Борьба за скорость - Ляпунов Борис Валерианович (читать книги полные TXT) 📗
Лауреат Сталинской премии профессор Я. П. Терлецкий высказал и обосновал предположение, что во Вселенной есть «космические циклотроны» — звезды, которые, вращаясь, создают магнитную карусель. Так космические частицы разгоняются чудовищными электромагнитными силами до огромных скоростей, запасаются энергией для далеких путешествий, для атаки атомных миров.
Мы думаем сейчас о том, чтобы на Земле получить искусственные космические лучи, чтобы еще глубже проникнуть в тайны микромира, в самую неприступную крепость природы — атомное ядро.
Электроны, разогнанные электрическими силами, летят с космической скоростью в межзвездной пустоте, созданной и заключенной нами в электронном приборе, — маленьком «кусочке Вселенной», искусственной космической лаборатории на Земле.
Что же будет, если на пути лавины электронов, несущихся с космической скоростью, встанет препятствие? К чему приведет удар электрона — маленького сверхбыстрого снаряда из атомного мира?
Оказывается, энергия движения внезапно заторможенного электрона переходит в энергию излучения. Возникают невидимые глазом, но проникающие глубоко в недра вещества, лучи. Они, в свою очередь, способны проникнуть далеко в глубь микромира.
Бетатрон — ускоритель заряженных частиц.
Но даже если электроны и не обладают космическими сверхскоростями, а летят с «небольшой» скоростью в тысячи километров в секунду, — при ударе их о препятствие также рождаются невидимые лучи.
Эти невидимые — рентгеновские — лучи позволяют заглянуть в невидимое.
Последние достижения рентгенотехники открыли перед нами новые, необыкновенные возможности.
Нетрудно сделать рентгеновский снимок с неподвижного предмета. Лучи Рентгена действуют на специальную пленку, как и обычные световые лучи на фотопластинку. Они по-разному проходят через разные предметы, и пленка темнеет по-разному в разных местах. На рентгеновском снимке можно поэтому отчетливо увидеть кости скелета человека, монеты в кошельке, трещину или раковину в слитке металла, старое изображение под слоем новой краски на картине.
Но как сделать рентгеновский снимок с предметов, которые движутся с огромными скоростями? Как заглянуть внутрь детали работающей быстроходной машины? Ведь при этом, как и при высокоскоростных процессах, иной, чем обычно, счет времени — не секунда, а милли- и микросекунда, тысячная или даже миллионная доля секунды — такова там мера времени.
За время выдержки, которая нужна при съемке и исчисляется обычно секундами или минутами, успевает совершиться очень многое. В «обычном» мире момента, мгновения достаточно, чтобы заснять быстрое движение, а в мире сверхвысоких скоростей этого сделать нельзя.
«Моментальной фотографии» не может быть там, где «момент» — большое время.
Советские ученые сумели создать «моментальную» фотографию для процессов сверхвысоких скоростей.
Вместо того чтобы пропускать через рентгеновскую трубку поток электронов длительное время, его пропускают лишь миллионные доли секунды. Этой вспышки, «импульса» в трубке достаточно, чтобы лучи прошли через предмет, достигли пленки и дали на ней изображение. Время выдержки сокращается примерно в 2 миллиарда раз!
Разработали специальные «импульсные» рентгеновские трубки, с помощью которых на рентгенограммах можно увидеть то, что ускользало от нашего глаза до сих пор.
Как вырываются, пороховые газы из дула винтовки, когда пуля подходит к его концу? Как изменяется форма пули в полете? Как проникает бронебойная пуля в броню? Как происходит взрыв бомбы? Как сильно при мгновенной большой нагрузке растягивается металл?
Можно увидеть, что делается в частях быстро вращающейся турбины, центрифуги, сверхскоростного электромотора и воздушного компрессора.
Электронограф.
Импульсная рентгенография становится новым могучим средством изучения мира больших скоростей. Новые, совершенные типы импульсных рентгеновских трубок построены лауреатом Сталинской премии, научным сотрудником Академии наук СССР В. А. Цукерманом.
Пучок электронов оказывается в наших руках орудием, открывающим дорогу в тайники вещества. Советские ученые создали новую отрасль электроники — электронографию, которая теперь все шире и шире применяется в технике.
Проходя через тончайшую пленку металла, пластмассы или другого вещества, электроны рассеиваются в ней. На фотографии такой пленки после рассеяния в ней электронов получаются характерные светлые пятна, кольца, круги. Это результат взаимодействия электронов с молекулами и атомами.
Ход электронных лучей в электронографе.
Картину, по которой можно судить о свойствах вещества, заглянуть внутрь мельчайших его частиц с помощью пучка электронов, назвали электронограммой.
На ней можно наглядно увидеть, как меняется тончайшее строение металла при обработке, что происходит в поверхностном слое металла при шлифовке и полировке.
Оказалось, что после полировки получаются такие же электронограммы, как и от вещества аморфной, некристаллической структуры. Строгий порядок среди атомов металла нарушает сам полировальный порошок, перетасовывая атомы в тончайшем поверхностном слое как попало.
Электронограммы дали разгадку того, что происходит при окислении железа, какие и как образуются на нем защитные пленки, как ведут они себя, если добавлять к железу примеси других металлов. Иначе говоря, можно проникнуть в тайны жароупорной, неокисляющейся стали. С помощью электронограмм изучают поведение смазки, образование минералов, растяжение пленок материалов, — все это нужно для техники, для практики, для науки.
Так пучок электронов, помогая заглядывать в недра вещества, служит науке и технике, теории и практике.
Мы говорили до сих пор об одном виде управления электронным потоком — о разгоне и торможении электронов. Но можно управлять и направлением такого потока. Это открывает новые, поистине удивительные возможности.
Пусть у нас есть простейшая электронная трубка — катод и анод, в пустом стеклянном баллоне. Анод мы сделаем в форме цилиндрика-кольца и зарядим его положительно. Тогда электроны пройдут через него, ускоряя свое движение, и выйдут узким пучком — лучом.
Анодов может быть несколько, но задача у них одна. Нужно превратить широкий электронный поток, в котором, кстати, с помощью специального электрода-сетки можно регулировать количество электронов, мощность потока, — в узкий луч. Вот почему и называют все это устройство «электронным прожектором», или «электронной пушкой».
Если электронный луч дальше предоставить самому себе, он пойдет к концу трубки, на дно, где устроен экран, покрытый светящимся составом. На нем появится светлое пятнышко — результат бомбардировки экрана электронами. Это пятнышко будет как раз против «дула» электронной пушки, откуда вылетает электронный пучок.
Так устроен один из самых распространенных и важных электронных приборов — электронно-лучевая трубка.
Электронно-лучевая трубка и ее применение.
Но наше описание будет далеко не полным, если не сказать о главном — как управляют электронным лучом в такой трубке.
Здесь снова приходит на помощь природа электрических зарядов, которые могут притягиваться или отталкиваться друг от друга.
Две пары металлических пластин, поставленных на пути луча, отклоняют его вверх или вниз, вправо или влево и таким образом управляют им.
Сначала луч встречает пару вертикальных пластин. Одна стоит справа по ходу луча, другая — слева от него. Если правая пластинка заряжена отрицательно, а левая — положительно, то луч неминуемо отклонится влево. Ведь сам луч состоит из отрицательных электрических, частичек. Правая пластинка будет его отталкивать, а левая — притягивать.
