследованиям. В 1930 и 1933 гг. Капица принимает участие вместе с большой
Кавендишской группой, возглавляемой Резерфордом, в Сольве-евских конгрессах
в Брюсселе. Конгресс 1930 г. был посвящен магнитным свойствам вещества.
Капица и Коттон выступали с докладами. Оба доклада вызвали большой интерес.
Изучая свойства металлов в сильных магнитных полях, Капица приходит к
заключению, что многие явления, в особенности гальваномагнитные, наиболее
интересны при низких температурах. Чтобы их создать, надо было заняться
получением газов в жидком состоянии и строить соответствующую аппаратуру.
В 1908 г. голландский физик Камерлинг-Оннес после многочисленных
опытов сумел получить в жидком состоянии самый трудный в этом плане газ —
гелий. (За эти работы в 1913 г. Камерлинг-Оннес стал Нобелевским
лауреатом.) Однако даже в 1929 г. техника получения жидкого водорода была
освоена слабо. «Первое, с чего я начал,— писал Капица,— это постройка
водородного ожижителя». Первая установка Капицы давала 7 л жидкого водорода
в час; пусковое время—20 мин. Это было очень хорошо. Но в связи с тем, что
водород взрывоопасен, Петр Леонидович решил отказаться от него и предложил
новый метод получения жидкого гелия: гелий будет охлаждаться за счет
совершения им работы в адиабатном процессе (тепло к системе не подводится,
а работу она совершает за счет убыли своей внутренней энергии и,
следовательно, охлаждается). Сначала Капица предполагал применить для этой
цели турбину. Но турбина выгодна тогда, когда через нее проходит
значительная масса газа. Оказалось, что производительность ее, если учесть
размеры существующих турбин, должна быть несколько тысяч литров жидкого
гелия в час. Чтобы получить 1—2 л в час, как это было необходимо для
лабораторного эксперимента, турбина должна была иметь 1—2 см в диаметре.
Поэтому было решено использовать поршневую машину. Но здесь встала
очень трудная задача—найти материал для смазки работающей при столь низких
температурах (до 10 К, или —263°С) машины. Эта задача была решена гениально
просто: смазкой будет служить сам газообразный гелий, так как между поршнем
и стенкой цилиндра был оставлен зазор 0,035 мм. Но чтобы через этот зазор
не могло уходить много гелия, когда цилиндр будет им наполнен при высоком
давлении, необходимо процесс расширения производить очень быстро. Расчеты
показали, что такую скорость осуществить можно. Другая трудность состояла в
подборе материала: ведь при температуре жидкого гелия все материалы
становятся хрупкими. Поиски нужного материала вскоре увенчались успехом:
аустенитовая сталь сохраняет свою пластичность даже при самых низких
температурах. В 1934 г. в Кембридже П. Капица создает свой первый ожижитель
гелия — поршневой детандер—производительностью 1,7 л жидкого гелия в час.
Завершающие работы по созданию этой установки проходили уже в новой
лаборатории—лаборатории им. Людвига Монда, построенной по инициативе
Лондонского Королевского общества специально для работ в области сильных
магнитных полей и низких температур. Лаборатория торжественно была открыта
в 1933 г., а Петр Леонидович Капица—помощник Резерфорда с 1924 г. по
магнитным исследованиям, стал ее директором.
В конце лета 1934 г. П. Л. Капице было поручено возглавить
строительство нового института—ведущего научно-исследовательского центра
нашей страны, организуемого по постановлению Советского правительства.
Строительство его началось в начале 1935 г. и завершилось в 1937 г. «Мне
кажется, что эта цель достигнута, — писал Петр Леонидович, — и институт
можно считать не только одним из самых передовых у нас в Союзе, но и в
Европе». Институт по инициативе Капицы, хотя с этим многие и не
соглашались, был назван Институтом физических проблем. <Это несколько
необычное название,—объяснял Петр Леонидович,—должно отразить собой то, что
институт не будет заниматься какой-либо определенной областью знания, а
будет, вообще говоря, институтом, изучающим известные научные проблемы,
круг которых определится тем персоналом, теми кадрами ученых, которые в нем
будут работать».
Первыми направлениями в работе института стали сильные магнитные поля
и низкие температуры. Основное оборудование для экспериментов было
закуплено по решению Советского правительства у Лондонского Королевского
общества. (Это оборудование находилось в лаборатории Монда.) Все три года,
пока институт строился, Капица вел постоянную переписку с Резерфордом.
Главное в письмах Резерфорда заключалось в том, что он настоятельно
советовал Капице как можно быстрее создать свою лабораторию и научить своих
помощников быть полезными. И когда Лондонское Королевское общество
обратилось к Резерфорду с просьбой о продаже оборудования Мондской
лаборатории для института П. Л. Капицы, то великий ученый, всего больше на
свете ценивший хорошо оснащенные лаборатории для научных исследований,
сказал: <Эти машины не могут работать без Капицы, а Капица—без них». Вскоре
оборудование было доставлено в Москву. Таким образом, после трехлетнего
перерыва Капица вновь приступил к работе в области сильных магнитных полей
и низких температур, направляя теперь на решение этих проблем усилия
возглавляемого им института. В конце 1937 г. под руководством Капицы был
построен новый гелиевый ожижитель, более современный, производительностью
6—8 л в час.
Для более плодотворной деятельности института и роста научных кадров
П. Л. Капица организовал семинар, подобный семинару А. Ф. Иоффе в ЛФТИ и
своему <Клубу». в Кембридже. Вскоре семинар Капицы стал известен не только
у нас, но и за рубежом. На этом семинаре выступали Н. Бор, П. Дирак и
другие известные физики.
В конце 30-х годов Капица решает проблему создания машины для сжижения
воздуха с использованием только цикла низкого давления. Построенный
турбодетандер имел КПД 80—85% и стал служить образцом установок для
промышленного получения газообразного и жидкого кислорода во всем мире.
Одновременно с работой над ожижителями продолжались и работы по
исследованиям в области низких температур. В 1937г. П. Капица открывает у
жидкого гелия при температуре ниже 2,19 К свойство сверхтекучести (вязкость
равна нулю). В результате многочисленных опытов он делает заключение, что в
гелии при температурах ниже 2,2 К есть два компонента: обычный гелий I и
гелий II—сверхтекучий. Особенностью гелия II является не только его
сверхтекучесть, но и громадная теплопроводность. Теория сверхтекучести была
разработана Л. Д. Ландау. она предсказала ряд новых явлений, которые были
затем обнаружены экспериментально. Так в физике возникло новое направление
— физика квантовых жидкостей. За создание теории квантовых жидкостей Л. Д.
Ландау в 1962 г. была присуждена Нобелевская премия. Открытие
сверхтекучести гелия и разработка теории этого явления пролили свет и на
объяснение сверхпроводимости. Сверхпроводимость стали трактовать как
сверхтекучесть электронного газа, что плодотворно сказалось на разработке
ее теории.
Родина высоко оценила неутомимую и плодотворную деятельность академика
Капицы в военное время: в 1941 и 1943 гг. ему присуждаются Государственные
премии, он дважды (в 1943 и 1944 гг.) награждается орденом Ленина, а 30
апреля 1945 г. Указом Президиума Верховного Совета СССР <за успешную
научную разработку нового турбинного метода получения кислорода и за
создание мощной турбинокислородной установки для производства жидкого
кислорода» ему присваивается звание Героя Социалистического Труда с
вручением ордена Ленина и Золотой медали «Серп и Молот».
Вскоре после окончания войны П. Л. Капица занялся так называемой
электроникой больших мощностей. Для этих опытов он использовал
ниготрон—сильный источник микроволновых колебаний. Работы с ниготроном
показали, что электромагнитную энергию можно сконцентрировать в небольших
объемах и передавать ее на значительные расстояния без существенных потерь.
На ниготроне было получено электромагнитное излучение мощностью до 8 кВт с
длиной волны до 10м.
Ученый показал, что энергию высокочастотного электромагнитного поля
большой плотности можно преобразовать в другие виды энергии и использовать
для ускорения элементарных частиц, нагревания и удержания плазмы. В декабре
1970 г. Комитет по делам изобретений и открытий зарегистрировал открытие
Капицы: «Образование высокотемпературной плазмы в шнуровом высокочастотном
разряде при высоком давлении». На основе этих исследований Петр Леонидович
предложил схему термоядерного реактора со свободно парящим в
высокочастотном поле плазменным шнуром. Эти работы по термоядерному синтезу
ученики Капицы продолжают и по сей день.
Еще одним важным направлением электроники больших мощностей, по мнению
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
