Курчатов
Шрифт:
Но и после этого измерения давали каждый раз другую величину диэлектрической постоянной.
— Да-а, крепкий орешек, — заметил Игорь Васильевич, когда они закончили очередную серию опытов. Но вид у него был оживленный. Ему даже нравилось, что секрет сегнетовой соли не сразу раскрывался.
Как-то Курчатова вызвал к себе Иоффе.
Игорь Васильевич оторвал взгляд от схемы, молча постоял минуту-другую, вздохнул (видимо, ему жаль было прерывать ход мысли) и, уходя из лаборатории, напомнил Павлу Павловичу:
— Думайте думайте, как быть дальше...
Абрам Федорович встретил его довольный, прямо сияющий.
—
— Мне сейчас ехать некогда, — не поддаваясь веселому настроению, ответил Курчатов.
— Да вы в своем уме, друг мой? — пригрозил уже посерьезневший Абрам Федорович.
— Как-нибудь позже, а сейчас никак не могу, сами знаете, только-только прикоснулись к сегнетовым кристаллам.
— Сегнетовые кристаллы от вас не уйдут, а поехать за границу, может, и непредставится случай, — по инерции продолжал уговаривать Абрам Федорович, хотя понимал, что отказ Курчатова окончательный.
...Так и не довелось Игорю Васильевичу учиться за границей. Все ему было некогда.
Подозрения оправдываются
Среди возможных причин, вызывающих разнобой в результатах измерения диэлектрической постоянной сегнетовой соли, подозрение пало на воздушный зазор между электродами и диэлектриком. Ведь воздушный зазор неизбежно изменялся от опыта к опыту и мог по-разному влиять на результат. Экспериментаторы решили применить жидкий электрод — насыщенный раствор той же сегнетовой соли: между жидкостью и кристаллом зазора быть не могло.
И вот первая радость. С электродами из насыщенного раствора удалось получить вполне однозначные результаты. Оказалось, что абсолютное значение диэлектрической постоянной при комнатной температуре в полях с напряженностью 200 вольт на 1 сантиметр достигает 9300 единиц. Величина получилась даже значительно большая, чем у прежних исследователей (вспомним 1300 у Валашека). Но Курчатов и Кобеко по первым данным не хотели выносить окончательных суждений. Это видно из комментариев к результатам измерений в их первой работе. Авторы подчеркивают, что измерения продолжаются, полученные данные проверяются.
Продолжая исследования уже после сдачи статьи в набор, Курчатов и Кобеко окончательно убедились, что природа необычайно высокой диэлектрической постоянной сегнетовои соли не имеет ничего общего с высоковольтной поляризацией, так как установили, что ее просто не наблюдается в исследуемых кристаллах. В корректуре они сделали добавление: «У заряженного кристалла сегнетовои соли заряд распределен по всей толще диэлектрика в противоположность тому, что обнаруживалось раньше в других веществах».
Это уже была половина победы.
Опыты продолжались с большим подъемом и длились... четыре года. «В результате четырехлетней работы, — напишет впоследствии И. В. Курчатов, — удалось выработать методику измерений, свободную от тех недостатков, которые могут быть указаны у предыдущих исследователей вопроса, установить однозначность
результатов, показать, что явления поляризации сегнетовои соли не искажаются процессами образования объемных зарядов у электродов» 2 .2
То есть высоковольтной поляризацией.
...Кстати, об электродах. Уже после того как насыщенные растворы сегнетовои соли дали хорошие результаты, авторы пошли дальше. Они установили, что мешать может не только воздушный зазор между электродом и испытываемым образцом, но и то, что этот образец в ходе опыта теряет из своего состава воду. Этим и объяснялись отмеченные Валашеком старение сегнетовои соли и влияние внешней среды на электрические свойства кристаллов. Пришлось отказаться от электродов из насыщенного раствора сегнетовои соли и взять раствор графита. Вода в нем не терялась, и он не вносил заметных искажений в эксперимент.
Игорь Васильевич впоследствии говорил: «Вопрос о правильной монтировке электродов и учете возможных искажений измерений с этой стороны представляет основной вопрос при изучении сегнетоэлектриков».
Итак, сегнетоэлектрики
Понятие «сегнетоэлектрики» Курчатов первым ввел в физику. Так он назвал класс диэлектриков, обладающих такими же свойствами, что и сегнетовая соль. Что же это за свойства и чем они вызываются? Не высоковольтной поляризацией, отвечал Курчатов, а самопроизвольной. Обычно поляризация в диэлектрике возникает под воздействием электрического поля. Отрицательно заряженные частицы атомов диэлектрика (электроны), стремясь притянуться к положительному электроду, смещаются в одну сторону, положительно заряженные частицы (ядра) — в другую, образуются диполи, которые, располагаясь параллельными рядами, и создают поле самого диэлектрика.
В сегнетовой соли заряды разделены и ориентированы без воздействия внешнего поля. (Потому такая поляризация и называется самопроизвольной.) Общий же заряд кристаллов при отсутствии поля равен нулю, потому что кристаллы сегнетоэлектриков, словно фанера из ряда слоев, состоят из областей . с противоположными направлениями поляризации. Уже в слабом электрическом поле происходит переориентировка диполей и образуется мощный электрический момент всего кристалла. Подобным же образом ведет себя железо в магнитном поле. Вне поля оно не проявляет магнитных свойств именно потому, что миниатюрные магнитики, из которых состоит монолит железа, ориентированы по-разному и взаимно гасят друг друга; при попадании же в магнитное поле железо становится мощным магнитом.
Особенно ярко и полно аналогия с железом и другими ферромагнетиками проявилась при исследовании не кристаллов, а изоморфных смесей сегнетовой соли, которые Игорь Васильевич выполнял совместно с М. А. Еремеевым и Борисом Васильевичем. В одном из опытов проверялась поляризуемость смеси при разных температурах. Начинали с нормальной комнатной температуры. После подачи напряжения на электроды поляризация в смеси происходила быстро. А вот когда резко снизили температуру, картина изменилась. Приборы показывали, что по явному диэлектрику в течение нескольких часов идет ток!..