Импульсный генератор П.Л. Капицы и М.П. Костенко.

Импульсный генератор был изготовлен и с большим успехом испытан. Костенко и Капица стали соавторами предложенного ими устройства и получил 30 июня 1926г. английский патент.

Параметры необходимого генератора мастерски подобрал Костенко, получив максимально возможные для машины заданных габаритов всплески тока и соответствующие магнитные поля.

Капица ознакомил с проектом Резерфорда, который высоко оценил идею эксперимента и даже предположил возможность создания с помощью ударного генератора магнитных полей порядка 700 Тл (!), воздействовав, таким образом, на внутреннее поле атома и заставив все электроны вращаться в одной плоскости, сплющить атом.

П. Л. Капица и М. П. Костенко в качестве мощного источника решили использовать электрогенератор номинальной мощностью 2 тыс. кВт, который в режиме короткого замыкания не сгорал, как обычные генераторы, а выдавал без аварийных последствий в течение 0, 01 с мощность 50 тыс. кВт., который был построен фирмой Метрополитен Виккерс по расчетам М. П. Костенко, П. Л. Капицы и Майлса Уокера. Генератор приводился во вращение специальным электродвигателем, получавшим энергию от аккумуляторных батарей.

Большой момент инерции ротора позволял обойтись без специального маховика. Генератор давал переменный ток, что было очень существенно, поскольку большой ток короткого замыкания был нужен лишь на небольшой промежуток времени. Если бы генератор давал постоянный ток, то по прошествии 0, 01 с этот постоянный ток громадной силы должен быть выключен, а это само по себе сложнейшая проблема.

Переменный ток, как известно, два раза в течение каждого периода сам проходит через нулевое значение, и выключить генератор, когда ток проходит нулевое значение, не представляет особого труда. Нужно только строго синхронизировать момент прохождения тока через нуль с моментами включения и выключения генератора на короткое замыкание. Сделать это абсолютно точно невозможно: момент выключения может совпадать с таким временем, когда ток в обмотке еще не равен нулю. Поэтому П. Л. Капице на всякий случай пришлось сконструировать выключатель на ток 5 тыс. А (амплитуда тока 30 тыс. А), отключающий цепь за 0, 0001 с. Этот выключатель сам по себе подлинное произведение инженерного искусства. Масса ротора генератора составляла 2, 5 т, диаметр его 50 см.

Катушка под влиянием мощных сил немного разматывалась, и концы ее отрывались от тех электровводов, через которые к катушке подавался ток. Катушка за катушкой погибали вследствие второстепенного явления уже после того, как были преодолены, казалось бы, все основные трудности. Устранение мелочей заняло несколько месяцев. Наконец решение было найдено. Капица создал обмотку, которая могла дышать, т.е. автоматически расширяться. Один из контактов был сделан подвижным и сам после нескольких испытаний занимал то положение, которое ему больше нравилось.

На соленоид обрушился колоссальный ток короткого замыкания генератора. Он представлял собой катушку из медной проволоки квадратного сечения. Позже медь была заменена сплавом меди с кадмием, обладающим большей механической прочностью при несколько повышенном электросопротивлении. Когда ток генератора проходил через катушку, в ней развивались грандиозные механические усилия, достигающие нескольких десятков тонн. Чтобы эти усилия не разорвали обмотку, она снаружи скреплялась прочной стальной лентой, воспринимающей усилия.

Магнитное поле существовало в соленоиде всего 0, 01 с, и за это время все эксперименты надо было начать и закончить. Работу осложняли микроземлетрясения, происходящие при резком торможении генератора в тот момент, когда его обмотка замыкалась накоротко, которые искажали результаты измерений, несмотря на то, что генератор был установлен на массивном фундаменте, покоящемся на скальном основании на виброустойчивой подушке.

Чтобы решить эту проблему, П. Л. Капица расположил соленоид с объектом исследования в другом конце зала на расстоянии 20 м от генератора. Волна землетрясения, движущаяся со скоростью звука в данной среде, проходила 20 м за 0, 01 с и достигала соленоида уже к тому времени, когда измерения проведены.

Эддингтону шутливо заявил: " работы П. Л. Капицы и Э. Резерфорда по расщеплению атома приводят к тому, что, хотя температура в глубинах звезд, быть может, равна миллионам градусов, эти глубины являются довольно прохладным местом по сравнению с Кавендишской лабораторией, потому что температура в обмотке, которая в момент короткого замыкания очень сильно повышается, а затем постепенно выравнивается, должна превышать температуру Солнца".

П. Л. Капица писал о своих опытах Резерфорду, находившемуся в то время в Каире следующее.

" Я пишу Вам это письмо в Каир, дабы рассказать, что мы уже сумели получить поля, превышающие 270 тыс., в цилиндрическом объеме диаметром 1 см и высотой 4, 5 см. Мы не смогли пойти дальше, так как разорвалась катушка, и это произошло с оглушительным грохотом, который, несомненно, доставил бы Вам массу удовольствия, если бы Вы слышали его...

Но результатом взрыва был только шум, поскольку, кроме катушки, никакая аппаратура не претерпела разрушений. Катушка же не была усилена внешним ободом, каковой мы теперь намереваемся сделать.

...Я очень счастлив, что в общем все прошло хорошо, и отныне Вы можете с уверенностью считать, что 98 процентов денег были потрачены не впустую, и все работает исправно.

Авария явилась наиболее интересной частью эксперимента и окончательно укрепляет веру в успех, ибо теперь мы точно знаем, что происходит, когда катушка разрывается. Мы также знаем теперь, как выглядит дуга в 13 тыс. А. Очевидно, тут вообще нет ничего пагубного для аппаратуры и даже для экспериментаторов, если они держатся на достаточном расстоянии.

Со страшным нетерпением жажду увидеть Вас снова в лаборатории, чтобы в мельчайших деталях, иные из которых забавны, рассказать Вам об этой схватке с машинами". (Кембридж, 17 декабря 1925г)

В одной из своих статей П. Л. Капица указывал, что уже в то время (в 20-е годы) состояние техники позволяло сделать конденсаторные батареи, которые могли бы создать поле 200...300 Тл. Однако технические трудности оказались столь велики, что только лишь через 40 лет таким способом удалось получить поля, о которых говорил П. Л. Капица.

Планомерные исследования в магнитных полях до 32 Тл Капице удалось также провести c помощью импульсного генератора.

Поле импульсного генератора, занимавшее объем всего 2 см3, стало верхней границей уверенно получаемого магнитного поля. Вплоть до этой границы Капица совместно с другими учеными исследовал явления Зеемана и Пашена Бека, магнитосопротивление, магнитострикцию и другие эффекты.

Рекорды, поставленные П.Л. Капицей, оставались нетронутыми более 20 лет. Они были побиты лишь в 50-х годах.