Лев Бобров - В поисках чуда (с илл.)

• Название: В поисках чуда (с илл.)
• Автор: Лев Бобров
• Издательство: Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия»
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1968

Это книга о разведчиках, имена которых отсутствуют в известных «шпионских» хрониках. О следопытах незнаемого, которые повседневно, чаще всего буднично, незаметно, без претензий на «бронзы многопудье» ведут свой многотрудный поиск, совершая нередко настоящие подвиги во имя истины, во имя человека, во имя мира на всей планете. Да, подвиги, ибо их деятельность требует не только ума, не только трудолюбия, но и мужества. Еще Маркс говорил, что у входа в храм науки, как и в преддверии ада, должно быть выставлено требование: «Здесь нужно, чтоб душа была тверда, здесь страх не должен подавать совета». И еще говорил Маркс: «В науке нет широкой столбовой дороги, и только тот может достигнуть ее сияющих вершин, кто, не страшась усталости, карабкается по ее каменистым тропам».

Неторными, тернистыми тропами шла советская наука к ее нынешним высотам. Какое наследство оставила ей царская Россия? Малограмотное население. Острая нужда в специалистах, учебных заведениях, научных учреждениях А тут еще разруха, голод, саботаж «старой интеллигенции»… Потом была война, унесшая миллионы жизней, истощившая экономику, отвлекшая науку от ее мирных дел… И все же, несмотря на все невзгоды и суровые испытания, наш народ за короткий период — всего за полвека! — достиг сияющих вершин в науке и технике и заставил весь мир говорить о «русском чуде».

Здесь упомянуты не все, увы, далеко не все, кого хотелось бы, кого нужно назвать, — история еще воздаст им должное.

---

Трудно сказать, кто, где и когда впервые подал мысль об ускорителе. Идея зрела исподволь во многих странах. В конце концов вакуумная трубка, с помощью которой Рентген в 1895 году открыл лучи, названные его именем, — тоже ускоритель, правда, линейный, не кольцевой. В нем электроны, срывавшиеся с катода, разгонялись электрическим полем и, проносясь мимо анода, с силой бились о мишень — об антикатод. Тормозясь в нем, они отдавали избыток своей энергии в виде всепроникающих квантов. Но там разность потенциалов не превышала 50 тысяч вольт. И, стало быть, пройдя ее, наша однозарядная частица обретала энергию не более 50 тысяч электрон-вольт, то есть в сотни раз меньше, чем требовалось для вторжения в атомное ядро.

В принципе, конечно, можно было создать длиннющую вакуумную трубку, равноценную десятку или хоть сотне обычных. Иной путь наметили харьковские физики (К. Д. Синельников и другие). Конструируя небольшой импульсный генератор на полтора миллиона вольт для получения быстрых ионов и электронов, они задались вопросом: а не лучше ли свернуть цепочку в кольцо, в спираль и таким образом обойтись меньшим количеством звеньев? В 1930 году они даже испытали устройство, напоминающее циклотрон. Но довести эту идею до логического конца суждено было другому. Должен же кто-то стать первым!

Первым стал Эрнест О. Лоуренс, доктор философии Калифорнийского университета (США). В 1932 году он соорудил свою установку.

В том же 1932 году по инициативе Л. В. Мысовского в Радиевом институте был заложен первый в Советском Союзе и Европе однометровый циклотрон. Он сыграл свою роль в развитии нашей ускорительной техники: его запуск и эксплуатация стали своеобразной генеральной репетицией накануне наших всемирно прогремевших премьер, начавшихся сооружением шестиметрового синхроциклотрона в Дубне.

Тем временем группа Лоуренса сконструировала новый ускоритель, рассчитанный на энергию частиц в 60 миллионов электрон-вольт. Увы, он не оправдал возлагавшихся на него надежд: не был способен сообщать частицам запланированную мощь. Самое большее, на что у него «хватало пороху», — разгонять их до энергии в 20 миллионов электрон-вольт — втрое меньше. И ничего тут нельзя было поделать, если бы не…

Спасательный круг, за который ухватился Лоуренс, — принцип автофазировки. Эта идея впервые сформулирована советским ученым В. И. Векслером в серии его статей, вышедших в 1944–1945 годах, и независимо от него американским физиком Э. Мак-Милланом.

Как пришпорили кентавра

«Циклоп» Лоуренса оказался слабосильным вот почему.

В нем протон или иной ион описывает Архимедову спираль. Трасса эта, похожая на пружину часового механизма, пролегает между двумя широкими и плоскими торцами (полюсами) постоянного магнита, поле которого, собственна, и закручивает ее в спираль. Протонная «карусель» организована в вакуумной камере внутри кожуха, напоминающего большую банку из-под гуталина, разрезанную надвое по диаметру. Обе половинки суть не что иное, как электроды (их называют дуантами). Между ними от края и до края проходит узкая щель. Раскручиваясь от центра «банки» к ее периферии, частица за один полный цикл дважды пересекает эту поперечную зону, причем во время первого полувитка она двигается через зазор в одну сторону, а в течение второго — в обратную, но электрическое поле тоже каждый раз меняет свое направление на противоположное, так что, когда частица пролетает через ускоряющий промежуток, оно всегда должно сопровождать ее бодрящим толчком в спину. Только вот всегда ли?

В соответствии с теорией относительности масса движущегося тела возрастает тем заметнее, чем ближе его скорость к световой, предельной — именно этот релятивистский эффект и сказался при переходе к большим энергиям. Утрачивая прежнюю легкость, частица становится менее поворотливой и уже не поспевает в урочный момент к тому участку, где ее должно подхлестнуть электрическое поле. Запоздав, она вместо подбадривающего толчка может встретить даже противодействие, тормозящее ее полет, — поле-то переменно! А нужно, чтобы периодичность, с какой она делает витки, равнялась частоте электромагнитного «погонялы» и оба колебательных процесса согласовались по фазе — четко «работали» в такт, совпадали по направлению. Как же сделать, ломали себе голову конструкторы, чтобы частицы не выбивались из ритма? Не подогнать ли к их нарастающим опозданиям расписание ударов электродного бича? Поначалу казалось: если постепенно увеличивать время между толчками, то все равно не удастся приспособиться к неаккуратному прибытию всех или даже большинства микротелец — нельзя же, право, для каждого из них подбирать свое удлинение периода!

Но при определенных условиях частицы сами будут дружно приспосабливаться к изменению частоты — к такому парадоксальному на первый взгляд выводу пришел Владимир Иосифович Векслер.

Пусть одна из спутниц отстала от своего роя и пожаловала к ускоряющей щели не в заданной фазе, так что получила вдогонку совсем слабый импульс. Значит, ее масса возрастет в меньшей степени, чем у остальных, и теперь уже начнут отставать от нее те, другие. Быстролетная странница, которая прежде плелась в хвосте, через несколько оборотов вырвется вперед и придет к зазору между дуантами раньше прочих. Если при этом разгоняющее поле наградит ее более чувствительным «тумаком», чем следующих за ней, она рано или поздно снова переместится из авангарда в арьергард.

Меняя темп, частицы будут колебаться около некой равновесной фазы. В результате такого саморегулирования вся «компания», невзирая на отдельные отклонения от общего правила, на некоторый внутренний разброд и даже отсев «отбившихся от стада», в среднем, в своем большинстве не утратит единства действий. Так что ее поведение (скажем, совместное отставание от первоначального расписания) может быть согласованным. И его удастся подчинить одному режиму, подобрав закон, по которому должна изменяться частота ускоряющего поля, — чтобы не нарушалась синхронность, согласованность во времени между круговращением всей «карусели» и толчками ее электрического «мотора».

Вскоре Лоуренс, усовершенствовав свое детище в соответствии с рекомендациями теоретиков, довел его мощность до 350 миллионов электрон-вольт. Проектная цифра оказалась превзойденной почти в шесть раз. Только прежнее устройство стало именоваться теперь синхроциклотроном, или фазотроном, ибо в нем частота на ускоряющем промежутке уже не оставалась постоянной, а регулировалась так, как того требовал новый режим. Через некоторое время все рекорды были побиты фазотроном в Дубне — чуть ли не 700 миллионов электрон-вольт!

В 1947, а затем и в 1949 году в Москве, в том же ФИАНе, появились сравнительно небольшие установки — первая на 30, вторая на 250 миллионов электрон-вольт. Созданные под руководством В. И. Векслера, они интересны тем, что в них периодичность электрического поля сохраняется одной и той же, зато напряженность магнитного меняется во времени. Их окрестили синхротронами. Если же варьируются оба параметра, получается «гибрид» — синхрофазотрон.

Таковым, например, является дубненский колосс. Он вступил в строй в апреле 1957 года. Во время его пуска у пульта управления стоял академик Векслер, воплотивший в замечательной советской машине свою идею автофазировки.

Большой победе нашей науки и техники предшествовал не только кропотливый анализ отечественного и зарубежного опыта, но и пионерский поиск, проведенный в ФИАНе группой ученых во главе с докторами физико-математических наук А. А. Коломенским и М. С. Рабиновичем. В 1953–1955 годах новые теоретические выводы тщательно проверялись на модели ныне действующего ускорителя, оттачивались его конструктивные узлы.

Некоторое представление о том, что это за «узлы», дает электромагнит. Он весит 36 тысяч тонн. А ведь он не сплошной, не дискообразный, как у циклотрона. Он сделан в форме пустотелой баранки, сердцевину которой составляет кольцевидная труба — вакуумная камера. Там, внутри, частицы движутся не по архимедовой спирали, не от центра к периферии, а по замкнутой круговой орбите одинакового радиуса. Такое решение сделала возможным остроумная идея — одновременно варьировать характеристики двух полей: напряженность магнитного и частоту электрического. Идея великолепная, но как нелегко было ее осуществить! Соответствие обоих параметров выдерживается с точностью до десятой доли процента. За их согласованностью строго следит специальное устройство. Оно непрерывно измеряет напряженность закручивающего поля и в случае малейшего ее отклонения подает сигнал, по которому корректируется частота поля разгоняющего, а она как-никак изменяется почти в 10 раз! Управление всем режимом ускорения полностью автоматизировано. С этими сложнейшими задачами блестяще справились специалисты Радиотехнического института АН СССР под руководством академика А. Л. Минца, Ф. А. Водопьянова, С. М. Рубчинского и других. Вакуумная камера, электромагнит и питающая его обмотку подстанция мощностью 140 тысяч киловатт (две Волховские ГЭС!) спроектированы исследовательским коллективом во главе с Д. В. Ефремовым, Е. Г. Комаром, Н. А. Моносзоном, А. М. Столовым.