Кванты и музы

Ирисова, женщина увлекающаяся, темпераментная, дала себе слово не отступать перед задачей, никем ещё не решённой. Она мечтала: если удастся заменить все существующие электропровода сверхпроводящими, произойдёт переворот в энергетике!

Видя моё недоумение, пояснила:

Дело в том, что сверхпроводники проводят электрический ток без всяких потерь на нагревание. Мы ведь знаем, что передача электроэнергии по проводам имеет существенный недостаток — огромные потери из-за нагрева проводов. При транспортировке электроэнергии на большие расстояния потери составляют, увы, большой процент. Можно только мечтать об устранении нагрева проводов — это будет просто революция, экономия огромная. Но обычные металлические провода греются, и энергетики ничего не могут с этим поделать. Но вот, представим себе, провода сделаны не из обычных материалов, а из сверхпроводящих — они ведь не греются и не рассеивают драгоценную энергию в воздух…

Да, это была бы революция в энергетике, — не могу не согласиться с Ирисовой. — Так в чём же дело? Почему не начать замену обычных проводов на сверхпроводящие? В чём загвоздка?

А в том, — вздыхает Наталья Александровна, — что все эти чудеса со сверхпроводниками происходят только при очень низких температурах, чуть ли не вблизи абсолютного нуля. При нормальной же температуре ничего подобного не наблюдается!

Замечательные свойства сверхпроводников, оказывается, можно наблюдать только в лабораториях. Для этого созданы специальные криогенные установки. Такие установки — плод большого труда, они дороги, громоздки. Их можно применять и для промышленных нужд, но, согласитесь, упрятать в них высоковольтные линии электропередачи, которые опоясывают весь земной шар, задача фантастическая, невыполнимая!

— Как же вы думаете поступить?

Выход в другом. Надо разгадать механизм сверхпроводимости, а затем попытаться воспроизвести нечто подобное при нормальных температурах. Изучить, покорить сверхпроводники — вот о чём необходимо думать сегодня. Своими экспериментами мы хотим внести дополнительную ясность в поведение этих веществ. Связать микроэффекты с макросвойствами. Узнать, какие механизмы ответственны за необыкновенные свойства вещества.

А при чём здесь субмиллиметры? — решаюсь вернуть наш разговор к тематике лаборатории.

Эти вещества особенно чётко проявляют свой характер в этом необычном диапазоне. Атомы сверхпроводников и сегнетоэлектриков откликаются только на волны короче миллиметра. Слышали, как отзывается струна скрипки на зов другой, настроенной в резонанс? Вот мы и хотим вступить в резонансные отношения с этими веществами, облучая их субмиллиметровыми волнами и надеясь получить их спектры. А уж по спектрам изучать особенности строения атомов и молекул. Эти особенности, как видно, ответственны за поведение веществ.

В 60-х годах, когда начались эти исследования, бурно развивались лазеры. А эксперименты Ирисовой и её сотрудников не только не работали на лазеры, но вообще не обещали быстрого успеха. Несколько первых лет требовалось только для создания измерительной аппаратуры. Напомню — её просто не существовало. Ещё несколь ко лет — выработка методики измерений. Надо было исследовать и измерять, изучать десятки различных веществ, чтобы отработать и приборы, и методы их использования. Набирали, как говорится, статистику — изучали тефлоны, кварцы, резину, пористые вещества. Это был второй этап исследования.

— Вначале было очень трудно, — вспоминает Ирисова, — родился сын, я разрывалась между домом и институтом, работа шла туго, и не было человека, который не спрашивал бы: почему Ирисова возится с субмиллиметрами?

Прошло некоторое время, и всё пошло по-другому. Ирисова и её молодой сотрудник Виноградов сделали первый измерительный прибор субмиллиметрового диапазона. На вид — удивительно несерьёзный прибор. Он не похож ни на радиотехнический — с лампами, транзисторами, конденсаторами. Ни на оптический — с линзами, призмами, зеркалами. Основной элемент его — рамки с сеточками из тончайших металлических проволочек. Они столь тонки, что рамки, на которых натянуты, кажутся пустыми.

— Это очень цепкие сети для волн длиною в десятые и сотые доли миллиметра, — смеётся Ирисова, видя, с каким скепсисом я верчу в руках это дамское рукоделие.

— На что же годно это радиотехническое решето? — рискуя обидеть Ирисову, спрашиваю я.

— При помощи комбинаций таких сеточек можно измерить длину, мощность волн, которые никаким иным образом не определяются. Можно разделить эти волны на пучки, отражать их, создавать для них резонаторы.

Казалось бы, изящная лабораторная работа — и всё, работа, имеющая право на существование, но… заслуживает ли она внимания серьёзного исследователя?

Сеточки, похожие на приспособление для вышивания, оказались необычайно оригинальной находкой, новым словом в измерительной технике субмиллиметровых волн. Они стали основой очень нужного прибора — спектроскопа, параметры которого существенно превосходят характерис тики всех известных отечественных и зарубежных спектроскопов. Уже несколько лет как этот прибор передан в производство, и наша промышленность выпускает его серийно. На прибор получен десяток заграничных патентов. Не удивительно, что эта оригинальная работа удостоена одной из главных премий АН СССР — премии А.С. Попова.

— Но к третьему этапу работы, к основной цели — исследованию свойств сверхпроводников и сегнетоэлектриков — приступать было ещё рано, — продолжает рассказ Наталья Александровна. — Нам не хватало прибора, на экране которого можно было бы наблюдать невидимое излучение, идущее из недр исследуемого вещества. Ясно было одно: увидеть электромагнитное излучение можно только на люминесцентном экране. Поэтому мы объединили наши силы с Лабораторией люминесценции ФИАНа. Начались поиски подходящих материалов для экрана. Попробовали один — не получилось, другой, третий — опять безрезультатно. Начали усложнять материал, делать его многослойным. Все шло как в банальном детективе — я даже принесла из дому свою шелковую кофточку. Нужен был тонкий материал с хорошими теплоизоляционными свойствами. А что может быть лучше шёлка? Покрыли его аквадагом — взвесью графита в сахарном сиропе — и увидели! Правда, изображение было слабым, неясным. Попробовали слюду, лавсан. Замысел был несложен, но исполнение требовало современной технологии. И, наконец, последний вариант: на синтетическую плёнку лавсана в вакууме нанесли слой металла и сверху покрыли слоем люминофора. И эту плёнку натянули на бабушкины пяльцы…

Считаю, что ослышалась. Ирисова смеётся, — говорит то ли в шутку, то ли всерьёз:

— Идея прибора — плод чисто женской логики. Да, да! Если хотите, в этой логике моя слабость, но и сила. Мне легче думать конкретно, труднее — абстрактно. Я мыслю предметно, могу мысленно «потрогать» каждый миллиметр прибора. Впрочем, я оговорилась. Что значат старые привычки: говоря о малом, в быту говорим — миллиметр. В нашем при боре толщина каждого из слоёв «сэндвича» — доли миллиметра. Слой лавсана — три тысячные миллиметра (три микрона), металла — сто ангстрем (десятитысячных долей микрона), люминофора — опять три микрона.

Если не считать трудности изготовления такого «сэндвича» из слоёв неощутимой толщины, прибор очень прост. Но это не значит — примитивен. Поиски простого решения — одна из труднейших задач в науке, технике, да и в искусстве. Сложное решение обычно говорит о беспомощности. Простое — о том, что всё лишнее отметено. Помните, одно из определений скульптуры: камень, из которого удалено всё лишнее?

Так родился простой, но важнейший прибор. Радиовизор — назвали его учёные. И с ним сразу же произошло чудо.

Радиовизор, созданный, казалось бы, для чисто специфических целей, не имеющий ничего общего с тематикой лаборатории, вдруг стал чуть ли не самым необходимым для этой самой лаборатории. Вообще для лазерщиков.

А случилось это вот почему. Мощный лазер для резки, сварки, штамповки металла работает на волне в 10 микрон. «Нежный» диспрозиевый лазер, созданный в той же лаборатории против опасной болезни глаз — глаукомы — и нашедший применение для лечения злокачественных заболеваний кожи, имеет волну длиною 2,36 микрона. Излучение этих лазеров и почти всех других происходит как раз в том диапазоне волн, для регистрации которых и создан радиовизор. И если на экран радиовизора направить лазерный луч даже невидимого глазом инфракрасного диапазона, вскрывается вся его незримая структура. Невидимый луч становится видимым! Расходящийся он или сужающийся, сколько в нём «мод» (типов колебаний) — видно воочию. Радиовизор позволяет увидеть и распределение поля субмиллиметровых и даже миллиметровых и сантиметровых радиоволн (от 1 микрона до 10 сантиметров).