Творчество изобретателя начинается с вопроса, простого вопроса: «А почему это делается или происходит так?» После этого возникает другой вопрос: «Нельзя ли это сделать лучше?» И, наконец, последнее — поиски ответа на вопрос: «Как сделать лучше?»
Как все просто! Нет, друзья, очень не просто. Чтобы правильно поставить вопрос и творчески решить его, надо быть хорошо образованным и очень наблюдательным человеком, постоянно быть в курсе всех достижений науки и техники. Надо уметь привычные вещи и явления увидеть по-новому, с необычной точки зрения. Это трудное уменье всегда отличает подлинного ученого и инженера, исследователя и новатора производства.
Посмотрите сообщения из нашей сегодняшней почты. Они рассказывают о разном, но в каждом из них сверкает хорошая придумка, смелая мысль.
Вообразим, что кому-то пришла в голову нелепая мысль: заменить в современных машинах механические двигатели человеческой мускульной силой* Для этого был выбран известный французский трансатлантический лайнер теплоход ♦Нормандия». Ее двигатель — могучие паровые турбины; их мощность 160 тыс. л. с. Ее исполнительный механизм — гребные винты, а передаточным механизмом служат приводные валы и гигантские зубчатые колеса. Судно способно двигаться со скоростью около 55 км в час.
Могли бы люди заменить турбины и выполнить эту работу? Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем несложные расчеты.
Подсчитаем работу турбин в килограммометрах в секунду, для этого число лошадиных сил умножим на 75.
160 ООО V 75 = 12 ООО ООО килограммометров.
Известно, что средняя мощность человека равна 10 килограммометрам.
Значит, чтобы выполнить ту же работу, что выполняют турбины «Нормандии», понадобилось бы 1 200 тыс. человек. Но это только в одну смену. Для круглосуточного движения корабля понадобилось бы 3 600 тыс. человек. Следовало бы учесть, что из такого числа людей какая-то часть может заболеть и выйти из строя. Если
их будет меньше 3«/п. и то это составит 100 тыс. Тогда всего придется взять на борт 3 700 тыс. человек. Предположим, что каждый вместе с багажом весит 100 кг. Тогда общий вес «двигательной» команды составит 370 тыс. т.
А водоизмещение корабля в действительности (его вес со всем содержимым) всего лишь 67 500 т. Значит, только для того, чтобы судно выдержало тяжесть этих людей, водоизмещение его надо увеличить больше чем в 5 раз!
Но людям нужно место для работы и для жилья. Даже 5 куб. м помещения на человека даст невероятную цифру — 18 млн. 500 тыс. куб. м!
И если учесть, что каждый член «двигательной» команды за свой труд должен получать зарплату примерно 24 рубля в день, то сутки движения корабля обойдутся больше 90 млн. рублей!
Можете сделать и другой подсчет: попробовать заменить человеческим трудом работу двигателей одного цеха, паровой машины паровоза и т. д. Даже для замены двигателя одного металлообрабатывающего станка средней мощности надо не меньше 450 человек для трехсменной работы!
А теперь решайте сами, можно ли заменить современный механический двигатель мускульной силой человека.
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».
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 в 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.
— 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 теорегический 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.
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.
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, повидимому, немного нейтронов термоядерного происхождения.
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!
Попутно замечу, что плазма, с которой приходится иметь депо 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 возникаю! 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…
Надо пояснить что имел в виду Л. А. Арцимович, применяя в данном случае по отношению н 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.
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 ру кой 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…
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 щв эффекте.
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 Арцимо-вич, — которые мы начали пять лет назад.
