Борис Фомин - Радиоэлектроника в нашей жизни

Для наблюдения за ходом различных физических процессов, а также для работы астрономов необходимы приборы, точно отсчитывающие время. Сейчас с помощью радиоэлектронных часов, в которых используются некоторые свойства кварцевых пластинок, удается измерять время с погрешностью, не превышающей одной десятитысячной доли секунды. За 32 года подобные «кварцевые часы» «отстают» или «уходят» не больше чем на одну секунду [8] О том, как устроены такие часы, рассказывается подробнее в книжке «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: А. Ф. Плонский, Пьезоэлектричество. .

Несколько лет ведутся работы и по созданию так называемых «атомных часов». В этих часах используется явление, открытое радиоспектроскопией: при прохождении электромагнитных волн через газ поглощение радиоволн происходит на строго определенной частоте. Ни изменение температуры, ни другие воздействия не могут «сбить» эти часы. За 300 лет такие часы могут уйти вперед или отстать не более чем на одну секунду!

Радиоэлектронные приборы позволили физикам измерять ничтожные изменения линейных размеров тел. Для этой цели были созданы радиомикрометры. Одна из основных деталей радиомикрометра — конденсатор колебательного контура. Его емкость, как емкость любого конденсатора, зависит от расстояния между пластинами. А от емкости, как мы уже говорили, в свою очередь, зависит частота колебательного контура. Если одну из пластин соединить с предметом, длина которого изменяется, а другую закрепить неподвижно, то по отклонению частоты контура можно судить об изменении длины.

С помощью радиомикрометра, способного реагировать на ничтожно малые изменения размеров тел, изучают явления нагревания, намагничения и другие процессы. Современные электронные микрометры могут обнаруживать смещения в одну миллиардную долю миллиметра!

Для целого ряда физических исследований очень важно производить регулирование температуры с большой точностью. А для этого нужны точные измерители температуры. Электронные схемы измерения и регулирования температуры позволяют поддерживать ее постоянство с точностью свыше одной тысячной доли градуса.

Огромную помощь оказывают электронные приборы ученым, изучающим условия работы различных машин и механизмов. Здесь важно знать, какие механические усилия испытывают те или иные детали или узлы. Чтобы измерять усилия, к деталям и узлам пристраивают чувствительные устройства — «датчики», которые под действием механических усилий вырабатывают электрические сигналы. Чем большее усилие испытывает датчик, тем большей силы импульсы вырабатывает он. Импульсы от датчиков усиливаются ламповыми усилителями и подаются на стрелочные приборы.

Развитие радиоэлектронной техники явилось базой для создания приборов, использующих не радиоволны, а неслышимые звуки — ультразвуки [9] Ультразвуками называют неслышимые звуки с частотами выше 16 000 — 20 000 колебаний в секунду. . В этих приборах радиоэлектронные схемы применяются для создания ультразвуковых волн.

В настоящее время с помощью ультразвуков определяют глубины морей, очищают и полируют поверхности металлических изделий, ускоряют химические реакции, затачивают резцы из сверхтвердых сплавов, режут листы металла и стекла и даже стирают белье. Большое значение имеют ультразвуковые дефектоскопы, впервые разработанные советским ученым С. Я. Соколовым. С помощью этих приборов можно в массивных металлических изделиях обнаружить мельчайшие дефекты: трещины, раковины, посторонние тела [10] Об ультразвуках см. брошюру «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: проф. Б. Б. Кудрявцев, Неслышимые звуки. .

Наиболее ценен вклад радиоэлектроники в ядерную физику — науку, изучающую строение атомного ядра. Для исследований в этой области были созданы мощные физические установки — ускорители элементарных частиц (электронов, протонов и др.). При помощи ускорителей ученые осуществляют «стрельбу» по ядрам атомов различных веществ. Это позволяет расщеплять атомы, выделять огромную энергию, получать новые вещества.

Современный ускоритель — сложнейшее радиоэлектронное устройство [11] Подробнее об этих приборах рассказывается в брошюрах «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: К. Б. Заборенко, Радиоактивность и В. А. Лешковцев, Атомная энергия. . Это — огромное сооружение, весящее десятки тысяч тонн. Ускорение элементарных частиц осуществляется в большой вакуумной камере, расположенной между полюсами гигантского электромагнита. На специальные электроды от генератора подается ускоряющее переменное напряжение. Оно, как и магнитное поле электромагнита, воздействует на частицу — «подталкивает» ее, увеличивает ее скорость. Благодаря этому двойному воздействию элементарная частица начинает двигаться по спирали и, разгоняясь, постепенно удаляется от центра вращения. Наступает момент, когда электромагнит уже не в состоянии удерживать частицу, и она устремляется наружу и поражает «цель».

Сейчас в различных странах используется несколько типов ускорителей элементарных частиц. Самыми мощными из них являются синхрофазотроны. В них изменяется не только частота переменного напряжения, подаваемого на электроды, но и величина магнитного поля. Это позволяет получить частицы с энергией в миллиарды электронвольт [12] Электронвольт — единица измерения энергии электронов. Если между катодом и анодом приложено напряжение 250 вольт, то каждый электрон в этом электрическом поле может приобрести энергию в 250 электронвольт. .

Крупнейшие установки для ускорения частиц высоких энергий открывают необозримые горизонты для развития ядерной физики. Самая мощная ускорительная установка — синхрофазотрон — построена в Советском Союзе. В этой установке за 3,3 секунды частицы делают внутри камеры четыре с половиной миллиона оборотов и проходят при этом путь в миллион километров, двигаясь почти со скоростью света. На синхрофазотроне удалось придать частицам энергию в 10 миллиардов электронвольт!

Управление работой всех составных частей современных ускорителей осуществляется автоматически при помощи сложных электронных приборов.

Без применения новейших достижений радиоэлектроники трудно себе представить возможность получения атомной энергии и использования ее для нужд человечества.

Электрической энергией можно воздействовать на живую ткань, замедлять или ускорять интенсивность тех или иных процессов, происходящих в организме.

На рис. 13 показан снимок с экрана сложного электронного прибора — катодного осциллографа, предназначенного для исследования различных электрических процессов.