100 знаменитых изобретений

Практически все современные мощные ускорительные установки основаны на так называемом принципе автофазировки (автоматической устойчивости фазы частицы), открытом в 1944–1945 гг. почти одновременно советским ученым В. Векслером в американским ученым Э. Макмилланом. Он позволил существенно увеличить энергию ускоренных частиц.

Принцип автофазировки лег в основу конструирования циклических резонансных ускорителей с переменной частотой – фазотронов и синхрофазотронов.

В фазотроне частицы двигаются от источника (газового разряда), находящегося в центре, по спирали к периферии вакуумной камеры. Магнитное поле в нем постоянно, а частота ускоряющегося электрического поля меняется. Изменение частоты ускоряющего поля осуществляется с помощью конденсатора переменной емкости.

В синхрофазотрон частицы (протоны) вводятся извне из ускорителя меньшей энергии. В синхрофазотроне изменяется и величина магнитного поля, и частота ускоряющего электрического поля. Частицы в нем двигаются по круговой траектории. Постоянство радиуса орбиты позволяет уменьшить ширину кольца магнита, что значительно удешевляет установку. Из всех современных ускорителей синхрофазотроны позволяют получить самые высокие энергии частиц.

И фазотрон, и синхрофазотрон являются резонансными ускорителями, поскольку движение частиц в них происходит в резонанс (синхронно) с изменением ускоряющего поля.

В 1955 г. исследования, проведенные на синхрофазотроне, установленном в Калифорнийском университете, привели к открытию новой элементарной частицы атомного ядра – антипротона (отрицательно заряженный протон). Здесь же в следующем году был обнаружен антинейтрон.

В 1967 г. вступил в строй синхрофазотрон Института физики высоких энергий под Серпуховом. Диаметр его ускорительного кольца достигал 500 м, максимальная энергия заряженных частиц достигала 76 гигаэлектрон-вольт (ГэВ).

В 1972 г. в Батавии (США) был построен ускоритель с диаметром установки 2000 м и энергией частиц 500 ГэВ.

Пучки заряженных частиц, испускаемых ускорителями, используются не только в физике, но и в химии, биофизике, геофизике. В металлургии они применяются для выявления дефектов деталей, в деревообрабатывающей промышленности – для быстрой высококачественной обработки изделий, в пищевой промышленности – для стерилизации продуктов, в медицине – для лучевой терапии и бескровной хирургии.

Фотография

Фотография была изобретена в первой половине XIX в. Ее появление – прямое следствие успехов физики и химии. Сущность фотографического процесса сводится к тому, что с предмета или группы предметов в особом приборе, называемом фотографической камерой, получают оптическое изображение на светочувствительном материале.

Людям давно был известен способ копирования изображений, получаемых в ящике специального устройства. Этот способ состоял в следующем: если в одной из стенок темной комнаты или коробки проделать небольшое отверстие и расположить перед ним (вне комнаты или коробки) освещенный предмет, то на противоположной стене образуется опрокинутое отображение этого предмета. Это явление стало широко использоваться в практике с XVI в., когда неаполитанский физик Д. Порта сконструировал усовершенствованную камеру-обскура и для получения более ясного изображения вставил в находящееся в передней стенке камеры отверстие двояковыпуклое («зажигательное») стекло. Этот принцип до настоящего времени служит основой для всех фотографических аппаратов, как бы ни было сложно их устройство.

Когда было получено высокое качество световых изображений, встала новая задача: постараться удержать эти изображения. Здесь на помощь пришло химическое действие солнца, т. е. способность солнечных лучей изменять цвет некоторых веществ. Основываясь на этом свойстве, изобретатели и ученые скоро пришли к мысли, что если покрыть матовое стекло камеры-обскура каким-нибудь светочувствительным веществом, то можно как бы отпечатать световое изображение. В XVIII в. химики располагали уже довольно большим запасом таких светочувствительных веществ.

В 1727 г. немецкий врач Шульце установил светочувствительность солей серебра. Он первый поставил опыты воспроизведения контуров под действием света на пластинке, покрытой азотнокислой солью серебра. В 1802 г. английские ученые Т. Веджвуд и Г. Деви открыли светочувствительность бумаги, пропитанной солями серебра. Веджвуд сумел получить изображение на слое нитрата серебра AgNO₃, но не сумел его закрепить.

Все это подготовило дальнейшие успехи в области фотографии. В 1811 г. француз Ж.-Н. Ньепс занялся поисками способа закрепления изображения, полученного камерой-обскура.