Курчатов - Асташенков Петр Тимофеевич (хорошие книги бесплатные полностью TXT) 📗
Последняя дань диэлектрикам...
Став в двадцать семь лет заведующим физическим отделом института, Игорь Васильевич, естественно, не мог замыкаться в рамки одной какой-то проблемы. Он руководил многими исследованиями на разных направлениях, непосредственно участвовал в самых разнообразных работах.
Это и цикл работ, посвященных полупроводниковым выпрямителям и фотоэлементам, получившим сейчас широчайшее применение. Еще в 1929 году Курчатов исследовал механизм выпрямления в некоторых солях, изучал характеристики «вентильных фотоэлементов» — это название (кстати, Курчатов одним из первых ввел его в науку) означало, что открыт новый вид фотоэффекта — на границе соприкосновения двух тел. Но особое место среди всех этих работ занимает исследование карборундовых разрядников. Игорь Васильевич в своей автобиографии ставил его в один ряд с работой по сегнетоэлектрикам.
«Это была последняя дань, которую отдал Игорь Васильевич проблеме диэлектриков, перешедшей уже, впрочем, в проблему электронных полупроводников», — писал Абрам Федорович Иоффе.
Чем же близка была Курчатову эта проблема? Видимо, прежде всего тем, что диктовалась она острыми нуждами практики. С развитием электрификации страны все больше строилось высоковольтных линий, все актуальнее становилась проблема их защиты от атмосферных разрядов, в первую очередь от ударов молнии.
...Так состоялась первая встреча Игоря Васильевича с молнией, правда, пока не атомной.
При ударе молнии в линию электропередачи резко возрастает напряжение. Чтобы линия не вышла из строя, избыток напряжения нужно быстро отвести в землю. Для этого на линиях и ставят разрядники. Когда линия находится под обычным напряжением, сопротивление разрядника должно быть очень велико, чтобы ток не уходил по нему в землю. При резком возрастании напряжения (удар молнии) сопротивление разрядника должно так же резко падать, иначе избыток напряжения не успеет уйти в землю и линия выйдет из строя.
Столь своеобразно работающие сопротивления в то время уже были известны и применялись в разрядниках за границей. Но они были сложны в производстве и потому очень дороги.
И. В. Курчатов и его ученик Л. И. Русинов решили создать новое саморегулирующееся сопротивление. Было ясно, что такое сопротивление можно создать не из сплошного материала, а из зернистого, в котором между зернами остается воздушный зазор. Этот зазор будет барьером на пути тока, пока напряжение не велико. При ударе молнии напряжение возрастет, наступит пробой, и лавина тока, словно через открывшийся шлюз, стечет в землю. Из какого же материала лучше всего изготовить такое зернистое сопротивление?
Зерна из этого материала должны при малых напряжениях служить почти изолятором, а при возникновении перенапряжений мгновенно становиться хорошим проводником.
Абрам Федорович написал: «Загадочными представлялись электрические свойства применявшихся в высоковольтной технике карборундовых предохранителей».
И. В. Курчатов и его сотрудники занимались применявшимися предохранителями и искали новые, разрабатывали, внедряли.
Цитирую их высказывания: «...в порядке проб испытаны прессованные порошки карборунда и сцементированный кварцем карборунд, изготовленный заводом „Ильич“. На этом карборунде мы и провели в дальнейшем наши исследования».
Итак, и Игорь Васильевич и его сотрудники остановились на сцементированном кварцем карборунде. Карборунд — карбид кремния. Чистый карборунд — бесцветные прозрачные кристаллы, с примесями он имеет черную или зеленую окраску. Для карборунда характерны высокая теплопроводность и твердость, близкая к алмазу.
Изготовив образцы с мелкокристаллической массой и большим числом зазоров, исследователи стали измерять уменьшение сопротивления с ростом напряжения, время запаздывания при срабатывании. Выходило, что карборундовая масса может отводить удары молний не хуже зарубежных разрядников.
С завода, где ждали карборундовую массу для производства, интересовались ходом работы, поторапливали. Как-то Игорь Васильевич предложил своим коллегам:
— Не перебраться ли нам на время в заводскую лабораторию?
Проверка показала, что лучшим по качеству является зеленый карборунд, а выпускался пока черный. Завод стал готовиться к выпуску зеленого карборунда. Игорь Васильевич ходил в цехи, подробно вникал в вопросы технологии, испытывал новые образцы.
...Шли испытания образцов, выяснялось, насколько принятая технология обеспечивает стабильность электрических характеристик карборундовой массы. Производственникам кое-что пришлось изменить. Потом изучали влияние на качество сопротивления размеров зерна, давления формовки и количества связки, для которой использовались огнеупорная глина, полевой шпат и кварц,
Но Курчатова особенно интересовал еще один вопрос — старение сопротивлений, тем более что об эту проблему «ломали зубы» многие исследователи за рубежом, хотя опубликованных материалов практически не было.
Пришлось идти нехоженой дорогой.
Искусственная молния бессчетное число раз обрушивалась на опытные образцы разрядников. После каждого исследователи определяли, отчего стареет карборунд. Выяснили: старение «...сводится к термическому распаду под влиянием искрового разряда в порах». Сделали вывод: выгоднее брать мелкозернистую массу, а поры карборунда заполнять диэлектриком. В итоге возросла «жизнестойкость» массы.
Когда разрядники пошли в производство, Игорь Васильевич решил сравнить их с применявшимися за рубежом тайритом и оцелитом. По некоторым характеристикам карборунд несколько уступал тайриту, но превосходил оцелит. Главное же — технология его изготовления была намного проще и доступнее для производства.
Игорь Васильевич посчитал необходимым определите длительность службы одного образца в естественных условиях. Получилось, что старение разрядника, включенного в линию, произойдет не ранее чем через пятнадцать лет. Делая скидки на условность расчета, продолжительность была взята в пять лет. И вывод следовал такой:
«Все сказанное позволяет нам утверждать, что уже сейчас карборундовая масса С = 100 может быть применима в качестве сопротивлений в высоковольтных разрядниках».
О большом напряжении в работе Игоря Васильевича в те годы говорят и многочисленные выступления его на семинарах в институте. Вот далеко не полный перечень докладов И. В. Курчатова в 1931 — 1932 годах. Ноябрь 1931 года. «О возможных объяснениях процессов в разрядниках». В том же месяце — еще доклад о теории сегнетоэлектриков. В декабре 1931 года он делает сообщение о своих работах. Семинар 1932 года открылся январским докладом Игоря Васильевича «О зажигании дуги». В мае он выступил с некоторыми соображениями по вопросу о формовке (о процессе выделения на положительном электроде полупроводникового выпрямителя плохо проводящего слоя).
С 13 по 18 сентября 1932 года в Ленинграде проходила конференция по теории твердых (неметаллических) тел, на которой присутствовали крупнейшие мировые специалисты. Наряду с другими докладчиком был и Игорь Васильевич. Он рассказал собравшимся физикам об электрических свойствах сегнетовой соли. А спустя месяц, 7 октября, Игорь Васильевич высказывал уже свои теоретические соображения о пробое в газе при высоких давлениях на очередном семинаре в институте.
И так месяц за месяцем, семинар за семинаром. Новые идеи, новые поиски. Все шире взгляд, все тверже научный почерк, все больше уверенности и целеустремленности,
И не удивительно, что, когда в 1934 году в СССР были введены ученые степени докторов и кандидатов наук, по ходатайству академиков А. Ф. Иоффе и С. И. Вавилова Высшая аттестационная комиссия присвоила И. В. Курчатову ученую степень доктора физико-математических наук. Решением общего собрания Академии наук он был утвержден в ученом звании действительного члена института по специальности «Физика».
Буря и натиск
На переломе
Интерес Курчатова к новой области науки — физике атомного ядра — возник не внезапно. Этот интерес постепенно, неуклонно нарастал в нем уже с того времени, когда его мысли были заняты сегнетоэлектриками, диэлектриками, разрядниками.
