Борьба за скорость

Напряжение в один вольт действует на ничтожно малый электрон с ничтожной силой. В пересчете же на грамм массы эта сила составляет около 2 миллионов тонн! Расстояние в один сантиметр между катодом и анодом электрон пролетает за 4 стомиллионных доли секунды. Его скорость — 600 километров в секунду. Увеличивая напряжение между катодом и анодом, можно электрон заставить двигаться еще быстрее. Так, при напряжении в 1 000 вольт скорость достигнет 18 тысяч километров в секунду. Тогда полет электрона займет всего одну миллиардную долю секунды.

Электроны в наших приборах соперничают в скорости со светом.

Физика учит, что при больших скоростях, сравнимых со световой, действуют особые законы. Масса начинает расти с увеличением скорости. И действительно, электрон разогнанный до скорости, скажем, 50 тысяч километров в секунду, весит уже несколько больше, чем весил он до начала движения — примерно на 2 процента.

Ученые получают и еще большие скорости электронов. Поток быстрых мельчайших частичек, разгоняемых электрическими силами, стал в руках человека мощным орудием для бомбардировки атомного ядра, орудием для изучения атомного мира.

В ускорителях заряженных частиц удается приблизиться к скорости света. Именно в них получена скорость, которая почти равна световой, — меньше ее всего лишь на три сотых доли процента. Это самая большая скорость, которую человек получил искусственно на Земле.

Чтобы заставить электроны нестись вдогонку за светом, их разгоняют, пользуясь электрическими и магнитными силами. Электрон, подхлестываемый ими, сотни тысяч раз проносится по своей круговой орбите в своеобразной электромагнитной «карусели». За ничтожное время он успевает пробежать по кругу путь в тысячу с лишним километров. С каждым новым оборотом набирает электрон скорость, которая к концу разгона и получается столь чудовищно большой.

А большая скорость — это большая энергия. Получившие огромную энергию, частицы, как снаряды какой-то сверхмощной артиллерии, вторгаются в недра атома. Эти «возмутители спокойствия» выбивают из его ядра отдельные частицы. Ядро одного элемента превращается в ядро другого. Один элемент превращается в другой.

Еще сравнительно недавно 92-м элементом заканчивалась таблица Менделеева. Сейчас в ней 100 элементов. Искусственно получены новые, неизвестные нам раньше элементы.

Познание атомных превращений, управление ими — вот что дают сверхбыстрые машины, где работают потоки заряженных частиц.

Из глубины Вселенной приходят на Землю космические лучи. Они врываются в земную атмосферу, сокрушая частички воздуха на своем пути, выбивая из них электроны, а иногда даже разрушая ядра атомов. Целую лавину сложнейших превращений в атомах и молекулах вызывают космические частицы.

Лауреат Сталинской премии профессор Я. П. Терлецкий высказал и обосновал предположение, что во Вселенной есть «космические циклотроны» — звезды, которые, вращаясь, создают магнитную карусель. Так космические частицы разгоняются чудовищными электромагнитными силами до огромных скоростей, запасаются энергией для далеких путешествий, для атаки атомных миров.

Мы думаем сейчас о том, чтобы на Земле получить искусственные космические лучи, чтобы еще глубже проникнуть в тайны микромира, в самую неприступную крепость природы — атомное ядро.

Электроны, разогнанные электрическими силами, летят с космической скоростью в межзвездной пустоте, созданной и заключенной нами в электронном приборе, — маленьком «кусочке Вселенной», искусственной космической лаборатории на Земле.

Что же будет, если на пути лавины электронов, несущихся с космической скоростью, встанет препятствие? К чему приведет удар электрона — маленького сверхбыстрого снаряда из атомного мира?

Оказывается, энергия движения внезапно заторможенного электрона переходит в энергию излучения. Возникают невидимые глазом, но проникающие глубоко в недра вещества, лучи. Они, в свою очередь, способны проникнуть далеко в глубь микромира.

Бетатрон — ускоритель заряженных частиц.

Но даже если электроны и не обладают космическими сверхскоростями, а летят с «небольшой» скоростью в тысячи километров в секунду, — при ударе их о препятствие также рождаются невидимые лучи.

Эти невидимые — рентгеновские — лучи позволяют заглянуть в невидимое.

Последние достижения рентгенотехники открыли перед нами новые, необыкновенные возможности.

Нетрудно сделать рентгеновский снимок с неподвижного предмета. Лучи Рентгена действуют на специальную пленку, как и обычные световые лучи на фотопластинку. Они по-разному проходят через разные предметы, и пленка темнеет по-разному в разных местах. На рентгеновском снимке можно поэтому отчетливо увидеть кости скелета человека, монеты в кошельке, трещину или раковину в слитке металла, старое изображение под слоем новой краски на картине.

Но как сделать рентгеновский снимок с предметов, которые движутся с огромными скоростями? Как заглянуть внутрь детали работающей быстроходной машины? Ведь при этом, как и при высокоскоростных процессах, иной, чем обычно, счет времени — не секунда, а милли- и микросекунда, тысячная или даже миллионная доля секунды — такова там мера времени.

За время выдержки, которая нужна при съемке и исчисляется обычно секундами или минутами, успевает совершиться очень многое. В «обычном» мире момента, мгновения достаточно, чтобы заснять быстрое движение, а в мире сверхвысоких скоростей этого сделать нельзя.

«Моментальной фотографии» не может быть там, где «момент» — большое время.

Советские ученые сумели создать «моментальную» фотографию для процессов сверхвысоких скоростей.

Вместо того чтобы пропускать через рентгеновскую трубку поток электронов длительное время, его пропускают лишь миллионные доли секунды. Этой вспышки, «импульса» в трубке достаточно, чтобы лучи прошли через предмет, достигли пленки и дали на ней изображение. Время выдержки сокращается примерно в 2 миллиарда раз!

Разработали специальные «импульсные» рентгеновские трубки, с помощью которых на рентгенограммах можно увидеть то, что ускользало от нашего глаза до сих пор.

Как вырываются, пороховые газы из дула винтовки, когда пуля подходит к его концу? Как изменяется форма пули в полете? Как проникает бронебойная пуля в броню? Как происходит взрыв бомбы? Как сильно при мгновенной большой нагрузке растягивается металл?

Можно увидеть, что делается в частях быстро вращающейся турбины, центрифуги, сверхскоростного электромотора и воздушного компрессора.