Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления

Капица Петр Леонидович

Что касается металлов, то их гальваномагнитные свойства, несмотря на ряд попыток их объяснить, так и оставались без объяснения в продолжение почти 30 лет, пока это не удалось сделать И. М. Лифшицу в его замечательных работах. Конечно, это стало возможным благодаря более глубокому пониманию квантовых процессов в металлах, приведшему к понятию о Ферми-распределении скоростей электронов и других квантовых явлений.

Вообще моим работам по гальваномагнитным явлениям в сильных магнитных полях сильно не везло, так как они часто прерывались по непредвиденным

обстоятельствам. В 1934 г. они были прерваны в связи с тем, что я не смог более продолжать свои работы в Кембридже. Когда установка с мощным генератором для получения сильных магнитных полей благодаря любезности Резерфорда была перевезена в Москву и тут восстановлена, мои работы вскоре были прерваны эвакуацией, связанной с войной. После окончания войны и возвращения в Москву, только я начал работать, как был вынужден покинуть институт на 7 лет, и лишь в 1954 г. я смог в него вернуться. За эти годы мои интересы переместились в область электроники и плазмы. Хотя работы в области магнетизма и продолжались в нашем институте, но я сам уже не возобновлял своего участия в них.

Вторым основным направлением в исследованиях магнитных явлений вещества было понижение температуры. Тут, конечно, наиболее интересные результаты были получены после того, как был ожижен гелий и достигнуты температуры вблизи абсолютного нуля. Это, как известно, было сделано в 1908 г. Камерлинг-Оннесом в Лейдене. Когда я начал работы в Кембридже в 20-х годах, Лейден был единственным местом, где ожижали гелий, и тогда только начались работы Макленнона в Торонто и Мейснера в Шарлоттенбурге. Насколько я помню, тогда в Лейдене ожижали не более 2—3 литров гелия в неделю, но и с этим количеством делали исключительно интересные опыты; была открыта сверхпроводимость и еще ряд других интересных явлений. Я думаю, что в области изучения свойств вещества при низких температурах за последнее столетие из всех научных центров Лейденскую лабораторию нужно считать наиболее значительной. Пожалуй, не будет преувеличением сказать, что все крупные открытия в области магнетизма при низких температурах, кроме Мейснер-эффекта, были сделаны в Лейдене.

Вызывает удивление, как в небольшой стране, в одном университетском центре последовательно появлялись такие крупнейшие физики-экспериментаторы, как Ван-дер-Ваальс, Камерлинг-Оннес, де Хааз, Кеезом, а также крупнейшие физики-теоретики, какими были Лоренц, Эренфест. Ведущий уровень научных исследований в области магнетизма сохраняется в Лейдене и по сегодняшний день работами профессора Гортера, который принимает участие в нашей конференции, и его сотрудников, Какие же основные направления исследований имеют место теперь? Я вкратце их перечислю.

Импульсный метод в области сильных магнитных полей пока дает для них рекордные значения. Но пользоваться этим методом стало много проще, так как сейчас источником мощности служат изготовляемые во множестве промышленностью конденсаторы большой емкости. Вопрос прочности катушек теперь решается тоже проще: их делают без особого армирования, но используя тот факт, что давление от магнитного поля имеет характер импульса, и его сейчас стали компенсировать возникающими в обмотке катушки при ее деформации вязкостными силами. На практике это связано с необходимостью значительно сократить продолжительность импульса, которая сейчас лежит вблизи 1/1000 секунды. Обычно после каждого опыта катушка несколько деформируется и поэтому годится для ограниченного числа опытов. Но все же, даже таким путем, в объеме нескольких кубических сантиметров достигнутая величина поля по-прежнему не больше 500 кэ.

Были достигнуты магнитные поля значительно большей величины путем адиабатического сжатия магнитного потока, образованного в проводящем цилиндре. Это сжатие осуществлялось производимым

снаружи цилиндра взрывом. По-видимому, таким путем удавалось получать поля свыше мегаэрстеда. Но надо еще суметь использовать это поле для эксперимента, который должен быть осуществлен как бы внутри бомбы во время ее взрыва. Как мне известно, это пока не удалось, и трудно себе представить, осуществимо ли это вообще.

Получать сильные магнитные поля, используя свехпроводники второго рода, сейчас оказывается весьма полезным для ряда экспериментов, где нужно стабильное однородное поле, — тут сверхпроводящий соленоид дает большие преимущества. Но несмотря на то, что существуют сплавы, в которых сверхпроводимость не разрушается даже при очень сильных полях, предел для величины поля по-прежнему будет обусловлен прочностью обмотки сверхпроводящей катушки. По-видимому, осуществить более прочную конструкцию катушки из сверхпроводников по техническим причинам труднее, чем обычную прочную конструкцию из меди. Поэтому в сверхпроводящих соленоидах вряд ли удастся получить поля значительно большие, чем в охлажденной водой катушке, т. е. около 200 кэ.

Что касается области низких температур, то сейчас с увеличением числа областей исследований, где используется жидкий гелий, его стали применять в большом количестве; так, у нас в институте дневное потребление жидкого гелия доходит до 350 литров. Это, конечно, вызвано широким применением сверхпроводящих соленоидов. Большой прогресс в получении наиболее низких температур достигнут благодаря использованию гелия-3 и его смеси с гели-ем-4. Наиболее распространенный сейчас метод предложен Лондоном и осуществлен Негановым. Предельные температуры, которые достигаются при охлаждении вещества таким путем, близки к 1/1000° К. Очень похоже, что это близко к практическому пределу, так как существует температурный скачок, который при этих температурах почти прекращает теплопередачу. Это явление более 30 лет тому назад было обнаружено мною и меня часто упрекают, что я ответствен за то, что оно сильно мешает понижать температуру!

Теперь в магнитных исследованиях все острее ставится вопрос о необходимости изучения особо чистых веществ и особо совершенных кристаллов. Прогресс в этой области связан с развитием радиоактивационного метода анализа, который дает возможность обнаруживать и контролировать примеси до 10-6%, даже если они относятся к легким элементам. По-видимому, в ближайшем будущем возникнет необходимость изучения изотопно однородных веществ. Для этого должен быть развит более широкий метод разделения изотопов.

Все перечисленные направления появились уже в годы моей молодости, но за последние годы возникли новые. Наиболее важные из них связаны с открытием в 1944 г. Е. К. Завойским парамагнитного резонанса. Оно было сделано молодым тогда ученым, работавшим совершенно самостоятельно в Казанском университете. Мне хорошо помнится, что, когда он сообщил в Москве результаты своих исследований, это вызвало недоверие. Но за несколько дней он воспроизвел свои опыты в нашем институте, и для всех не осталось сомнений, что было сделано крупнейшее открытие. После открытия Завойского изучение резонансных явлений в высокочастотных полях распространилось на ряд областей.

Оказалось, что в любом веществе, где есть элементарные магнитные моменты, будь то атомы, будь то ларморовские орбиты, будь то спины электронов или ядер атомов, — под воздействием магнитного поля происходят изменения собственных частот колебаний магнитных моментов, которые изучаются путем резонанса. Эти частоты лежат обычно в области от радио- до микроволн. Этот диапазон волн имеет сейчас большое практическое значение в радио, телевидении, радиолокации, что дает возможность для исследований магнитных моментов использовать накопленный технический опыт.