Александр Фомин - 100 знаменитых ученых

Свои работы в Кавендишской лаборатории Капица начал 22 июля этого же года. Срок стажировки молодого ученого был определен в один год. Кавендишская лаборатория была центром изучения радиоактивности и строения атомного ядра, и неудивительно, что свои исследования молодой ученый начал именно в этой области физики.

Капица начал исследовать отклонение испускаемых радиоактивными ядрами альфа– и бета-частиц в магнитном поле. Результаты экспериментов дали возможность молодому физику создать высокомощные электромагниты. Кроме того, Капице удалось построить точный прибор и провести измерения потери энергии альфа-частицей в конце ее пробега.

Для создания больших магнитных полей Капица предложил новый метод преодоления перегрева катушек. Советский ученый создавал кратковременное магнитное поле, пропуская короткий импульс большого тока через катушки. В таком случае катушка не успевала нагреться. Используя аккумуляторную батарею с малыми емкостью и внутренним сопротивлением, ученый получил рекордные магнитные поля, в 6–7 раз превосходящие существующие. Кратковременный разряд не приводил ни к перегреву, ни к механическому разрушению прибора, поскольку он продолжался всего 0,01 секунды.

Оригинальные работы Капицы произвели большое впечатление на Резерфорда. Он предложил Петру Леонидовичу остаться в Кембридже и продолжить исследования. В октябре 1922 года Петр Леонидович получает на эти исследования стипендию департамента научных и промышленных исследований Англии. А уже 17 октября 1922 года состоялось первое заседание физического семинара в Кембридже, получившего в дальнейшем название «Клуб Капицы».

Молодой физик быстро стал в Кембридже «своим» и пользовался авторитетом у коллег. Первым из ученых Капица поместил камеру Вильсона в сильное магнитное поле с целью наблюдения за процессом искривления траекторий альфа-частиц. В середине июня 1923 года он успешно защитил свою диссертационную работу «Прохождение альфа-частиц через вещество и методы получения магнитных полей» ив 1923 году был удостоен степени доктора философии Кембриджского университета. После этого он получил престижную трехлетнюю стипендию им. Джеймса Клерка Максвелла.

Еще во время прежних исследований работы Капица сделал вывод о том, что мощные магнитные поля можно использовать для новых открытий. Он решил сконструировать специальный мотор-генератор, кинетическая энергия ротора которого должна была бы создавать магнитное поле. Идея Капицы понравилась Резерфорду, и он выделил для ее реализации денежные средства, а главное, специальное помещение для установки.

В 1924–1925 годах Капица занимался этим проектом. Ротор весом в 2,4 тонны был изготовлен фирмой «Метрополитен-Виккерс» в Манчестере. Капица часто бывал в Манчестере, где проводил тестирование самого мотора. В результате раскрутки ротор замыкался на катушку и выделял мощность 220 МВт. После изготовления и установки мотора-генератора в Кавендишской лаборатории Капица начал свои лабораторные исследования. При десятисекундном импульсе ему удалось получить магнитное поле напряженностью 320 кЭ. Кроме того, Капица разработал новые методы измерений различных физических параметров в импульсных полях.

В январе 1925 года Резерфорд назначил Капицу своим заместителем по магнитным исследованиям, а 12 октября 1925 года Петр Леонидович стал членом Тринити-колледжа.

Цикл работ по исследованию сверхсильных магнитных полей Капица окончил работами по наблюдению траекторий альфа-частиц. При использовании импульсных полей ученый получил результаты, которые не отличались от его первых исследований.

В ту пору Капицу заинтересовали исследования эффекта Зеемана, но времени на эти работы не было, и ученый возобновил их только в Москве через 10 лет.

Эрнесту Резерфорду нравились работы и оригинальный стиль Капицы. После непродолжительных споров ему удалось убедить Лондонское королевское общество выделить часть денег, завещанных известным химиком Людвигом Мондом, на строительство новой лаборатории.

И хотя официальное открытие лаборатории состоялось только в 1933 году, Капица намного ранее начал проводить в ней исследования. Что интересно, ключ от лаборатории был сделан в форме золотого крокодила, что явно намекало на Резерфорда.

Среди достижений Капицы в то время можно выделить исследование магнитострикции пара– и диамагнитных веществ в сильных магнитных полях, открытие аномально большой магнитострикции монокристаллов висмута, изучение гальваномагнитных свойств металлов в сильных полях.

После серии опытов по конструированию приборов для измерения температурных эффектов, связанных с влиянием сильных магнитных полей на свойства вещества, Капица решил исследовать область физики низких температур. Эти работы на долгое время определили научную деятельность великого ученого.

В то время наиболее низкие температуры получали с помощью жидкого гелия. В Кавендишской лаборатории уже были проведены работы по охлаждению азота. Капицу же заинтересовало ожижение водорода и гелия. Еще до открытия Мондовской лаборатории Петр Леонидович совместно с Кокрофтом сконструировал оригинальный ожижитель водорода. Новая лаборатория давала широкие возможности для углубления исследований.

Ученый начал работу над созданием установки, в которой охлаждение гелия проводилось бы не с помощью метода, базирующегося на основе известного эффекта Джоуля – Томсона, а с помощью внешней работы при адиабатическом расширении газа в специальном детандере – поршневой машине. Гениальный метод, придуманный Капицей, был намного выгоднее всех известных тогда методов, поскольку процедура не требовала предварительного охлаждения жидким водородом. В качестве смазки между поршнем и цилиндром ученый решил использовать газообразный гелий. Кроме того, Капица поскольку всевозможные проблемы, связанные с перекашиванием поршня.

Наконец, в 1934 году первая модель ожижителя была готова. Однако Капице не удалось стать первым исследователем в Англии, получившим жидкий гелий. Ученые из Оксфорда объявили раньше о первом ожижении газа.

Правда, установка Капицы имела ряд преимуществ. Во-первых, она была способна производить 2 л жидкого гелия в час, тогда как установке конкурентов для получения небольшого его количества с примесями требовалось несколько дней. Во-вторых, после того как в апреле 1934 года установка была запущена, жидкий гелий был перелит в дьюар, что позволило ученому заявить, что он первым получил жидкий гелий, который можно было увидеть.

Поистине революционная работа Капицы принесла ряд дивидендов и Кавендишской лаборатории. Она стала одним из криогенных центров мировой физики. На основе ожижителя Капицы американский ученый Коллинз построил первую промышленную установку, в результате чего жидкий гелий стал широко доступным. Кроме того, установка Капицы стала прародителем практически всех современных ожижителей и сделала революцию в области физики жидких температур.