1

2

3

4

5

b

6

7

0

8

Найден метод обеспечения контакта

между металлом и углеродистыми

материалами для производства

органической электроники

До последнего времени было практически

невозможно определить пары подходящих

материалов, металлов и углеродосодержащих

органических соединений, контакт между

которыми обеспечил бы качественное

электрическое соединение, необходимое для

функционирования органической

электроники. Такие пары материалов

подбирались только эмпирически, опытным

путем. Теперь, благодаря работе команды

ученых из университета Гумбольдта, Берлин,

возглавляемой доктором Георгом Хаймелем и

профессором Норбертом Кохом, стал

известен механизм образования связей

между металлами и органическими

молекулами, что позволит создавать

надежные электронные компоненты,

состоящие из металлических электродов и

органических полупроводниковых

материалов.

"Мы работали над данной проблемой в

течение многих лет, но только в последнее

время все наши знания, полученные в

результате теоретических расчетов и

экспериментальных исследований, стали

складываться в одну заключительную

картину" - объясняет доктор Георг Хаймель.

Проводя систематические исследования,

ученые изучали различные типы молекул,

основой которых являются соединенные

кольца ароматических молекул, соединенных

с металлической поверхностью. Эти

молекулы отличались друг от друга только

небольшими деталями, количеством атомов

кислорода, входящих в состав их основания,

а в качестве металла использовались медь,

серебро и золото.

Используя фотоэлектронную спектроскопию

(UPS и XPS), реализуемую с помощью

синхротронного источника излучения BESSY

II, исследователи идентифицировали все

химические связи, которые сформировались

между металлическими поверхностями и

исследуемыми органическими молекулами.

Помимо этого, ученым удалось произвести

измерения энергетических уровней

электронов, которые обеспечивают

электрическую проводимость в местах

соединений. Исследовательская группа из

Тюбингенского университета смогла

определить точные значения расстояний

между органическими молекулами и

металлическими поверхностями с помощью

стоячей волны гамма-излучения, используя

синхотронный источник излучения ESRF в

Гренобле, Франция.

Проведенные эксперименты показали, что

при контакте атомов кислорода, входящих в

органическое основание, с несколькими

атомами металла внутренняя структура

органической молекулы изменилась таким

образом, что молекулы потеряли свои

полупроводниковые свойства и стали

проводниками электричества, подобно

металлической поверхности. Такие эффекты

не наблюдались с органическими

молекулами, которые содержали не

измененные органические основания.

Используя набор полученных данных,

исследователи смогли вычислить основные

принципы и законы, которые определяют

электрическую проводимость в месте

контакта металлической поверхности с

органическими полупроводниковыми

материалами.

"В результате наших исследований мы

получили теоретический инструмент, который

позволяет узнать насколько хорошим будет

контакт и появления каких эффектов следует

ожидать в точках соприкосновения

различных металлов с активными

углеродосодержащими органическими

материалами. Используя эти инструменты

уже сейчас можно приступать к разработке

органической электроники и электронных

устройств, которые могут быть мягкими,

пластичными и обладать массой других

замечательных свойств" - рассказал доктор

Хаймель.

9

Физики смогли обойти принцип

неопределенности

Свет не полностью разделяется на

поляризованные составляющие при прохождении через тонкий кристалл

Иллюстрация: rochester.edu

Ученые из университетов Рочестера и

Оттавы смогли напрямую измерить

поляризацию света в двух различных

базисах одновременно. Результаты

исследований были опубликованы

в Nature Photonics, обзор работы приведен

на сайте Университета Рочестера.

Физикам удалось обойти принцип

неопределенности Гейзенберга, измерив

одновременно горизонтально-

вертикальную и

диагональную поляризацию света для

одной волны. Применив эффект двойного

лучепреломления света в кристалле,

группа ученых смогла дважды разложить

волну на поляризованные составляющие,

не допуская коллапса волновой функции.

Согласно принципу неопределенности,

невозможно точно определить один

параметр квантовой системы, не повлияв

на другие сопряженные параметры.

Применительно к поляризации света —

невозможно измерить поляризацию

одного и того же фотона сразу и по

горизонтально-вертикальному, и по

диагональному базисам, поскольку первое

разделение волны на поляризованные

составляющие (например, горизонтальную

и вертикальную) повлияет на все

последующие.

В своих экспериментах группа ученых под

руководством Роберта Бойда использовала

слабое квантовое измерение,

впервые продемонстрированное в 2011

году для одновременного измерения

действительной и мнимой составляющих

волновой функции. При прохождении

через первый тонкий кристалл, свет

разделялся на горизонтальную и

вертикальную поляризованные

составляющие не полностью. Оставалась

область перекрытия, которая служила

основой для измерения диагональной и

антидиагональной поляризации на втором

кристалле.

Ранее для однозначного определения всех

параметров квантовой системы

применялся метод квантовой

томографии — многократного измерения в

разных базисах. Этот метод требовал

значительных усилий по обработке

полученных данных. Прямое определение

параметров системы, которое также

требует нескольких измерений для

уточнения результата, позволит

значительно ускорить решение подобных

задач.

10

Физики объяснили принципы создания пластичного стекла

Кусочки металлического стекла, состоящего

из сплава циркония, титана, меди, никеля и

бериллия

Физики Йельского университета создали

теорию пластичности, которая позволяет

создавать небьющиеся мягкие стекла и

объясняет, как скорость охлаждения

материала определяет его механические

свойства. Работа опубликована в

журнале Nature Communications, а ее

краткое содержание можно прочитать на

сайте университета.

Согласно расчетам ученых, ключевым

фактором, влияющим на механические

свойства аморфного материала, является

не его химический состав, а скорость

охлаждения. Медленно охлажденные

материалы более склонны к хрупкости, в

то время как за счет скоростного

охлаждения аморфный материал любого

состава можно сделать пластичным.

Основной интерес исследователей был

сосредоточен на металлическом стекле -

аморфном материале, состоящем из

сплава нескольких металлов. В отличие от

обычного металла, металлическое стекло

хуже проводит электричество, однако за

счет равномерности структуры и

отсутствия дефектов оно не склонно к

коррозии, пластично и часто

имеет существенно большую прочность. В

настоящее время металлическое стекло

применяется в основном в хирургии для

изготовления протезов.

Теория, созданная физиками, применима

не только к металлическому стеклу, но и к

любому аморфному материалу.

11

ADVENT - новый высокотемпературный

и высокоэффективный авиационный

реактивный двигатель

Инженеры компании Дженерал Электрик в

ближайшем будущем собираются произвести

революцию в области авиационного

двигателестроения. Это станет возможным

благодаря новому реактивному двигателю,

температура горения топлива в котором

намного выше, чем у его предшественников,

и который за счет этого и за счет множества

других конструкционных решений обладает

выдающимися характеристиками и

демонстрирует высокую эффективность

использования топлива. Двигатель ADVENT

(ADaptive Versatile ENgine Technology)

потребляет на 25 процентов меньше топлива,

имеет на 10 процентов большую тягу, чем

другие существующие современные

двигатели, что в совокупности позволит

увеличить дальность полета на 30 процентов

на одном и том же количестве топлива.

Не так давно инженерам Дженерал Электрик

удалось завершить разработку состава,

структуры и провести испытания

специального огнеупорного композитного

материала из которого будут изготавливаться

элементы камеры сгорания и других узлов

конструкции нового двигателя.

Как и в случае с любым устройством,

работающим за счет горения топлива, чем

больше температура сгорания топлива в

камере реактивного двигателя, тем больше

энергии он вырабатывает, что сказывается в

положительную сторону на эффективности

использования топлива и на

эксплуатационных характеристиках самого

двигателя. "Это - чистой воды законы

термодинамики" - утверждает Рик Альбрехт,

специалист из отдела новых военных систем

подразделения GE Aviation.

С одной точки зрения поднять температуру

сгорания топлива в камере реактивного

двигателя не так уж и сложно. Но это

приводит к возникновению других проблем,

связанных с тем, что элементы камеры

сгорания и других узлов двигателя под

воздействием высокой температуры

начинают деформироваться и плавиться.

Несмотря на то, что в авиации используются

сложные сплавы и композитные материалы,

для охлаждения камеры сгорания требуется

применять различные методы и

охлаждающие системы, которые, в свою

очередь, снижают эффективность всего

двигателя в целом.

Решением вышеописанной проблемы стал

легкий керамический термостойкий

композитный материал, который получил

название CMC (ceramic matrix composite) и в

основе которого лежит структура из карбида

кремния, армированного волокнами из того

же самого материала. Такое строение

материала CMC позволяет ему выдерживать

температуру 1316 градусов Цельсия, что

превышает аналогичные показатели самых

лучших металлических сплавов.

В конструкции двигателя ADVENT

использована высокотемпературная камера

сгорания, подобная камерам сгорания,

используемым в ракетных двигателях

космической техники, в остальном вся

конструкция соответствует конструкции

обычного турбореактивного двигателя.

Увеличивая скорость подачи топлива и

количество впускаемого в двигатель воздуха

позволяет добиться резкого увеличения тяги

и скорости выхода реактивной струи, что и

требуется для использования таких

двигателей в военных самолетах-

истребителях, которые периодически должны

12

летать в форсажном режиме. Но конструкция

двигателя допускает его работу и в

крейсерском режиме, в режиме, в котором

топливо используется максимально

эффективно.

Первоначально планируется использовать

двигатели системы ADVENT в качестве

двигателей для военных реактивных

истребителей, но специалисты Дженерал

Электрик планируют разработать подобные

двигатели и для использования их в

гигантских пассажирских авиалайнерах, таких

как Boeing 747.

13

14

gi

15

гром

16

Релятивистский эффект Доплера

В случае распространения электромагнитных волн (или других безмассовых частиц) в вакууме, формулу для

частоты выводят из уравнений специальной теории относительности. Так как для распространения

электромагнитных волн не требуется материальная среда, можно рассматривать только относительную

скорость источника и наблюдателя.

где — скорость света, — скорость источника относительно приёмника (наблюдателя), — угол между

направлением на источник и вектором скорости в системе отсчёта приёмника. Если источник радиально

удаляется от наблюдателя, то , если приближается — .

Релятивистский эффект Доплера обусловлен двумя причинами:

классический аналог изменения частоты при относительном движении источника и приёмника;

релятивистское замедление времени.

Последний фактор приводит к поперечному эффекту Доплера, когда угол между волновым вектором и

скоростью источника равен . В этом случае изменение частоты является чисто релятивистским

эффектом, не имеющим классического аналога.

Поскольку явление характерно для любых волн и потоков частиц, то его очень легко

наблюдать для звука. Частота звуковых колебаний воспринимается на слух как высота звука.

Надо дождаться ситуации, когда быстро движущийся автомобиль или поезд будет проезжать

мимо вас, издавая звук, например, сирену или просто звуковой сигнал. Вы услышите, что когда

автомобиль будет приближаться к вам, высота звука будет выше, потом, когда автомобиль

поравняется с вами, резко понизится и далее, при удалении, автомобиль будет сигналить на

более низкой ноте.

17

Кельтский камень

Кельтский камень — волчок, способный во время вращения

в определённую сторону менять направление вращения.

При раскручивании в одну сторону он ведёт себя как обычный

волчок, но при раскручивании в противоположную сторону

некоторое время вращается с уменьшением угловой скорости и

увеличением колебаний, а потом начинает вращаться в

обратную сторону.

В некоторых древних гробницах на территории Западной

Европы были обнаружены тесала (округлые орудия труда),

обладающие вышеописанными необычными динамическими

свойствами. Термин произошел от названия группы племён,

оставивших эти орудия (кельты) в I веке до нашей эры.

Нижняя поверхность кельтского камня — сегмент обычного эллипсоида. Верхняя поверхность — как правило

плоскость. Необычные свойства волчку придаёт небольшой поворот (в горизонтальной плоскости) оси

симметрии массы относительно оси симметрии эллипсоида опорной поверхности. Этого поворота добиваются

либо наклоном поверхности верхней плоскости, либо добавлением смещённой массы. Во вращении волчок

будет предпочитать то направление, в котором смещена ось симметрии массы.

Ошибочные объяснения физики явления

Связанные с вращением Земли вокруг своей оси (об эксперименте, демонстрирующем вращение Земли

вокруг своей оси).

Связанные с магией.

Предполагающие, что внутри кельтского камня обязательно должен находиться магнит или батарейка.

Утверждающие, что с помощью кельтского камня можно сделать вечный двигатель.

Бывают кельтские камни, характер вращения которых (на первый взгляд) еще менее возможен — если его

раскрутить в любую сторону, он некоторое время вращается, потом останавливается (сильно раскачиваясь),

закручивается в другую сторону, а потом, под самый конец, снова меняет направление вращения на исходное.

Теории, дающей полный ответ на вопрос, каким может, а каким не может быть характер вращения кельтского

камня в случае движения на плоскости с частичным скольжением, в настоящий момент (апрель 2011) нет.

Также рекомендуем посмотреть видео по данной

ссылке youtu.be/H18sgbo-W_w

18

Особенности полета комара во время дождя Ученым удалось описать с точки зрения динамики момент столкновения дождевой капли и летящего комара.

Такое наблюдение позволяет объяснить, как комары могут продолжать полет во время дождя. Впервые результаты наблюдений опубликовал научный журнал Proceedings of the National Academy of Sciences.

В ходе экспериментов перед учеными стояла задача изучить и объяснить базовые принципы взаимодействия дождевой капли и летящего комара. В качестве основного экспериментального оборудования применялась

специальная высокоскоростная камера. Комар находился в специальной установке, где при помощи насоса имитировался настоящий дождь.

Стоит напомнить, что размер комара в среднем составляет около 3 мм, а масса этого насекомого равна всего

лишь 2 мг. Дождевая капля же имеет диаметр порядка 2-3 мм, но при этом ее масса может доходить до 100

мг. Таким образом, вертикальная скорость падающей капли может достигать 9 м/с. Установлено так же, что в среднем комар подвергается удару капель примерно 1 раз в 20 секунд.

По наблюдениям физиков, комар ведет себя по-разному в зависимости от локального попадания на тело. Так,

при попадании капли по лапкам комар немного кувыркается в бок, при этом направление его движения практически не изменяется. Если дождевая капля попадает на само тело комара, то насекомое на

протяжении некоторого времени снижается в среднем на 6 см, после чего освобождается от капли.

Как утверждают ученые, простая падающая капля вполне способна уничтожить комара, находящегося на

твердой поверхности. Однако взаимодействие капли и комара в воздухе выглядит иначе. При этом комар и испытывает на себе перегрузку порядка 100 g, но это для него не опасно. Физики утверждают, что снижение

высоты полета комара в момент попадания капли позволяет погасить энергию и снизить скорость ее передачи комару, при этом скорость падения капли практически не изменяется. Именно поэтому при

столкновении комара с дождевой каплей в воздухе насекомое не погибает.

На сегодняшний день не существует практически никаких результатов исследования особенностей

биомеханики применительно к полету насекомых в дождь. Ученые рассчитывают, что проведенные наблюдения могут положить начало более внимательному изучению подобной темы. Исследования в этом

направлении могут стать чрезвычайно полезными, поскольку в будущем станет возможно говорить о создании миниатюрных летательных аппаратов.

19

20

21

Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдение, то его состояние

описывается суперпозицией(смешением) двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра,

следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то

экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот

мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».

Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно

конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые

указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мёртвым, либо

остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого.

Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния,

промежуточного между жизнью и смертью), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно

должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся.

Оригинальная статья вышла в 1935 году. Целью статьи было обсуждение ЭПР парадокса,

опубликованного Эйнштейном, Подольским и Розеном ранее в том же году. Статьи ЭПР и Шредингера

обозначили странную природу «квантовой запутанности», характерной для квантовых состояний,

являющихся суперпозицией состояний двух систем (например, двух субатомных частиц).

В копенгагенской интерпретации система перестаёт быть смешением состояний и выбирает одно из них в тот

момент, когда происходит наблюдение. Эксперимент с котом показывает, что в этой интерпретации природа

этого самого наблюдения — измерения — определена недостаточно. Некоторые полагают, что опыт говорит

о том, что до тех пор, пока ящик закрыт, система находится в обоих состояниях одновременно, в

суперпозиции состояний «распавшееся ядро, мёртвый кот» и «нераспавшееся ядро, живой кот», а когда ящик

открывают, то только тогда происходит коллапс волновой функции до одного из вариантов. Другие

догадываются, что «наблюдение» происходит, когда частица из ядра попадает в детектор; однако (и это

ключевой момент мысленного эксперимента) в копенгагенской интерпретации нет чёткого правила, которое

говорит, когда это происходит, и потому эта интерпретация неполна до тех пор, пока такое правило в неё не

введено, или не сказано, как его можно ввести. Точное правило таково: случайность появляется в том месте,

где в первый раз используется классическое приближение.

Таким образом, мы можем опираться на следующий подход: в макроскопических системах мы не наблюдаем

квантовых явлений (кроме явления сверхтекучести

, что нечто является «макроскопическим»

вообще, про кота точно известно, что он является макроскопическим объектом. Таким образом,

копенгагенская интерпретация не считает, что до открытия ящика кот находится в состоянии смешения

живого и мёртвого.

В многомировой интерпретации квантовой механики, которая не считает процесс измерения чем-то

особенным, оба состояния кота существуют, но декогерируют. Когда наблюдатель открывает ящик,

он запутывается с котом и от этого образуются два соответствующие живому и мёртвому коту состояния

наблюдателя, которые не взаимодействуют друг с другом. Тот же механизм квантовой декогеренции важен и

для совместных историй. В этой интерпретации только «мёртвый кот» или «живой кот» могут быть в

совместной истории.

Другими словами, когда ящик открывается, Вселенная расщепляется на две разные вселенные, в одной из

которых наблюдатель смотрит на ящик с мёртвым котом, а в другой — наблюдатель смотрит на живого кота.

Космолог Макс Тегмарк предложил вариацию опыта с котом Шрёдингера под названием «машина

для квантового самоубийства». Он рассматривает эксперимент с котом с точки зрения самого кота и

22

утверждает, что таким образом можно экспериментально различить копенгагенскую и многомировую

интерпретации. Другая вариация эксперимента — это опыт с другом Вигнера.

Физик Стивен Хокинг однажды воскликнул: «Когда я слышу про кота Шрёдингера, моя рука тянется за

ружьём!» Он перефразировал известное высказывание, принадлежащее одному из героев пьесы

«Шлагетер» Ганса Йоста: «Wenn ich 'Kultur' höre, entsichere ich meinen Browning!» («Когда я слышу слово

„культура“, то снимаю с предохранителя свой браунинг!»)

Фактически Хокинг и многие другие физики придерживаются мнения, что «Копенгагенская школа»

интерпретации квантовой механики подчёркивает роль наблюдателя безосновательно. Окончательного

единства среди физиков по этому вопросу всё ещё не достигнуто.

Распараллеливание миров в каждый момент времени соответствует подлинному недетерминированному

автомату в отличие от вероятностного, когда на каждом шаге выбирается один из возможных путей в

зависимости от их вероятности.

Вышеописанное применяется на практике: в квантовых вычислениях и в квантовой криптографии.

По волоконно-оптическому кабелю пересылается световой сигнал, находящийся в суперпозиции двух

состояний. Если злоумышленники подключатся к кабелю где-то посередине и сделают там отвод сигнала,

чтобы подслушивать передаваемую информацию, то это схлопнет волновую функцию (с точки зрения

копенгагенской интерпретации будет произведено наблюдение) и свет перейдёт в одно из состояний.

Проведя статистические пробы света на приёмном конце кабеля, можно будет обнаружить, находится ли свет

в суперпозиции состояний или над ним уже произведено наблюдение и передача в другой пункт. Это делает

возможным создание средств связи, которые исключают незаметный перехват сигнала и подслушивание.

Эксперимент (который в принципе может быть выполнен, хотя работающие системы квантовой

криптографии, способные передавать большие объёмы информации, ещё не созданы) также показывает, что

«наблюдение» в копенгагенской интерпретации не имеет отношения к сознанию наблюдателя, поскольку в

данном случае к изменению статистики на конце кабеля приводит совершенно неодушевлённое ответвление

провода.

В квантовых вычислениях состоянием Шредингеровского кота называется особое запутанное

состояние кубитов, при котором они все находятся в одинаковой суперпозиции всех нулей или единиц, то

есть:

23

24

25

Никола Тесла — физик,

инженер, изобретатель в

области электротехники и радиотехники.

Родился и вырос в Австро-Венгрии, в

последующие годы в основном работал

во Франции и США. В 1891

году получил американское гражданство.

Широко известен благодаря своему научно-

революционному вкладу в изучение

свойств электричества и магнетизма в конце

XIX — начале XX веков. Патенты и

теоретические работы Теслы дали основу для

изобретения и развития многих современных

устройств, работающих на переменном токе,

многофазных систем и электродвигателя,

позволивших совершить так называемый

второй этап промышленной революции.

Также он известен как сторонник

существования эфира: известны

многочисленные его опыты и эксперименты,

имевшие целью показать наличие эфира как

особой формы материи, поддающейся

использованию в технике.

Именем Н. Теслы названа единица измерения

плотности магнитного потока (магнитной

индукции). Среди многих наград учёного —

медали Э. Крессона, Дж. Скотта, Т. Эдисона.

Современники-биографы считали Тесла

«человеком, который изобрёл XX век» и

«святым заступником» современного

электричества. После демонстрации радио и

победы в «Войне токов» Тесла получил

повсеместное признание как выдающийся

инженер-электротехник и

изобретатель. Ранние работы Тесла

проложили путь современной

электротехнике, его открытия раннего

периода имели инновационное значение.

В США по известности Тесла мог

конкурировать с любым изобретателем или

учёным в истории или популярной культуре

Семья Тесла жила в селе Смилян в 6 км от

города Госпич, главного города исторической

провинции Лика, входившей в то время в

состав Австро-Венгерской империи. Отец —

Милутин Тесла (1819—1879), священник

Сремской епархии сербской православной

церкви, серб. Мать — Георгина (Джука)

Тесла (1822—1892), в девичестве Мандич,

была дочерью

священника. 28 июня (10 июля) 1856 года в

семье появился четвёртый ребёнок —

Никола. Всего в семье было пять детей: три

дочери — Милка, Ангелина и Марица и два

сына — Никола и его старший брат Дане.

Когда Николе было пять лет, его брат погиб,

упав с коня.

Первый класс начальной школы Никола

закончил в Смилянах. В 1862 году, вскоре

после гибели Дане, отец семейства получил

повышение сана, и семья Тесла переехала

в Госпич, где Никола завершил оставшиеся

три класса начальной школы, а затем и

трёхлетнюю нижнюю реальную гимназию,

которую закончил в 1870 году. Осенью того

же года Никола поступил в Высшее реальное

училище в городе Карловац. Он жил в доме у

своей тёти, двоюродной сестры отца, Станки

Баранович.

В июле 1873 года Никола получил аттестат

зрелости. Несмотря на наказ отца, Никола

вернулся к семье в Госпич, где была

эпидемия холеры, и тут же заразился

(правда, до конца не ясно, была ли это на

самом деле холера). Вот что рассказывал об

этом сам Тесла:

Мне с детства была предназначена стезя

священника. Эта перспектива, как чёрная

туча, висела надо мной. Получив аттестат

зрелости, я оказался на распутье. Должен ли

я ослушаться отца, проигнорировать полные

любви пожелания матери или подчиниться

судьбе? Эта мысль угнетала меня, и в

будущее я смотрел со страхом. Я глубоко

уважал своих родителей, поэтому решил

заниматься духовными науками. Именно

тогда разразилась ужасная эпидемия холеры,

которая выкосила десятую часть населения.

Вопреки не допускавшим возражений

приказам отца я помчался домой, и болезнь

подкосила меня. Позже холера привела к

водянке, проблемам с лёгкими и прочим

заболеваниям. Девять месяцев в постели,

26

почти без движения, казалось, истощили все

мои жизненные силы, и врачи отказались от

меня. Это был мучительный опыт не столько

из-за физических страданий, сколько из-за

моего огромного желания жить. Во время

одного из приступов, когда все думали, что я

умираю, в комнату стремительно вошёл мой

отец, чтобы поддержать меня такими

словами: «Ты поправишься.» Как сейчас вижу

его мертвенно-бледное лицо, когда он

пытался ободрить меня тоном,

противоречащим его заверениям. «Может

быть, — ответил я — мне и удастся

поправиться, если ты позволишь мне изучать

инженерное дело.» «Ты поступишь в лучшее

учебное заведение в Европе.» — ответил он

торжественно, и я понял, что он это сделает.

С моей души спал тяжкий груз. Но утешение

могло прийти слишком поздно, если бы меня

удивительным образом не вылечила одна

старая женщина с помощью отвара из бобов.

В этом не было силы внушения или

таинственного воздействия. Средство от

болезни было в полном смысле целебным,

героическим, если не отчаянным, но оно

возымело действие.

Выздоровевшего Теслу должны были

вскоре призвать на трёхлетнюю службу в

Австро-Венгерской армии. Родственники

сочли его недостаточно здоровым и спрятали

в горах. Назад он вернулся лишь в начале

лета 1875 года.

В том же году Никола поступил в высшее

техническое училище в Граце (в настоящее

время — Грацский технический университет),

где стал изучать электротехнику. Наблюдая

за работой машины Грамма на лекциях по

электротехнике, Тесла пришёл к мысли о

несовершенстве машин постоянного тока,

однако профессор Яков Пешль подверг его

идеи резкой критике, перед всем курсом

прочитав лекцию о неосуществимости

использования переменного

тока в электродвигателях. На третьем курсе

Тесла увлёкся азартными играми, проигрывая

большие суммы денег в карты. В своих

воспоминаниях Тесла писал, что им двигало

«не только желание развлечься, но и неудачи

в достижении намеченной цели». Выигрыши

он всегда раздавал проигравшим, за что

вскоре прослыл чудаком. В конце концов он

настолько сильно проигрался, что его матери

пришлось взять в долг у своей приятельницы.

С тех пор он никогда больше не играл в

карты.

17 (29) апреля 1879 умер отец Николы.

Тесла устроился преподавателем в реальную

гимназию в Госпиче, ту, в которой он учился.

Работа в Госпиче его не устраивала. У семьи

было мало денег, и только благодаря

финансовой помощи от двух своих дядей,

Петара и Павла Мандич, молодой Тесла смог

в январе 1880 года уехать в Прагу, где

поступил на философский

факультет Пражского университета.

Он проучился всего один семестр и был

вынужден искать работу.

До 1882 года Тесла работал инженером-

электриком в

правительственной телеграфной компании

в Будапеште, которая в то время занималась

проведением телефонных линий и

строительством центральной телефонной

станции. В феврале 1882 года Тесла

придумал, как можно было бы использовать в

электродвигателе явление, позже

получившее название вращающегося

магнитного поля.

Работа в телеграфной компании не давала

Тесле осуществить свои замыслы по

созданию электродвигателя переменного

тока. В конце 1882 года он устроился в

Континентальную

компанию Эдисона в Париже. Одной из

наиболее крупных работ компании было

сооружение электростанции для

железнодорожного вокзала в Страсбурге. В

начале 1883 года компания направила

Николу в Страсбург для решения ряда

рабочих проблем, возникших у компании при

монтаже осветительного оборудования новой

железнодорожной станции. В свободное

время Тесла работал над изготовлением

модели асинхронного электродвигателя, а в

27

1883 году демонстрировал работу двигателя

в мэрии г. Страсбурга.

К весне 1884 года работы на страсбургской

ж/д станции были закончены, и Тесла

вернулся в Париж, ожидая от компании

премии в размере 25 тыс. долларов.

Попробовав получить причитающиеся ему

премиальные, он понял, что этих денег ему

не получить и, оскорблённый, уволился.

Один из первых биографов

изобретателя Б. Н. Ржонсницкий утверждает:

«Первая мысль его была поехать

в Петербург, так как в России в те годы были

сделаны многие важные для развития

электротехники открытия и изобретения.

Имена Павла Николаевича

Яблочкова, Дмитрия Александровича

Лачинова, Владимира Николаевича

Чиколева и других были хорошо известны

электрикам всех стран, статьи их печатались

в наиболее распространенных

электротехнических журналах мира и,

несомненно, были известны и Тесле». Но в

последний момент один из администраторов

Континентальной компании, Чарлз Бечлор

уговорил Николу вместо России отправиться

в США. Бечлор написал рекомендательное

письмо Эдисону, своему другу:

«Было бы непростительной ошибкой дать

возможность уехать в Россию подобному

таланту. Вы ещё будете мне благодарны,

мистер Эдисон, за то, что я не пожалел

нескольких часов для убеждения этого

молодого человека отказаться от мысли ехать

в Петербург. Я знаю двух великих людей —

один из них вы, второй — этот молодой

человек.»

В биографиях Теслы других авторов о

желании Теслы ехать в Россию ничего не

сказано, а текст записки приводится лишь из

одного (последнего) предложения. Впервые о

записке упоминает первый крупный биограф

Теслы Джон О’Нейл. Документально

зафиксированного текста записки нет.

Современный автор, доктор философии Марк

Сейфер, полагает, что записки как таковой

могло и не существовать.

6 июля 1884 года Тесла прибыл в Нью-

Йорк. Он устроился на работу в

компанию Томаса Эдисона (Edison Machine

Works) в качестве инженера по ремонту

электродвигателей и генераторов

постоянного тока.

Эдисон довольно холодно воспринимал новые

идеи Теслы и всё более открыто высказывал

неодобрение направлению личных изысканий

изобретателя. Весной 1885 года Эдисон

пообещал Тесле 50 тыс. долларов (по тем

временам сумма, примерно эквивалентная

1 млн современных долларов), если у него

получится конструктивно улучшить

электрические машины постоянного тока,

придуманные Эдисоном. Никола активно

взялся за работу и вскоре представил 24

разновидности машины Эдисона, новый

коммутатор и регулятор, значительно

улучшающие эксплуатационные

характеристики. Одобрив все

усовершенствования, в ответ на вопрос о

вознаграждении Эдисон отказал Тесле,

заметив, что эмигрант пока плохо понимает

28

американский юмор. Оскорблённый Тесла

немедленно уволился.

Проработав всего год в компании Эдисона,

Тесла приобрёл известность в деловых

кругах. Узнав о его увольнении, группа

электротехников предложила Николе

организовать свою компанию, связанную с

вопросами электрического освещения.

Проекты Теслы по использованию

переменного тока их не воодушевили, и тогда

они изменили первоначальное предложение,

ограничившись лишь предложением

разработать проект дуговой лампы для

уличного освещения. Через год проект был

готов. Вместо денег предприниматели

предложили изобретателю часть акций

компании, созданной для эксплуатации новой

лампы. Такой вариант не устроил

изобретателя, компания же в ответ

постаралась избавиться от него, попытавшись

оклеветать и опорочить Теслу.

С осени 1886 года и до весны молодой

изобретатель вынужден был перебиваться на

подсобных работах. Он занимался рытьём

канав, «спал, где придётся, и ел, что

найдёт». В этот период он подружился с

находившимся в подобном же положении

инженером Брауном, который смог уговорить

нескольких своих знакомых оказать

небольшую финансовую поддержку Тесле. В

апреле 1887 года созданная на эти деньги

«Тесла арк лайт компани» начала заниматься

обустройством уличного освещения новыми

дуговыми лампами. Вскоре перспективность

компании была доказана большими заказами

из многих городов США. Для самого

изобретателя компания была лишь средством

к достижению заветной цели.

Под офис своей компании в Нью-Йорке Тесла

снял дом на Пятой авеню (англ. Fifth Avenue)

неподалёку от здания, занимаемого

компанией Эдисона. Между двумя

компаниями развязалась острая конкурентная

борьба, известная в Америке под названием

«Война токов» .

В июле 1888 года известный американский

промышленник Джордж Вестингауз выкупил у

Теслы более 40 патентов, заплатив в среднем

по 25 тысяч долларов за каждый. Вестингауз

также пригласил изобретателя на должность

консультанта на заводах в Питсбурге, где

разрабатывались промышленные образцы

машин переменного тока. Работа не

приносила изобретателю удовлетворения,

мешая появлению новых идей. Несмотря на

уговоры Вестингауза, через год Тесла

вернулся в свою лабораторию в Нью-Йорке.

Вскоре после возвращения из Питсбурга

Никола Тесла съездил в Европу, где

посетил Всемирную выставку 1889 года,

проходившую в Париже; навестил свою мать

и сестру Марицу.

В 1888—1895 годах Тесла занимался

исследованиями магнитных полей и высоких

частот в своей лаборатории. Эти годы были

наиболее плодотворными: он получил

множество патентов.

Руководство Американского института

электроинженеров пригласило Теслу

прочитать лекцию о своих работах. 20

мая 1892 года он выступил перед аудиторией,

включавшей выдающихся электротехников

того времени, и имел большой успех.

13 марта 1895 года в лаборатории на Пятой

авеню случился пожар. Здание сгорело до

основания, уничтожив самые последние

достижения изобретателя — механический

осциллятор, новый метод электрического

освещения, новый метод беспроводной

передачи сообщений на далёкие расстояния

и метод исследования природы

электричества. Сам Тесла заявил, что по

памяти может восстановить все свои

открытия.

Финансовую помощь изобретателю оказала

«Компания Ниагарских водопадов».

Благодаря Эдварду Адамсу у Теслы появилось

100 000 долларов на обустройство новой

лаборатории. Уже осенью исследования

возобновились по новому адресу: Хаустон-

стрит, 46. В конце 1896 года Тесла добился

29

передачи радиосигнала на расстояние 30

миль (48 км).

В мае 1899 года по приглашению местной

электрической компании Тесла переехал

в курортный городок Колорадо Спрингс

в штате Колорадо. Городок располагался на

обширном плато на высоте 2000 м.

Сильные грозы были нередки в этих местах.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал

небольшую лабораторию. Спонсором на этот

раз был владелец отеля «Уолдорф-Астория»,

выделивший на исследования 30 000

долларов. Для изучения гроз Тесла

сконструировал специальное устройство,

представляющее собой трансформатор, один

конец первичной обмотки которого

был заземлён, а второй соединялся с

металлическим шаром на выдвигающемся

вверх стержне. Ко вторичной обмотке

подключалось чувствительное

самонастраивающееся устройство,

соединённое с записывающим прибором. Это

устройство позволило Николе Тесле изучать

изменения потенциала Земли, в том числе и

эффект стоячих электромагнитных волн,

вызванный грозовыми разрядами в земной

атмосфере (через пять с лишним десятилетий

этот эффект был подробно исследован и

позднее стал известен как «Резонанс

Шумана»). Наблюдения навели изобретателя

на мысль о возможности передачи

электроэнергии без проводов на большие

расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на

исследование возможности самостоятельного

создания стоячей электромагнитной волны.

Кроме множества индукционных катушек и

прочего оборудования он спроектировал

«усиливающий передатчик». На огромное

основание трансформатора были намотаны

витки первичной обмотки. Вторичная обмотка

соединялась с 60-метровой мачтой и

заканчивалась медным шаром метрового

диаметра. При пропускании через первичную

катушку переменного напряжения в

несколько тысяч вольт во вторичной катушке

возникал ток с напряжением в несколько

миллионов вольт и частотой до 150 тысяч

герц.

При проведении эксперимента были

зафиксированы грозоподобные разряды,

исходящие от металлического шара. Длина

некоторых разрядов достигала почти 4,5

метров, а гром был слышен на расстоянии до

24 км. Первый запуск эксперимента

прервался из-за сгоревшего генератора на

электростанции в Колорадо Спрингс, который

был источником тока для первичной обмотки

«усиливающего передатчика». Тесла

вынужден был прекратить эксперименты и

самостоятельно заниматься ремонтом

вышедшего из строя генератора. Через

неделю эксперимент был продолжен.

На основании эксперимента Тесла сделал

вывод о том, что устройство позволило ему

генерировать стоячие волны, которые

сферически распространялись от

передатчика, а затем с возрастающей

интенсивностью сходились в диаметрально

противоположной точке земного шара, где-то

около островов Амстердам и Сен-Поль в

Индийском океане.

Свои заметки и наблюдения от опытов в

лаборатории в Колорадо Спрингс Никола

Тесла заносил в дневник, который позднее

был опубликован под названием «Colorado

Springs Notes, 1899—1900».

Осенью 1899 года Тесла вернулся в Нью-

Йорк.

В 60 км севернее Нью-Йорка на острове Лонг-

Айленд Никола Тесла приобрёл участок

земли, граничащий с владениями Чарльза

Вардена. Участок площадью 0,8 км²

находился на значительном удалении от

поселений. Здесь Тесла планировал

построить лабораторию и научный городок.

По его заказу архитектором В. Гроу был

разработан проект радиостанции — 47-

метровой деревянной каркасной башни с

медным полушарием наверху. Сооружение

подобной конструкции из дерева порождало

множество сложностей: из-за массивного

полушария центр тяжести здания сместился

30

вверх, лишая конструкцию устойчивости. С

трудом удалось найти строительную

компанию, взявшуюся за реализацию

проекта. Строительство башни завершилось

в 1902 году. Тесла поселился в небольшом

коттедже неподалёку.

Изготовление необходимого оборудования

затянулось, поскольку финансировавший его

промышленник Джон Пирпонт

Морган разорвал контракт после того, как

узнал, что вместо практических целей по

развитию электрического освещения Тесла

планирует заниматься

исследованиями беспроводной передачи

электричества. Узнав о прекращении

Морганом финансирования проектов

изобретателя, другие промышленники также

не захотели иметь с ним дела. Тесла

вынужден был прекратить строительство,

закрыть лабораторию и распустить штат

сотрудников. Расплачиваясь с кредиторами,

Тесла вынужден был продать земельный

участок. Башня оказалась заброшенной и

простояла до 1917 года, когда федеральные

власти заподозрили, что немецкие шпионы

используют её в своих целях. Недостроенный

проект Теслы взорвали

После 1900 года Тесла получил множество

других патентов на изобретения в различных

областях техники (электрический

счётчик, частотомер, ряд

усовершенствований в

радиоаппаратуре, паровых турбинах и пр.)

Летом 1914 года Сербия оказалась в

центре событий, повлекших начало Первой

мировой войны. Оставаясь в Америке, Тесла

принимал участие в сборе средств для

сербской армии. Тогда же он начинает

задумываться о создании супероружия:

«Придет время, когда какой-нибудь научный

гений придумает машину, способную одним

действием уничтожить одну или несколько

армий».

В 1915 году в газетах писали, что Тесла был

номинирован на Нобелевскую премию по

физике. Одновременно был заявлен и Томас

Эдисон. Изобретателям предлагалось

разделить премию на двоих. По

утверждениям некоторых источников,

взаимная неприязнь изобретателей привела к

тому, что оба отказались от неё, таким

образом отвергнув любую возможность

разделения премии. В действительности

Эдисону в 1915 не предлагали премии, хотя и

номинировали на нее, а Теслу впервые

номинировали в 1937 году.

18 мая 1917 года Тесле была вручена медаль

Эдисона, хотя сам он решительно

отказывался от её получения.

В 1917 году Тесла предложил принцип

действия устройства для

радиообнаружения подводных лодок.

В 1917—1926 годах Никола Тесла работал в

разных городах Америки. С лета 1917 до

ноября 1918 года он работал на «Пайл

Нэшнл» в Чикаго; в 1919—1922 годах был

в Милуоки с Эллисом Чалмерсом; последние

месяцы 1922 года прошли

в Бостонской«Уолтем Уотч Компани», а в

1925—1926 годах в Филадельфии Тесла

разрабатывал для «Бадд Компани»

бензиновую турбину.

31

В 1934 году в журнале Scientific

American была опубликована статья Теслы,

вызвавшая широкий резонанс в научных

кругах, в которой он подробно рассмотрел

пределы возможности получения

сверхвысоких напряжений путем зарядки

шарообразных емкостей статическим

электричеством от трущихся ремней и

высказал сомнение в том, что разряды этого

электростатического генератора смогут

помочь в исследованиях строения атомного

ядра.

Уже в преклонном возрасте Теслу сбила

легковая машина, он получил перелом рёбер.

Болезнь вызвала острое воспаление лёгких,

перешедшее в хроническую форму. Тесла

оказался прикован к постели.

В Европе началась война. Тесла глубоко

переживал за свою родину, оказавшуюся в

оккупации, неоднократно обращаясь с

горячими призывами в защиту мира ко всем

славянам (в 1943 году, уже после его

смерти, первой гвардейской

дивизии народно-освободительной армии

Югославии за проявленное мужество и

героизм было присвоено имя Николы Теслы).

1 января 1943 года Элеонора Рузвельт,

супруга президента США, выразила

пожелание навестить больного Теслу. Посол

Югославии в США Сава Косанович

(приходившийся племянником Тесле),

посетил его 5 января и договорился о

встрече. Он был последним, кто общался с

Теслой.

Тесла умер от сердечной недостаточности в

ночь с 7 на 8 января 1943 года. Тесла всегда

требовал, чтобы ему никто не мешал, на

дверях его гостиничного номера в Нью-

Йорке даже висела специальная табличка.

Тело было обнаружено горничной и

директором отеля «Нью-Йоркер» лишь спустя

2 дня после смерти. 12 января

тело кремировали, и урну с прахом

установили на Фернклиффском кладбище в

Нью-Йорке. Позже она была перенесена

в Музей Николы Теслы в Белграде.

32

Изобретения и научные работы

Переменный ток

С 1889 года Никола Тесла приступил к исследованиям токов высокой частоты и высоких

напряжений. Изобрёл первые образцы электромеханических генераторов ВЧ (в том числе

индукторного типа) и высокочастотный трансформатор (трансформатор Теслы,1891), создав тем

самым предпосылки для развития новой отрасли электротехники — техники ВЧ.

В ходе исследований токов высокой частоты Тесла уделял внимание и вопросам безопасности.

Экспериментируя на своём теле, он изучал влияние переменных токов различной частоты и силы

на человеческий организм. Многие правила, впервые разработанные Теслой, вошли в современные

основы техники безопасности при работе с ВЧ-токами. Он обнаружил, что при частоте тока свыше

700 Гц электрический ток протекает по поверхности тела, не нанося вреда тканям организма.

Электротехнические аппараты, разработанные Теслой для медицинских исследований, получили

широкое распространение в мире.

Эксперименты с высокочастотными токами большого напряжения привели изобретателя к

открытию способа очистки загрязнённых поверхностей. Аналогичное воздействие токов на кожу

показало, что таким образом возможно удалять мелкую сыпь, очищать поры и убивать микробы.

Данный метод используется в современной электротерапии.

Теория полей

12 октября 1887 года Тесла дал строгое научное описание сути явления вращающегося магнитного

поля. 1 мая 1888 года Тесла получил свои основные патенты на изобретение многофазных

электрических машин (в том числе асинхронного электродвигателя) и системы передачи

электроэнергии посредством многофазного переменного тока. С использованием двухфазной

системы, которую он считал наиболее экономичной, в США был пущен ряд промышленных

электроустановок, в том числе Ниагарская ГЭС (1895), крупнейшая в те годы

Радио

Тесла одним из первых запатентовал способ надёжного получения токов, которые могут быть

использованы в радиосвязи. Патент U.S. Patent 447 920, выданный в США 10 марта 1891 года,

описывал «Метод управления дуговыми лампами» («Method of Operating Arc-Lamps»), в

котором генератор переменного тока производил высокочастотные (по меркам того времени)

колебания тока порядка 10 000 Гц. Запатентованной инновацией стал метод подавления звука,

производимого дуговой лампой под воздействием переменного или пульсирующего тока, для чего

Тесла придумал использовать частоты, находящиеся за рамками восприятия человеческого слуха.

По современной классификации генератор переменного тока работал в интервале очень низких

радиочастот.

В 1891 году на публичной лекции Тесла

описал и продемонстрировал принципы

радиосвязи. В 1893 году вплотную

занялся вопросами беспроволочной связи

и изобрёл мачтовую антенну. В 1893 году

Тесла построил первый волновой

радиопередатчик, опередив Попова и

Маркони на несколько лет. В 1943 году

Верховный суд США подтвердил

первенство Теслы в этом изобретении.

33

Резонанс

В одном из научных журналов Тесла рассказывал об опытах с механическим осциллятором,

настроив который на резонансную частоту любого предмета, его можно разрушить. В статье Тесла

говорил, что он подсоединил прибор к одной из балок дома, через некоторое время дом стал

трястись, началось небольшое землетрясение. Тесла взял молоток и разбил изобретение.

Приехавшим пожарным и полицейским Тесла сказал, что это было природное землетрясение,

своим помощникам он велел молчать об этом случае.

Катушки Тесла до сих пор иногда используются именно для получения длинных искровых

разрядов, напоминающих молнию.

34

35

36

g

37

Эффект Тиндаля

Эффект Тиндаля, рассеяние Тиндаля— оптический эффект, рассеяние света при прохождении

светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося

конуса (конус Тиндаля), видимого на тёмном фоне.

Характерен для растворов коллоидных систем (например, золей, металлов, разбавленных латексов,

табачного дыма), в которых частицы и окружающая их среда различаются по показателю

преломления. На эффекте Тиндаля основан ряд оптических методов определения размеров, формы

и концентрации коллоидных частиц и макромолекул.

Эффект Тиндаля назван по имени открывшего его Джона Тиндаля.

Эффект Тиндаля на башне Си-Эн Тауэр.Торонто, Канада.

38

Солнечные лучи, проходящие сквозь туман

Кажется, что мука, растворенная в воде, имеет синий

цвет. Этот эффект объясняется тем, что синий свет

рассеян частицами муки более сильно, чем красный

свет.

39

40

41

Началось все с лягушки

Первые шаги Гальвани

Луиджи Гальвани (1737 — 1798) —

итальянский врач, анатом, физиолог и физик,

один из основателей электрофизиологии и

учения об электричестве, основоположник

экспериментальной электрофизиологии.

Предоставим слово самому синьору

профессору. В первой части "Трактата о силах

электричества при мышечном движении",

вышедшего из печати в 1791 году, он пишет:

"Я разрезал и препарировал лягушку и, имея в

виду совершенно другое, поместил ее на

столе, на котором находилась электрическая

машина при полном разобщении от

кондуктора последней и довольно большом

расстоянии от него. Когда один из моих

помощников острием скальпеля случайно

очень легко коснулся внутренних бедерных

нервов этой лягушки, то немедленно все

мышцы конечностей стали так сокращаться,

что казались впавшими в сильнейшие

тонические судороги. Другой помощник

заметил, что это удается тогда, когда из

кондуктора машины извлекается искра.

Удивленный новым явлением, он тотчас же

обратил на него мое внимание, хотя я

замышлял совсем другое и был поглощен

своими мыслями. Тогда я зажегся

невероятным усердием и страстным желанием

исследовать это явление и вынести на свет то,

что было в нем скрыто".

Обнаружив влияние электричества на

лягушачьи лапки, Гальвани предположил, что

все дело в электрических искрах. Но если

слабая искра электрической машины

заставляет лягушачью лапку вздрагивать, то

что должно произойти во время грозы, при

блеске молнии? Надо только дождаться грозы.

И когда желаемая погода наступила,

ассистенты синьора профессора тотчас же

отправились к соседнему пруду, откуда

обычно черпали материал для опытов.

Правда, злые языки утверждали, что после

показа студентам мясистые лапки частенько

шли в кастрюльку, обеспечивая не только

духовную пищу.

Так или иначе, но к началу грозы на железной

ограде балкона лаборатории висела

впечатляющая гирлянда лягушачьих лапок,

насажденных на медные проволочки. Наконец

подул ветер. Забарабанил дождь, и блеснула

первая молния. Отрезанные лапки исправно

задергались, правда, не сильнее, чем в

лаборатории, и совсем не в такт с разрядами

небесного электричества. Все же эксперимент

удовлетворил Гальвани.

Гальвани решил попробовать, как действует

на мышцу атмосферное электричество, когда

нет грозы. Он всадил в спинной мозг

препарированной лягушки медный крючок и

повесил ее на железную решетку своего

балкона. Ничего не случилось. Устав от

ожидания, Гальвани стал давить на крючок,

прижимая лягушку к решетке. К немалому

изумлению, ибо дело было при ясном небе, он

заметил, что лягушка начинала дергаться.

Тогда он решил, что атмосферное

42

электричество скопилось в лягушке, а потом

вышло из нее при соприкосновении с

металлом.

Гальвани перенес эксперименты в помещение.

Он помещал лягушачьи лапки на подставки из

различных металлов. В одних случаях

сокращения были сильнее, в других - слабее.

Он пытался экспериментировать с деревянной

дощечкой в качестве подложки, со стеклом,

смолой. Эффект не наблюдался. Казалось бы,

все подталкивало к тому, чтобы исследовать

роль разнородных металлов в обнаруженном

явлении. Но Гальвани по этому направлению

не пошел. Анатом и физиолог, он решил, что

лягушачьи лапки сами являются не чем иным,

как источником особого вида электричества,

неким подобием лейденской банки. В своем

дневнике Гальвани написал:

"Это было несколько неожиданно и заставило

меня предположить, что электричество

находится внутри животного".

Металлы же в его понимании были попросту

проводниками открытого им нового

"животного электричества".

Казалось, оставалось совсем чуть-чуть до

исполнения вековечной мечты человечества.

Для этого надо было только тщательно

исследовать "животное электричество

Гальвани", отыскать его источник в теле и

научиться заряжать этот источник, когда он

иссякает со смертью.

Утверждая, что он обнаружил именно новый

вид электричества, Гальвани приводил в

пример электрических рыб. Их способность

наносить ощутимые удары была известна с

глубокой древности.

Когда выяснилось, что электрический удар от

разряда лейденской банки такой же, как от

прикосновения к электрическому скату,

французский ботаник Марсель Адансон сделал

предположение, что и то и другое имеет

одинаковую природу.

В 1791г., когда был опубликован труд

Гальвани, сорокашестилетний профессор

университета в Павии Алессандро Вольта,

только что принятый в члены Лондонского

Королевского общества, приступил к

экспериментам с изобретенным им

электроскопом, а тридцатилетний Василий

Петров начал преподавать физику в

Измайловском кадетском училище в

Петербурге. Гэмфри Дэви исполнилось 13 лет,

Берцелиусу - 12, а Майкл Фарадей только

появился на свет. Все еще было впереди.

Вольта против Гальвани

В самый разгар триумфа гальванизма

появилась в итальянском "Физико-

медицинском журнале" статья профессора

физики Павийского университета Алессандро

Вольты.

"Я давно убедился, - писал Вольта в письме к

профессору Вассали, - что все действие

возникает первоначально вследствие

прикосновения металлов к какому-нибудь

влажному телу или к самой воде. В силу

такого соприкосновения электрический флюид

гонится в это влажное тело или в воду от

самих металлов, от одного больше, от другого

меньше (больше всего от цинка, меньше всего

от серебра). При установлении непрерывного

сообщения между соответствующими

проводниками этот флюид совершает

постоянный круговорот. И вот, если в состав

этого проводящего круга или в какую-нибудь

его часть входят в качестве соединительного

звена бедренные нервы лягушки, рассеченной

таким образом, что только по одним этим

нервам должен пройти весь или почти весь

электрический ток, или если таким звеном

является какой-нибудь другой нерв,

служивший для движения того или иного

члена тела какого-либо другого животного,

пока и поскольку такие нервы сохраняют

остаток жизнеспособности, то тогда,

управляемые такими нервами, мышцы и члены

тела начинают сокращаться, как только

замыкается цепь проводников и появляется

электрический ток; и они сокращаются

каждый раз, когда после некоторого перерыва

эта цепь снова замыкается".

Вольта обнаруживает, что еще лучше

сокращение происходит, когда проволока,

состоящая из двух разных металлов, замыкает

не мышцу и нерв, а два участка

препарированного нерва. Не значит ли это,

что вовсе не в мышце скапливается "животное

43

электричество", а сам нерв передает в мышцу

"электрический флюид". В те времена

электричество считалось некой невесомой

жидкостью - флюидом. И почему замыкающий

проводник должен состоять из двух разных

металлов? Не в них ли дело? Вольта начинает

изучать сочетания разных пар металлов и

приходит к выводу, что не мышца лягушки, а

два металла "являются в настоящем смысле

слова возбудителями электричества, между

тем как нервы играют чисто пассивную роль".

Вольтов столб

Трактат Гальвани изумил Алессандро. И

первое время, проверяя все описанные

соотечественником опыты, Вольта был вполне

на стороне болонского профессора. Однако

большой личный опыт экспериментирования

препятствовал ему полностью признать

позиции Гальвани. А тут еще как-то

подвернулась ему книжка швейцарского врача

Жан-Жака Зульцера, который писал:

"Если два куска металла, один

оловянный, другой серебряный,

соединить таким образом, чтобы оба

края их были на одной плоскости, и если

приложить их к языку, то в последнем

будет ощущаться некоторый вкус,

довольно похожий на вкус железного

купороса, в то же время каждый кусок

металла в отдельности не дает и следа

этого вкуса..."

Он заменяет лягушку своим языком и

ощущает, как он пишет "вкус электричества".

На середину языка он кладет золотую монету

или серебряную ложку, а к кончику языка

прикладывает чистую оловянную пластинку и

приводит ее в контакт с монетой или ложкой.

При этом он ощущает "такой же кисловатый

вкус, что и при приближении языка к кончику

искусственно наэлектризованного

проводника..."

После статьи в "Физико-медицинском

журнале" в 1794 г., где он утверждал, что

надо говорить не о "животном" электричестве,

а об электричестве "металлическом",

оставалось дожидаться только одного:

появления технического устройства из

металлов, генерирующего электрический ток.

Но идеи подобного устройства у Вольты в то

время не было. В самом конце 1799 г. Вольта

изготавливает источник электрического тока

из двух разнородных металлов, разделенных

влажным телом. Это был вольтов столб.

Мощность столба зависела от числа

элементов. Но при большом количестве

дисков столб становился неустойчивым, и

Вольта придумал для него специальную

ограду из четырех прутьев, не проводящих

ток, или делил столб на несколько частей.

Самым лучшим оказался "столб", который

Вольта назвал "прибором из цепи чашек".

Несколько десятков чашек, заполненных

соленой водой, объединялись металлическими

дугами, которые делались из двух металлов -

меди и цинка. Оба металла были спаяны выше

места их погружения в раствор. Один конец

дуги помещался в одну чашку, другой - в

другую, так что в средних чашках оказывались

два разных металла.

44

Какие бы конфигурации Вольта ни придавал

своему столбу, он убеждался, что два

разнородных металла, разделенные "влажным

телом", представляют собой новый источник

электричества, о котором раньше никто не

знал.

Лондонский врач Энтони Карлейлю и бывший

чиновник Ост-Индской компании, инженер и

любитель естествознания Уильям Никольсон

смастерили по описаниям Вольты столб из

семнадцати пластинок и сразу же принялись

за эксперименты. Налив каплю воды в

углубление цинковой пластинки для

осуществления лучшего контакта с

проволокой, экспериментаторы заметили, что,

когда цепь замыкалась, в воде появлялись

пузырьки. Никольсон понюхал и сказал, что

похоже на запах водорода. Он взял

стеклянную трубку, налил в нее свежей

ключевой воды и заткнул пробками, через

которые пропустил латунные проволоки.

Далее присоединил обе проволоки к

противоположным полюсам вольтова столба.

И тотчас от конца одной из проволок

побежали в воде пузырьки газа, а вторая

проволочка на глазах начала темнеть и

покрываться налетом. Непонятно, но

любопытно. Джентльмены смешали

полученный газ с равным количеством

воздуха и подожгли. Раздался взрыв...

Водород! Безусловно, водород. Ведь это один

из газов, входящих в состав воды.

Многие пробовали доказать, что

электрический ток возбуждается в результате

химических процессов в вольтовом столбе. Но

более тридцать лет потребовалось приходу в

науку Фарадея, чтобы в этот вопрос была

внесена ясность. Но к тому времени

итальянский исследователь Алессандро

Вольта уже лежал в фамильном склепе на

кладбище того же города, где и увидел свет.

Батарея Василия Петрова

Профессор Петербургской медико-

хирургической академии Василий

Владимирович Петров (1761-1834) не желал

повторять эксперименты своих иностранных

коллег с вольтовой батареей. Он решил

изучить явления, которые будет создавать

очень большой и мощный столб. Именно на

этом пути ему было суждено сделать открытие

большой важности.

Результаты исследований с вольтовым

столбом Петров описал в известной книге

"Известия о гальвани-вольтовских опытах",

вышедшей в Петербурге в ноябре 1803 г. Эта

книга, так же как и другие работы В. В.

Петрова, написана прекрасным языком. Он

писал в введении:

"сколько мне известно, доселе никто еще на

российском языке не издавал в свет и

краткого сочинения о явлениях, происходящих

от гальвани-вольтовской жидкости, то я

долгом моим поставил описать по-российски

деланные самим мной важнейшие и

любопытнейшие опыты посредством гальвани-

вольтовской батареи"

Петров внес значительные

усовершенствования в конструкцию вольтова

столба. Новый столб состоял из 4200 медных и

цинковых кружков диаметром 3,5 сантиметра.

Если бы их можно было положить друг на

друга, то высота батареи превзошла бы 12

метров. Петров заметил, что даже при

двухстах пластинках в таком столбе

электролит (он применял нашатырь, которым

пропитывал бумажные прокладки) выжимался

из бумажных дисков, находящихся в его

нижней части, и действие батареи

ослабевало. Поэтому он расположил свою

батарею горизонтально в специальном ящике

из красного дерева. Кружки были поставлены

на ребро и уложены в четыре соединенных

последовательно ряда. Внутренняя

поверхность ящика была покрыта изоляцией -

сургучным лаком. Все это делало столб

довольно мощным, долговечным и удобным

для использования. После Петрова многие

ученые стали создавать горизонтальные

45

вольтовы батареи.

По современным

оценкам батарея

Петрова давала

напряжение около

1500В.

Изучая разложение

жидкостей

электрическим

током, Петров один

из первых заметил, что материал электродов

разлагается так же, как и жидкость (он

считал, что металлические электроды, к

которым подключен "плюс" батареи,

окисляются). Исследуя влияние материала

электрода на реакцию, он отметил, что

изменение окраски жидкости у электрода

зависит от природы металла, из которого

сделан электрод. Одним из первых он

научился выделять с помощью электрического

тока металлы из растворов их солей.

Экспериментировал Петров с энтузиазмом и

был на редкость изобретателен при

разработке методики исследования. Не

забудем, что в те времена приборов было

немного, ни амперметров, ни вольтметров не

было. Качество работы батареи Петров

узнавал по своеобразному ощущению, которое

вызывал электрический ток в его пальцах,

когда он касался ими столба. Чтобы сделать

пальцы более чувствительными, он срезал с

их кончиков верхний слой кожи; тогда ему

удавалось выявить даже очень слабый ток.

В "Известиях о гальвани-вольтовских опытах"

была впервые в мире описана электрическая

дуга, появляющаяся при сближении двух

угольков, соединенных с источником тока:

"Если на стеклянную плитку будут положены

два древесных угля и если потом

металлическими изолированными

направителями, сообщенными с полюсами

огромной батареи, приближать оные один к

другому на расстояние от одной до трех линий

(линия - старая русская мера длины, равная

приблизительно 2,5 мм.), то является между

ними весьма яркий белого цвета свет или

пламя, от которого оные угли скорее или

медленнее загораются, и от которого темный

покой довольно ясно освещен быть может".

Первые гальванические элементы

Самым первым гальваническим элементом

был Вольтов столб. Потом стали появляться

другие, но все они имели серьезный

недостаток. Первые гальванические элементы

вырабатывали ток только несколько минут,

потом их приходилось отключать от нагрузки,

чтобы они "отдохнули". Тогда не могли

понять, из-за чего это происходит.

Кратковременная работа источников тока

создавала серьезные препятствия для

использования в промышленности. Поэтому

основной задачей многих экспериментаторов

стало увеличение времени работы

гальванических источников тока.

Изобретателей химических источников тока

было много, и, патентуя свое изобретение,

каждый давал ему свое имя.

Английский ученый и изобретатель Джон

Даниель опубликовал в 1836 г. сообщение о

том, что им создан стабильный медно-

цинковый элемент. В то же самое время

талантливый физик и электротехник Борис

Семенович Якоби изобрел гальванический

элемент новой конструкции. Даниель

предположил, что причиной нестабильности и

неэкономичности источника тока с

опущенными в раствор серной кислоты

цинковым и медным электродами является

выделение водорода на медном электроде, и

поместил этот электрод в раствор медного

купороса. А цинковый так и оставался в

серной кислоте. Растворы он разделил

пористой перегородкой. Якоби также отметил,

что "выделение водорода у медного электрода

не только бесполезно, но и вредно", а цинк

растворяется в кислоте, даже когда элемент

не работает. Желание избежать всех этих

неудобств привело Якоби к мысли о

применении в элементе двух электролитов: у

медного электрода - раствора сульфата меди,

у цинкового - сульфата цинка. Самое главное,

что преследовал и чего достиг Якоби, это то,

что в процессе работы батареи изменялось

только количество реагирующих веществ, но

вид реакции не менялся. Это стало основным

принципом при конструировании

гальванических элементов для практики. Оба,

Даниель и Якоби, исходили из одного и того

же, оба приняли серьезные меры к

устранению главной помехи, но Якоби

46

поступил решительнее своего английского

собрата. Новый стабильно работающий

электрохимический источник тока получил

впоследствии название элемента Даниеля-

Якоби.

При замыкании цепи элемента электрический

ток шел от цинкового электрода к медному.

Через некоторое время медный электрод

делался тяжелее, а цинковый - легче. Атом

цинка отдавал иону меди свои заряды и

переходил в раствор в виде иона, а ион меди,

получив заряды, превращался в

металлическую медь. Элемент Даниеля-Якоби

давал постоянное напряжение - почти ровно

один вольт. Поэтому он нашел широкое

применение в практике электрохимических

исследований.

Русский электрохимик А.С. Савельев,

работавший вместе с Ленцем, сказал, что это

изобретение "надобно поставить в ряду самых

важных открытий в области гальванизма".

Работа элемента Даниеля-Якоби показала, что

энергетическим источником действия

вольтова столба являются химические

процессы. Подтвердилась мысль, ранее

высказанная Риттером, Дэви, Берцелиусом,

Петровым, Фарадеем, что гальванический

процесс - это процесс химический. Но

окончательным этот вывод мог стать лишь

после того, как был открыт и утвердился в

науке закон сохранения энергии. Но у этого

химического источника были другие

недостатки. У него была пониженная

электродвижущая сила.

Гальванические элементы Лекланше и

Даниэля

Гальванические элементы Грове, Калло и

Бунзена

Грене и Флейшера и сухой элемент фирмы

"Сименс и Гальске"

47

Из множества изобретателей, самого

большого успеха достиг французский химика

Жоржа Лекланше. Он заполнил глиняную

емкость смесью из перекиси марганца и

кусочков угля из газовых реторт и вставил

туда угольную призму прямоугольной формы,

которая служила положительным электродом.

Сверху емкость заливалась варом либо смолой

и помещалась в стеклянную банку,

наполненную раствором нашатыря

(хлористого аммония), с электродом из цинка.

При работе элемента, цинк переходил в

раствор, образуя хлорид цинка, а аммоний

распадался на растворяющийся аммиак и

водород, перекись марганца окисляет

водород. Но выделение водорода зависит от

силы тока, а перекись марганца окисляет

водород медленно. Не поглощенный водород

поляризует электрод, элемент как бы устает и

ему требуется отдых. Поэтому элемент

Лекланше подходит для нагрузки с маленьким

током, то есть как раз для телеграфов и

систем сигнализации того времени, где

небольшие токи и есть перерывы в работе.

Элемент Лекланше постоянно

совершенствовался, и впоследствии

многочисленных улучшений, приобрел вид

всем знакомых батареек.

Первые аккумуляторы

Слово "аккумулятор" происходит от

латинского accumulator, что означает

"собиратель". В технике так называют

устройства, накапливающие энергию с целью

ее дальнейшего применения. При этом

аккумулятор может быть не только

электрическим. Наиболее простым видом

аккумулятора можно считать сжатую или

растянутую пружину, в которой накапливается

механическая энергия, или тяжелый маховик,

раскрученный до большого числа оборотов и

запасающий таким образом кинетическую

энергию.

В 1839 году Грове изобрел газовый вторичный

элемент, который давал ток только после

зарядки его от какого-нибудь постороннего

источника.

Газовый элемент Грове состоит из платиновых

электродов, при заряде, над одним

скапливается водород над другим кислород.

Электролитом служит серная кислота. При

разряде протекает обратная реакция

окисления водорода и восстановления

кислорода. Напряжение составляет около 1В.

Этот элемент является прототипом топливных

элементов. Но из-за неудобства пользования,

газовый элемент Грове распространения не

получил.

Рис.1. Газовый элемент Грове

Примерно в 1859-1860 годах в лаборатории

Александра Беккереля работал в качестве

ассистента Гастон Планте. Молодой человек

решил заняться улучшением вторичных

элементов, чтобы сделать их надежными

источниками тока для телеграфии. Сначала он

заменил платиновые электроды "газового

элемента" Грове свинцовыми. А после

многочисленных экспериментов и поисков

48

вообще перешел к двум тонким свинцовым

пластинкам. Он их проложил суконкой и навил

этот сэндвич на деревянную палочку, чтобы

он влезал в круглую стеклянную банку с

электролитом. Далее подключил обе пластины

к батарее. Через некоторое время вторичный

элемент зарядился и сам оказался способен

давать достаточно ощутимый постоянной ток.

При этом, если его сразу не разряжали,

способность сохранять электродвижущую силу

оставалась в нем на довольно

продолжительное время. Это было настоящее

рождение накопителя электрической энергии,

или аккумулятора.

Рис.2. Один из первых аккумуляторов

Первые электрические аккумуляторы Гастона

Планте имели небольшую емкость, то есть

запасали совсем мало электричества. Но

соединив несколько банок последовательно,

напряжение батареи можно было повысить, а

при параллельном их включении повышалась

емкость. При этом ток прибора оказывался

тем сильнее, чем большая поверхность

пластин соприкасалась с раствором

электролита.

Потом было обнаружено, что если

заряженный первоначально прибор

разрядить, затем пропустить через него ток в

обратном направлении, да еще проделать эту

операцию не один раз, то увеличивается слой

окисла на электродах и емкость вторичного

элемента возрастает. Этот процесс получил

название формовки пластин и занимал у

изобретателя Камилла Фора около трех

месяцев.

После Парижской выставки 1878 года Фору

пришла идея нового метода формовки

пластин. Он попробовал заранее покрывать их

оксидом свинца, свинцовым суриком. При

зарядке сурик на одной из пластин

превращался в перекись, а на другой

соответственно раскислялся. При этом слой

окисла приобретал очень пористое строение,

а значит, площадь его поверхности

существенно увеличивалась. Процесс

формовки проходил значительно быстрее.

Аккумуляторы Фора при том же весе запасали

значительно больше электрической энергии,

чем аккумуляторы Планте. Другими словами,

их энергоемкость была выше. Это

обстоятельство привлекло к ним большое

внимание электротехников.

Последующее совершенствование свинцово-

кислотных аккумуляторов шло по пути

улучшения их конструкции и изменения

технологии производства пластин. Несмотря

на широкое распространение, свинцовый

аккумулятор - довольно капризное детище

электротехники.

Недостатки кислотных аккумуляторов еще на

заре их развития побуждали изобретателей

искать замену свинцу. Попыток было немало.

Большинство безуспешных. Удача выпала на

долю Томаса Алвы Эдисона. После множества

экспериментов американский изобретатель

создал железо-никелевый щелочной

49

аккумулятор, который широко применяется в

наши дни. В нем отрицательный электрод

выполнен из пористого железа или кадмия с

большой рабочей поверхностью.

Положительный электрод - никелевый,

окруженный окисью трехвалентного никеля. В

качестве электролита применяется 20%-ный

раствор едкого калия или едкого натрия.

Корпус чаще всего изготавливается из стали.

Правда, электродвижущая сила щелочного

аккумулятора немного ниже, чем у

свинцового. Коэффициент полезного действия

тоже меньше (примерно в два раза). Да и

стоит щелочной аккумулятор дороже. Но он

хорошо выдерживает перегрузки,

нечувствителен к избыточному заряду и

глубокому разряду, прочен, легко переносит

перегрев и не нуждается в ремонте.

И сейчас во всех промышленно развитых

странах внимание многих научно-

исследовательских коллективов направлено

на создание новых типов аккумуляторов и

супераккумуляторов. Основная задача -

повысить энергоемкость: повысить количество

запасаемой энергии на единицу веса

аккумулятора.

50

Пластиковые FIPEL-лампы дешевле, ярче и прочнее светодиодов

Команда специалистов в области

материаловедения из университета

Уэйк Форест в Северной Каролине,

США, разработала пластиковые

лампочки, которые не бьются, не

мерцают и, как сообщают ученые,

будет работать практически вечно.

Кроме того, эти пластиковые лампы

примерно в два раза эффективнее

люминесцентных. Их КПД находится

примерно на уровне светодиодных

ламп. При этом они начисто

обыгрывают конкурентов в самом важном аспекте: цвет и качество излучаемого ими света в

данном случае "идеально сопоставимы с солнечным спектром".

Новые лампы создаются на основе технологии индуцированных полем электролюминесцентных

полимеров (field-induced polymer electroluminescent; FIPEL), но обладают при этом одной

изюминкой. Технология FIPEL довольно старая. Она предполагает прохождение электричества

через проводящий полимер под названием поливинилкарбазол. При этом изучается свет. Но

интенсивности свечения недостаточно для использования пластика в качестве лампочки. Теперь

же, полимер был дополнен углеродными нанотрубками. Это позволило ученым из университета

Уэйк Форест увеличить яркость излучаемого поливинилкарбазолом света примерно в пять раз - и

вуаля, у нас есть пластиковые лампочки.

Новое устройство состоит из трех слоев материала из полимера с нанотрубками, между которыми

расположены слои диэлектрика. Когда применяется электричество, электроны возбуждают

электролюминесцентные полимеры, и те начинают излучать свет. Легирование углеродными

нанотрубками увеличивает количество излучаемого света. Легирование является очень

распространенным явлением в области электроники, где в кремний (или другие

полупроводниковые материалы) часто добавляются примеси, чтобы изменить или усилить их

электрические свойства. Свойства кремния p- и n-типа – улучшаются путем легирования фосфором,

мышьяком, бором и галлием.

Что касается долговечности FIPEL-лампы, Кэрролл говорит, что аналогичный экспериментальный

источник света с меньшей яркостью в его кабинете проработала в течение десяти лет. Наиболее

вероятной причиной такого невероятного срока службы является тот факт, что FIPEL производит

лишь незначительное количество тепла - почти вся электрическая энергия преобразуется в свет.

Без тепла, которое непрерывно разрушает материал, полимер, вероятно, будет оставаться

стабильным в течение многих лет.

Кэрролл говорит, что пластиковые лампы являются очень дешевыми в производстве и не содержат

ртути и других токсичных веществ. Как мы уже упоминали ранее, качество света, излучаемого

FIPEL-лампой Кэрролла, также является оптимальным и практически идеально соответствует

солнечному спектру (т.е. цвет не слишком желтый или синий). Коммерческие образцы появятся в

продаже в 2013 году. О цене информации пока нет.

51

52

53

54

55

ромшл

56

57

ds

58

ku

59

fyh

60

du

61

x

62

ghrthjjyghfjht

63

grfg

64

Термоядерное оружие — тип ядерного оружия,

разрушительная сила которого основана на

использовании энергии реакции ядерного

синтеза лёгких элементов в более тяжёлые

(например, синтеза одного ядра атома гелия из

двух ядер атомов дейтерия), при которой

выделяется колоссальное количество энергии.

Схема Теллера-Улама

Имея те же поражающие факторы, что и

у ядерного оружия, термоядерное оружие имеет

намного большую возможную мощность взрыва

(теоретически, она ограничена только количеством

имеющихся в наличии компонентов). Следует

отметить, что часто упоминаемое утверждение о

том, что радиоактивное заражение от

термоядерного взрыва гораздо слабее, чем от

атомного, касается реакций синтеза, которые

используются только совместно с гораздо более

«грязными» реакциями деления. Термин «чистое

оружие», появившийся в англоязычной

литературе, к концу 1970-х годов, вышел из

употребления. На деле всё зависит от выбранного

типа реакции, используемой в том или ином

изделии. Так, включение в термоядерный заряд

элементов из урана-238 (При этом используемый в

водородной бомбе уран-238 делится под

действием быстрых нейтронов и даёт

радиоактивные осколки. Сами нейтроны

производят наведённую радиоактивность.)

позволяет намного (до пяти раз) повысить общую

мощность взрыва, но и значительно (в 5-10 раз)

увеличивает количество радиоактивных осадков.

Термоядерное взрывное устройство может быть

построено как с использованием жидкого

дейтерия, так и газообразного сжатого. Но

появление термоядерного оружия стало

возможным только благодаря разновидности

гидрида лития — дейтериду лития-6. Это

соединение тяжёлого изотопа водорода —

дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6.

Дейтерид лития-6 — твёрдое вещество, которое

позволяет хранить дейтерий (обычное состояние

которого в нормальных условиях — газ) при

плюсовых температурах, и, кроме того, второй его

компонент — литий-6 — это сырьё для получения

самого дефицитного изотопа водорода — трития.

Собственно, 6Li — единственный промышленный

источник получения трития:

В ранних термоядерных боеприпасах США

использовался также и дейтерид природного

лития, содержащего в основном изотоп лития с

массовым числом 7. Он также служит источником

трития, но для этого нейтроны, участвующие в

реакции, должны иметь энергию 10 МэВ и выше.

Термоядерная бомба, действующая по принципу

Теллера-Улама, состоит из двух ступеней: триггера

и контейнера с термоядерным горючим.

Триггер — это небольшой плутониевый ядерный

заряд с термоядерным усилением и мощностью в

несколько килотонн. Задача триггера — создать

необходимые условия для разжигания

термоядерной реакции — высокую температуру и

давление.

Контейнер с термоядерным горючим — основной

элемент бомбы. Внутри него находится

термоядерное горючее — дейтерид лития-6 — и

расположенный по оси контейнера плутониевый

стержень, играющий роль запала термоядерной

реакции. Оболочка контейнера может быть

изготовлена как из урана-238 — вещества,

расщепляющегося под воздействием быстрых

нейтронов (>0,5 МэВ), выделяющихся при реакции

синтеза, так и из свинца. Контейнер покрывается

слоем нейтронного поглотителя (соединений бора)

для защиты термоядерного топлива от

преждевременного разогрева потоками нейтронов

после взрыва триггера. Расположенные соосно

65

триггер и контейнер заливаются специальным

пластиком, проводящим излучение от триггера к

контейнеру, и помещаются в корпус бомбы,

изготовленный из стали или алюминия.

Возможен вариант, когда вторая ступень делается

не в виде цилиндра, а в виде сферы. Принцип

действия тот же, но вместо плутониевого

запального стержня используется плутониевая

полая сфера, находящаяся внутри и

перемежающаяся со слоями дейтерида лития-6.

Ядерные испытания б

,

чем у бомб, использующих цилиндрическую форму

второй ступени.

При взрыве триггера 80 % энергии выделяется в

виде мощного импульса мягкого рентгеновского

излучения, которое поглощается оболочкой второй

ступени и пластиковым наполнителем, который

превращается в высокотемпературную плазму под

большим давлением. В результате резкого нагрева

урановой (свинцовой) оболочки

происходит абляция вещества оболочки и

появляется реактивная тяга, которая вместе со

давлениями света и плазмы обжимает вторую

ступень. При этом её объём уменьшается в

несколько тысяч раз, и термоядерное топливо

нагревается до огромных температур. Однако

давление и температура ещё недостаточны для

запуска термоядерной реакции, создание

необходимых условий заканчивает плутониевый

стержень, который переходит в надкритическое

состояние — начинается ядерная реакция внутри

контейнера. Испускаемые сгорающим плутониевым

стержнем нейтроны взаимодействуют с литием-6, в

результате чего получается тритий, который

взаимодействует с дейтерием.

Если оболочка контейнера была изготовлена из

природного урана, то быстрые нейтроны,

образующиеся в результате реакции синтеза,

вызывают в ней реакции деления атомов урана-

238, добавляющие свою энергию в общую энергию

взрыва. Подобным образом создаётся

термоядерный взрыв практически неограниченной

мощности, так как за оболочкой могут

располагаться ещё другие слои дейтерида лития и

слои урана-238 (слойка).

A Боеголовка перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы.

B Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и

инициируя цепную реакцию расщепления.

C В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который

распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенополистирола.

D Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и

плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию,

выделяя огромное количество тепла.

E В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является

инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…

66

67

68