Текст книги "Юный техник, 1956 № 02"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 7 страниц)

* * *

_{Боба Белоручкин грустно поведал Верхоглядкину о только что полученной двойке.}

_{– И чего твой Дотошкин не изобретет аппарат для ликвидации двоек?} 

_{– Постой, ведь для этой цели можно приспособить «РПД»! – воскликнул Верхоглядкин!}

_{(см. стр.23)} 

* * *

– А теперь, – говорит Пайерлс, – мы подходим к одному из самых замечательных предвидений и открытий двадцатого века.

Мы уже говорили о позитроне, который является как бы «электроном» наоборот, электроном с положительным зарядом.

Теоретики предсказывали, что раз существует положительный электрон (позитрон), то должен существовать отрицательный протон – антипротон. Можно даже представить себе «обращенные» атомы с ядром из отрицательных антипротонов, окруженным облаком положительных электронов – позитронов.

Самое интересное, что свойства такого «антиатома» ни чем не будут отличаться от свойств обычного.

В октябре прошлого года американские физики Чемберлен, Сегре, Виганд и Илсилантис, работающие на гигантском ускорителя обнаружили антипротон! Но ведет он себя не совсем так, как ожидали. И это даже неплохо, – ведь возникающие противоречия между опытом и теорией всегда двигали науку вперед.

– В сущности, – продолжает Пайерлс, – было бы естественно, чтобы на этом и заканчивался список элементарных частиц. Их уже достаточно для существования всей вселенной, включая нас самих. Электроны, протоны и нейтроны необходимы для постройки атома. Фотоны нужны для существования электромагнитного поля, τ-мезоны связаны с ядерными силами. Грубо говоря, можно было бы обойтись без нейтронов и μ-мезонов.

Но оказалось, что список элементарных частиц закрывать еще рано. В последние годы нашли огромное количество новых частиц. Одних только мезонов обнаружено более десяти типов: здесь и θ (тэта) мезоны и τ (тау) – мезоны и к (ка) – мезоны. [2]2
  Посмотрите на таблицу элементарных частиц, помещенную на цветной вкладке в этом номере журнала. Видите, ниже хорошо знакомых нам протонов и нейтронов расположены еще восемь частиц: λ (лябда) – частицы, Σ (сигма) – гипероны, каскадные гипероны…


[Закрыть]

– Мы даже не знаем, – признается Пайерлс, – чем это кончится. Правда, за последние год-два новых частиц, кроме антипротона, не нашли. Может быть, новых больше и не будет. Но предсказывать это я не берусь.

Новые, еще неизведанные горизонты откроются перед учеными, когда через несколько месяцев под Москвой начнет работать сверхмощное орудие физиков – огромный синхрофазатрон. Что он принесет ученым – трудно предугадать. Но бесспорно одно: даже если не будут открыты новые частицы, то физики смогут гораздо лучше узнать уже обнаруженные. А пока мы снова стоим перед проблемой: известно, что существует столько-то элементарных частиц; а что они собой представляют – непонятно! И вообще элементарные ли они? Пожалуй, лучше слово «элементарные», когда речь идет об атомных частицах, брать в кавычки.

По остроумному замечания известного итальянского физика Ферми, даже само название «элементарные» скорее характеризует уровень наших знаний об этих частицах, чем их свойства и строение.

«АРИФМЕТИКА» ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

(Объяснение к таблице на цветной вкладке)

В таблице на цветной вкладке собраны известные на сегодняшний день элементарные частицы. Еще не все из них обнаружены. Антинейтрона и антигиперонов никто еще не наблюдал, но в существовании их почти нет сомнений.

В зависимости от своей массы частицы разбиваются на три группы: легкие (лептоны), мезоны и тяжелые (барионы). Несколько особняком стоит фотон, который не имеет массы покоя. Он образует как бы нулевую группу.

Обратите внимание на предпоследний столбец. В нем указана продолжительность «жизни» частицы. Вы заметили, что некоторые из них живут «бесконечно» долго? Это устойчивые, стабильные частицы: фотон, нейтрино, электрон и протон. Нейтрон тоже следует считать «живучим» по атомным масштабам. Он существует в среднем 20 минут.

Но жизнь большинства элементарных частиц измеряется миллионными и даже миллиардными долями секунды. Это неустойчивые, нестабильные частицы. Они сами собой распадаются на более легкие стабильные.

Распад нестабильных частиц происходит по определенным законам. При распаде масса образующихся частиц всегда меньше массы исходной частицы. Но не думайте, что здесь нарушается закон сохранения материи. Распад всегда сопровождается выделением некоторого количества энергии, эквивалентного «исчезнувшей» массе.

Вторая закономерность распада: сохранение заряда распадающейся частицы.

«Арифметика» элементарных частиц, возможные процессы их превращений также приведены в таблице и нарисованы на разбросанных… листах.

Возможен и обратный процесс: превращение легких частиц в более тяжелые. Для этого необходимо столкновение частиц, обладающих определенной энергией. Принципиально возможны превращения любых элементарных частиц в любые другие. Однако эти взаимопревращения ограничиваются законами сохранения, не допускающих произвольно придуманных реакций. Возможны лишь те, у которых выполняются законы сохранения количества движения, законы сохранения электрического заряда и еще целый ряд подобных законов сохранения.

Советская наука и техника. Информации

ПОЛЕТ ПО ШОССЕ

…Небо было совершенно ясным, но вдруг откуда-то раздались рокочущие раскаты грома. Они приближались с непонятной быстротой, и вот молнией сверкнул странный аппарат. Это первый советский спортивный реактивный автомобиль, созданный коллективом Горьковского автозавода имени Молотова.

У реактивного автомобиля много преимуществ перед обычным автомобилем с поршневым двигателем. Вращающий момент вала такого двигателя почти не изменяется, а ведь условия работы автомобиля разнообразны. Поэтому без дополнительных устройств обычный автомобиль не смог бы преодолеть крутые подъемы или плохую дорогу. Такими устройствами являются сцепление и коробка передач. Они сильно утяжеляют автомобиль и усложняют управление им. Другое дело реактивный автомобиль. Ему не нужны дополнительные механизмы. На машине установлен турбореактивный двигатель, принцип работы которого не отличается от авиационного. Струя воздуха проходит через прикрытые решетками боковые отверстия и смешивается с распыляемым горючим. Образующиеся при горении газы выбрасываются через хвостовое отверстие и толкают машину вперед.

Бак с горючим помещается в передней части автомобиля, а двигатель отнесен назад, за кабину водителя. Изящная каплеобразная форма помогает машине преодолевать сопротивление воздуха. Новый автомобиль развивает скорость в 300 километров в час.

Конструктор А. А. Смолинрассказал ребятам о создании этого замечательного автомобиля.

«УКБ-3.6»

Шахтный ствол – центральная «дорога» шахты. По нему спускаются в шахту и поднимаются из нее люди и механизмы, по нему же выдается на-гора уголь. С шахтного ствола начинается сооружение шахты.

До сих пор в забое работало большое количество людей. Механизмы не освобождали их полностью от тяжелого физического труда.

Установка «УКБ-3.6» (установка колонкового бурения, диаметром 3,6 м), созданная коллективом института Гипрошахтостроймаш, в корне меняет методы проходки шахтных стволов. В забое не работает больше ни одного человека, а обслуживание установки с поверхности земли осуществляют всего 13 человек.

Принцип работы машины не нов. Им давно пользуются при разведке недр, доставая с помощью полого бура из глубин столбики породы, называемые кернами.

В новой установке бур – это огромный стальной стакан без дна, высота его 5 м, а диаметр 3,6 м.

Он подвешен на тросах и поднимается мощной лебедкой. По окружности нижнего торца бура расположено 12 режущих устройств – шарошек. После запуска мотора бур начинает вращаться и шарошки вгрызаются в породу. Когда бур погрузится на всю свою высоту, из его нижней части специальные приспособления выдвинут режущие устройства, которые подрежут керн, находящийся в буре. После этого бур вместе с керном извлекается на поверхность. Керн отвозится на платформе (фото внизу) к мечу выгрузки, а бур вновь погружается в ствол.

За месяц эта первая в мире установка проходит до 80 м ствола. Установка позволяет осуществить проходку стволов до 500-метровой глубины.

Как было изготовлено звездное вещество

Олег Писаржевский

(Окончание)

Если ионизованный газ (лишенные электронов атомы становятся заряженными, то-есть превращаются в ионы) поместить в сильное магнитное поле, то поперек силовых линий этого магнитного поля движение частиц сильно ограничится. Практически каждая частица сможет двигаться вдоль силовых линий.

Таким образом, силовое поле может играть роль своеобразной стенки, мешающей частицам двигаться в заранее определенном направлении.

Так появилась надежда на осуществимость поставленной задачи. По шутливому выражению одного из физиков, своеобразный «котелок для супа» был найден. Без этого вообще вряд ли имело смысл браться за стряпню. Однако теперь нужно было придумать, как его нагреть.

Способ разогрева до нескольких миллионов градусов столбика разреженного дейтерия в трубке нашла группа физиков во главе с Л. А. Арцимовичем и М. А. Леонтовичем. Это решение кажется естественным и простым, но здесь есть что-то от простоты фарадеевских опытов. Разве не от простого помахивания проволокой перед магнитом родилась современная электротехника!..

Есть один старый опыт, который иногда демонстрируют на школьных занятиях. Если ток одного направления пустить по двум параллельным проволочкам, то они стремятся сойтись: магнитное поле их стягивает. Это происходит потому, что магнитное поле стремится сжать ток.

Но ведь ток, протекающий в трубке с газообразным дейтерием, это не что иное, как движущиеся частицы самого газа, и в то же время это самый заправский ток, который взаимодействует с собственным магнитным полем и в результате этого сжимается. Но так как в данном случае ток образован частицами газа [3]3
  Начало см. в № 1 журнала.


[Закрыть], то под воздействием магнитного поля происходит сжатие самого вещества к центру, к оси прибора, в котором все это происходит. Именно так осуществляется та «термоизоляция», о которой мы только что говорили. Она происходит «сама по себе». Термоизоляция эта вакуумная. Собирая частицы к центру, ток не дает им взаимодействовать со стенками трубки; у этих стенок практически образуется пустота.

Но самое интересное это то, что одновременно достигается и главная цель. Сжимающий ток можно рассматривать как своего рода цилиндрический поршень.

В описываемом мною эксперименте причудливо переплетаются самые новейшие атомные чудеса с обыденной школьной механикой. Как мы знаем хотя бы по опыту накачивания велосипедных камер, газ, которому при сжатии сообщается дополнительная энергия, нагревается. В разрядной трубке, наполненной дейтерием, газ также нагревается за счет этого же эффекта.

На одном из рисунков, который остался на память от нашей беседы, стрелками показано направление движения тока; разбросанные кое-где точки изображают газ. Так как ток притягивается к центру трубки, он сжимается, отходит от стенок и вытягивается в тонкий шнур, который, – да простят мне исследователи эту поэтическую вольность! – я и назвал вначале молнией из плазмы – звездного вещества.

– Таковы были те исходные предпосылки опытов, – заключил эту часть своего рассказа академик Лев Андреевич Арцимович, – которые мы начали пять лет назад.

Так действует магнитное поле на летящую сквозь него заряженную частицу.

Частицы газа под влиянием магнитного поля собираются в тонкий пучок – нить, температура которой достигает миллиона градусов.

ЧТО ЖЕ ПОЛУЧИЛОСЬ!

Было разработано специальное устройство, с помощью которого удалось получать токи силой в несколько миллионов ампер.

Конечно, такие токи нельзя получать в течение длительного времени. Зато мгновенная мощность, которую удавалось загнать в разрядную трубку, была очень велика. Она измерялась десятками миллионов киловольт-ампер, превышая, таким образом, мощность самых больших электростанций, какие существуют на земном шаре. В лаборатории Льва Андреевича Арцимовича хранятся толстостенные металлические трубки, смятые словно рукой титана. Их сжал электрический ток.

Теперь подумайте о том, что этакая невообразимая силища прилагается к веществу ничтожной плотности. В сопоставлении с дейтериевым газом струйка папиросного дыма – это поток каменных булыжников.

Рассказывая о первоначальных раздумьях исследователей, я упоминал о том, что теоретические расчеты предсказали, каким температурам должно соответствовать появление первых термоядерных реакций.

– Но таковы были розовые мечты теории, – с усмешкой заметил по этому поводу Л. А. Арцимович. – На самом деле в эксперименте не все происходит так просто. Теория находилась в плену представлений о так называемых стационарных процессах и полагала, что сжимающийся ток будет действовать на плазму, как поршень, сдавливающий горячую смесь в цилиндре внутреннего сгорания. В действительности нас ожидал ряд неожиданных сюрпризов…

Надо пояснить, что имел в виду Л. А. Арцимович, применяя в данном случае по отношению к процессу термин «стационарный». Вот вы жмете на газ, а сила, с которой вы давите, уравновешивается силой давления самого газа. Такой процесс можно назвать стационарным. И только при этом условии будет действовать правило разогрева газа при сжатии.

Оказалось, что при мгновенном включении тока противодавление в этой системе не успевает возникнуть сразу, и поначалу частицы с огромной скоростью устремляются к оси разрядной трубки. Они двигаются тем быстрее, чем больше сила магнитного поля, возникающего при прохождении тока. Таким образом, разрядная трубка какое-то время работает не как цилиндрический поршень, а как мощный ускоритель частиц.

Все эти изменения совершаются на протяжении нескольких микросекунд. Если учесть, что за эти несколько миллионных долей секунды нужно успеть запечатлеть изменения тока, изменения напряжения, перемены давления, уменьшение количества атомов в объеме трубки, что нужно измерить скорость их движения и т. д. и т. п., – нельзя не проникнуться глубочайшим уважением к коллективу молодых исследователей, которые блестяще справились с этими поистине фантастическими трудностями.

Как было уже сказано, в первые мгновения прибор действовал как магнитный ускоритель. С бешеной скоростью несущиеся частицы сгонялись к центру. Система приходит в равновесие, и температура мгновенно достигает большой величины.

Попутно замечу, что плазма, с которой приходится иметь дело в описываемых опытах, ведет себя очень своеобразно. Ядра атомов дейтерия обладают большой массой, а электроны – маленькой, и кинетическая энергия, приобретаемая ядрами, оказывается гораздо больше кинетической энергии, приобретаемой электронами. Во всех случаях, когда физики до этого получали плазму, – она часто появляется при некоторых условиях при электрическом разряде в газах, – там наблюдались быстрые «горячие» электроны и медленные, более «холодные» ионы.

Здесь все было наоборот.

Пока формировался плазменный шнур, давление в нем не успевало заметно вырасти. Когда же происходило сжатие, давление в плазменном шнуре повышалось в несколько миллионов раз – не превышая, впрочем, несколько десятков атмосфер, – не забудьте, что опыт начинался при высоком разрежении газа!

Затем под действием образовавшегося давления частицы разлетались обратно. А затем газ снова сжимался. Плазменный шнур пульсировал. Стационарного процесса не получалось…

Температура в сжимающемся шнуре достигала миллиона градусов. Этот замечательный рекорд сам по себе заслуживает особого внимания.

В связи с ним возникают многие интересные вопросы: например, можно ли каким-нибудь способом определить цвет «звездного вещества» в разогретом до таких температур плазменном шнуре и не губительно ли для окружающих излучение, которое при этом возникает!

Оказывается, плазменный шнур бесцветен – он почти абсолютно прозрачен, поэтому и свечение его совсем не такое чудовищно яркое, как можно было бы ожидать. Относительно слабая яркость и кратковременность вспышки, так же как и малая плотность вещества в разрядном промежутке, делают опыт совершенно безопасным для окружающих.

Итак, одна пульсация, другая, третья…

При втором, а иногда третьем сжатии (никогда при первом!) происходит вылет нейтронов и на какую-то долю микросекунды возникает мощное рентгеновское излучение, напоминающее короткий всплеск волны. По скорости вылета и некоторым другим признакам можно отличить нейтроны не термоядерного происхождения и, невидимому, немного нейтронов термоядерного происхождения.

* * *

_{«РПД» решено было выкрасть. Дверь в автоматизированную квартиру Дотошкина была закрыта, но Петя Верхоглядкин произнес какие-то магические слова, акустическое peлe сработало, и дверь распахнулась. Едва Белоручкин сел в невинное с виду кресло, как оно схватило его в нерасторжимые объятия.} 

_{– Ничего, я сейчас тебя выручу, – сказал Верхоглядкин и начал нажимать подряд на все кнопки на панели управления…}

_{(См. стр.25)} 

* * *

Звездное вещество, образующееся в пульсирующем шнуре, ведет себя во многих отношениях загадочно. Откуда берутся, например, рентгеновские лучи с высокой проникающей способностью! И что самое удивительное: почему, хотя напряжение на разрядной трубке составляет всего лишь 20–30 тысяч вольт, рентгеновские лучи имеют энергию в несколько сотен тысяч вольт!

Это говорит о том, что частицы в трубке могут ускоряться до энергий, гораздо больших, чем можно было ожидать, но как!

Возможные реакции синтеза изотопов водорода.

– Процессы, которыми обусловлено появление нейтронов не термоядерного происхождения и жестких рентгеновских лучей, нами еще не поняты, – заявляют исследователи.

Специально изучалось свечение плазмы. И здесь обнаружились интересные и даже необъяснимые пока что явления. Например, спектральная линия дейтерия в момент разогрева плазмы колоссально расширяется. Почему это происходит, пока что также не ясно.

Накопление таких новых необъяснимых фактов радует академика Михаила Александровича Леонтовича, который руководил теоретическими исследованиями проблемы. Это ему и его сотрудникам принадлежал тот теоретический анализ, который лежал в основе первых экспериментов лаборатории Арцимовича.

Самое интересное для физика-теоретика – это появление фактов, которые не были предсказаны и не могут быть объяснены с точки зрения сложившихся в науке представлений. Это означает, что нужно итти вперед, развивать, усовершенствовать теорию. Так и развивается настоящая наука.

ЧТО ЖЕ ДЕЛАТЬ?

Исследователи подсчитывают трофеи первого выигранного сражения за овладение термоядерными реакциями.

«Скромная победа», – может подумать читатель, который знает о том, что представляет собой подлинная наука, только понаслышке или по описаниям готовеньких завоеваний. А мы здесь познакомились с трудовыми буднями ученых мы рассказали о том, как была завоевана первая оборонительная линия крепости, казавшейся неприступной.

История, которая хранит на своих страницах память о том, как росли и развивались выдающиеся научные открытия разных времен, учит нас умению в настоящем угадывать черты будущего. Когда француз Кальете и швейцарец Пикте наблюдали первые капли жидкого воздуха, которые стекали по стеклянным сосудам холодильной машины, было очень трудно предвидеть, что пройдут десятилетия и основанные на этом открытии холодильные заводы начнут выпускать целые реки кислорода, этого могучего ускорителя металлургии и многих других процессов.

Не обращая внимания на злые порывы ветра, свистевшего а щели сарая-лаборатории, Пьер и Мария Кюри любовались голубоватым сиянием, которое испускала жалкая на первый взгляд щепотка радиевой соли, добытая ими ценой неимоверных усилий и лишений. Предчувствовали ли они в тот момент, что это было началом могучего прорыва в тайны атомного ядра!

Вряд ли. Это открылось позднее.

А мы, обогащенные опытом предшествующих поколений, знаем, что с овладения пускай крохотным плацдармом начинается генеральное наступление на самую крутую и в то же самое время самую заманчивую высоту. Ведь все-таки впервые в мире ученые смогли подступиться к таким температурам, при которых возможно осуществление термоядерной реакции. Это выдающееся событие стало праздником всей мировой науки.

В лаборатории просиял, пускай еще еле различимый, пускай на кратчайшее мгновение, но ручной, управляемый и в то же время звездный свет.

* * *

 _{Автоматика действовала во всю. Какой-то автомат постелил постель. Другой налил воды в стакан… И вдруг кресло выбросило Белоручкина, как снаряд из катапульты, прямо на диван, на подушку с одеялом. Не успел он облегченно вздохнуть, как другая машина схватила его, завернула в одеяло и стала запихивать в нижний ящик шкафа.}

_{«Очевидно, сюда убирается постель», – сообразил Верхоглядкин.}

_{(См. стр. 37)} 

* * *

По каким направлениям развернется это наступление? Мы будем с нетерпением ждать ответа на этот вопрос, но пока что мы его не имеем.

На этих страничках я сумел показать только краешек той огромной работы, которую проделали ученые. Я не упомянул, например, о том, что в лаборатории Л. А. Арцимовича было изучено поведение в условиях сверхвысоких температур водорода, ксенона, криптона, аргона и различных смесей этих газов.

Были перепробованы десятки различных материалов для изготовления разрядных трубок. Были освоены способы сверхскоростной киносъемки, при которой за секунду получается 2 млн. кадров.

Выковалось оружие, воспитались люди, которые умеют им в совершенстве владеть, а это едва ли не главное. Этим людям предстоят еще славные дела. Лев Андреевич Арцимович прав, говоря: «Природа никогда не заботилась о том, чтобы законы, которые ею управляют, были удобны для понимания».