Наш ускоритель - 1

Наш ускоритель

Семь лет моей учебы в рабочей аспирантуре и в Политехническом институте были отнюдь не безоблачными. Иногда казалось, что мне просто не хватит сил. Домой я добирался уже к ночи и, не успев как следует выспаться, рано утром спешил в Сосновку. И так изо дня в день… Сколько раз возникал соблазн облегчить себе жизнь. «Ну что ж, останусь в лаборатории механиком, буду помогать ученым, это ведь тоже неплохо», — думал я в такие минуты.

И уж не знаю, хватило ли бы моего упорства довести учебу до конца, если бы не мои опекуны. Они не только консультировали меня по основным предметам, но и ревностно следили за моими успехами.

А консультанты у меня были такие, какими вряд ли кто мог похвастаться. По физике мне помогал Лёв Андреевич Арцимович, по математике — Яков Ильич Френкель, по химии — Николай Николаевич Семенов.

И если я на какое-то время остывал к учебе, мои шефы быстро подмечали это и начинали беспокоиться. Особенно настойчиво требовал от меня постоянного напряжения в учебе Лев Андреевич Арцимович, замечательный ученый, ушедший от нас в 1973 году.

Теперь имя Льва Андреевича широко известно во всем мире, он был академиком-секретарем Отделения общей физики и астрономии, членом президиума Академии наук СССР, руководителем научного отдела Института атомной энергии имени И. В. Курчатова, председателем Национального комитета советских физиков. За исключительные научные заслуги Льву Андреевичу было присвоено звание Героя Социалистического Труда. Он лауреат Ленинской и Государственной премий, награжден многими орденами.

Блестящий талант физика-экспериментатора особенно ярко проявился у Льва Андреевича в послевоенный период, когда он возглавил крупное направление науки об использовании атомной энергии. Более двух десятилетий Лев Андреевич посвятил разработке основ физики высокотемпературной плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза. Его исследования привели к получению физической термоядерной реакции и закрепили за советской наукой передовые позиции в этой области физики.

Широко известно, что Л. А. Арцимович обладал также редким талантом педагога. Его умение ярко и ясно излагать самые трудные вопросы современной физики постоянно влекло к нему молодежь. Могу сказать, что я был одним из первых, кто испытал на себе силу этого таланта, необычайную проницательность и настойчивость Льва Андреевича в ту пору, когда он был еще совсем молодым.

Помогал он охотно, а стоило мне усомниться в своих возможностях и немного опустить руки, как Арцимович был тут как тут. Он угадывал мои тайные намерения и брался за меня со всей своей настойчивостью. Нередко он приезжал ко мне домой, объяснял положение моей жене Анне Михайловне и вместе с ней пресекал попытки бросить учебу.

Я был близок к окончанию Политехнического института, когда ввели порядок, по которому студент для завершения своего институтского обучения обязан защитить дипломный проект. Теперь все рассматривают это как должное и естественное дело, но для меня необходимость писать диплом явилась неожиданным ударом. Казалось, еще одно усилие — и я окончу институт, а теперь… «Ладно, — решил я, — обойдусь без инженерного звания».

И опять друзья не дали мне отступить. Лев Андреевич коротко и просто объяснил, что новое мое решение есть не что иное, как обыкновенное малодушие. Да и не так страшен черт, как я его себе намалевал. Тема дипломного проекта была найдена быстро — «Высоковольтный электростатический генератор с жестким ротором». Над созданием такого генератора я работал тогда вместе с группой наших ученых, в которую входил и Лев Андреевич. Наша работа велась по идее и под руководством А. Ф. Иоффе, он же стал и официальным руководителем моего дипломного проекта.

Создание высоковольтного электростатического генератора вызывалось насущнымй потребностями ядерной физики, которая начала в это время бурно развиваться. Каждый месяц публиковались новые важные работы, но чтобы по-настоящему познать тайны атомного ядра, природу сил, действующих внутри него, 105 надо было проникнуть в самое ядро, научиться его разрушать. Вот это как раз и не удавалось долгое время. Для разрушения ядра требовались источники очень высоких напряжений. Только с их помощью можно было «бомбардировать» атомное ядро протонами и электронами, превращая их в своего рода атомные снаряды.

Ядра, которые надо разрушать, представляют собой мишень столь малых размеров, что человеческое воображение с трудом может их себе нарисовать. Радиус мишени равен примерно стомиллиардной доле миллиметра. Чтобы поразить эту мишень, нужны весьма интенсивные потоки частиц, так как лишь очень небольшому числу из них удастся попасть в ядро.

Вначале ускорители частиц («атомная артиллерия») представляли собой сравнительно небольшие приборы, помещавшиеся в обычной физической лаборатории. Это не то, что современный ускоритель — огромная и сложная установка, занимающая большую территорию и потребляющая энергию в таких масштабах, какие известны не многим заводам.

Простейшим ускорителем является всем известная радиолампа. Накаленная нить ее катода испускает электроны. Если к аноду лампы приложить напряжение примерно в сотню вольт, то между катодом и анодом образуется электрическое поле, которое ускоряет электроны — сообщает им энергию. Энергия такого ускорителя, как радиолампа, составляет несколько сот вольт, или электронвольт, как принято говорить. В кинескопе телевизора электроны ускоряются уже до энергии в несколько тысяч электронвольт. Обычная рентгеновская трубка требует еще более высокой энергии. Тут речь идет уже о десятках тысяч и даже сотнях тысяч электронвольт. Но «атомной артиллерии» и такие энергии недостаточны. Ее снаряды достигнут цели, лишь получив ускорение во много миллионов раз. Вот почему так необходимо было создать высоковольтные установки, в которых можно получать заряженные частицы большой энергии и разгонять их в вакуумной трубке, прикладывая к электродам большую разность потенциалов.

Впервые в нашем институте разрабатывал конструкцию электростатической машины Н. Н. Семенов Он сделал много в этом направлении, но увлекся другой важной областью науки — химической физикой, где добился выдающихся результатов, и его машина не была доведена до конца. Впоследствии такая машина, основанная на идее изменения электрической емкости, была построена в Америке известным физиком Ван де Граафом.

Основной элемент электростатического генератора Ван де Граафа — большой полый сферический электрод, изолированный от земли. В полость электрода входит бесконечная движущаяся лента и передает, ему электрический заряд, который она несет на коронирующих остриях, другая сторона ленты заряжается от постоянного внешнего источника. При движении часть ленты, получившая низковольтный заряд, уменьшает емкость и повышает свой потенциал. На сферической поверхности электрода можно получить напряжение в миллион вольт. Генераторы такого типа применяют по сей день, но у них низкий коэффициент полезного действия, и поэтому уже в тридцатые годы стали изыскивать новые типы приборов для получения высокого напряжения.

А. Ф. Иоффе задумал конструкцию электростатического генератора (ускорителя), основанного Пй том же принципе, но вместо движущейся ленты предложил использовать жесткий ротор. Это позволяло значительно увеличить скорость переноса зарядов и получить гораздо большие значения токов.