30/У111.23 г. Я затеваю еще новые опыты по весьма смелой схеме2. Вчера вечером я был у Резерфорда, обсуждал часть воп­росов, остался обедать, много беседовали на разные темы. Он был очень мил и заинтересовался этими опытами. Пробыл я у

него часов пять. Он дал мне свой портрет. Я его пересниму и по­шлю тебе».

Для определения магнитного момента а-частицы Капице ну­жны были очень сильные магнитные поля. Обычно поля получа­ли с помощью электромагнитов, и рекордом была напряженность

• Дискуссионный кружок молодых физиков—«Клуб Капицы», куда вхо­дили Кокрофт, Олифант, Блэккет, Дирак и многие другие кембриджцы.

2 Речь идет о начале знаменитых опытов П. Л. Капицы по созданию силь­ных магнитных полей.

50' 103 Эо. Стремясь получить более сильное поле, французский физик Коттон построил электромагнит массой в 100 т, сумев увеличить напряженность поля всего на 25% (стоил же такой электромагнит несколько миллионов золотых франков). Таким образом, путь увеличения размеров электромагнитов для получе­ния более сильных магнитных полей был несостоятелен. Причи­на его заключалась в явлении магнитного насыщения железа.

Капица пошел по другому пути. Он решил использовать со­леноид—катушку без сердечника. Но, чтобы создать сильное поле внутри соленоида, по нему надо пропустить большой ток, что приводит к нагреву обмотки и ее сгоранию. Конечно, обмот­ку можно охлаждать, например, жидким воздухом (t= -190°С), как предложил Ж. Перрен. Но, по расчетам, для получения поля в 100-103 Э на охлаждение соленоида потребовалось бы 90 т жидкого воздуха в час. Это технически было неосуществимо.

Петр Леонидович выдвигает совершенно новую, оригиналь­ную идею—отказаться от магнитных полей, существующих дли­тельное время, а использовать импульсные (кратковременные) поля огромной силы. Первый соленоид Капицы выдерживал мощ­ность в несколько десятков тысяч киловатт в течение сотой доли секунды, нагреваясь при этом до

100 °С. В качестве источника тока использовался аккумулятор небольшой емкости. При корот­ком замыкании сила тока в катушке достигала 7.103 А, что да­вало возможность получить поле в 100-103 Э. В дальнейшем вместо аккумулятора стал использоваться мощный генератор, построенный по проекту Капицы и М. Костенко английской фирмой Метрополитен-Виккерс. Ротор генератора имел массу 2,5 т и мог вращаться со скоростью 1500 об/мин. Генератор ус­пешно выдержал испытания и превзошел расчетные данные. Те­перь встала задача — создать автоматический замыкатель и размыкатель. «Эта часть оказалась очень трудной, и я сплошь проработал над ней три месяца. Она делается аэроплановой фабрикой, так как по конструкции очень похожа на клеточный распределительный механизм быстроходного аэропланового дви­гателя»,—писал Капица в июле 1925 г. М. Костенко.

С помощью этой установки П. Л. Капица получил поля напря­женностью в 300-103 Э, а при продолжении этих опытов в Моск­ве — 500-103 Э, т. е. в 10 раз больше рекорда, полученного с помощью электромагнитов. Кроме того, использование кратко­временных полей хотя и потребовало более быстродействующей аппаратуры, позволяло избавиться от влияния ряда мешающих явлений. Сейчас этот метод является основным в области физики элементарных' частиц, время жизни многих из которых не пре­вышает 10-6С.

Следует отметить, что П. Капица в 1925 г. положил начало технической революции в области физики. И установка Капицы, и принцип ее действия производили сильное впечатление на уче­ных Кембриджа и его гостей. Вот как об этом писал Н. Винер:

«В Кембридже все же была одна дорогостоящая лаборатория, оборудованная по последнему слову техники. Я имею в виду ла­бораторию русского физика Капицы . Капица был пионером в создании лабораторий-заводов с мощным оборудованием».

Научившись получать сильные магнитные поля, Капица при­ступил к исследованию в них свойств металлов. Вскоре им было открыто явление линейного возрастания сопротивления метал­лов с ростом напряженности поля (линейный закон Капицы). Теоретически закон был объяснен лишь в 60-е годы.

За 10 лет (1924—1933) Петр Леонидович опубликовал более 20 работ, связанных с исследованием металлов в сильных маг­нитных полях. В 1924 г. он становится помощником директора Кавендишской лаборатории по магнитным исследованиям. В 1930 и 1933 гг. Капица принимает участие вместе с большой Кавендишской группой, возглавляемой Резерфордом, в Сольве-евских конгрессах в Брюсселе. Конгресс 1930 г. был посвящен магнитным свойствам вещества. Капица и Коттон выступали с докладами. Оба доклада вызвали большой интерес.

Изучая свойства металлов в сильных магнитных полях, Ка­пица приходит к заключению, что многие явления, в особенности гальваномагнитные, наиболее интересны при низких температу­рах. Чтобыих создать, надо было заняться получением газов в жидком состоянии и строить соответствующую аппаратуру.

В 1908 г. голландский физик Камерлинг-Оннес после много­численных опытов сумел получить в жидком состоянии самый трудный в этом плане газ — гелий. (За эти работы в 1913 г. Ка­мерлинг-Оннес стал Нобелевским лауреатом.) Однако даже в 1929 г. техника получения жидкого водорода была освоена сла­бо. «Первое, с чего я начал,— писал Капица,— это постройка водородного ожижителя». Первая установка Капицы давала 7 л жидкого водорода в час; пусковое время—20 мин. Это было очень хорошо. Но в связи с тем, что водород взрывоопасен, Петр Леонидович решил отказаться от него и предложил новый метод получения жидкого гелия: гелий будет охлаждаться за счет совер­шения им работы в адиабатном процессе (тепло к системе не подводится, а работу она совершает за счет убыли своей внут­ренней энергии и, следовательно, охлаждается). Сначала Капи­ца предполагал применить для этой цели турбину. Но турбина выгодна тогда, когда через нее проходит значительная масса га­за. Оказалось, что производительность ее, если учесть размеры существующих турбин, должна быть несколько тысяч литров жид­кого гелия в час. Чтобы получить 1—2 л в час, как это было не­обходимо для лабораторного эксперимента, турбина должна бы­ла иметь 1—2 см в диаметре.

Поэтому было решено использовать поршневую машину. Но здесь встала очень трудная задача—найти материал для смаз­ки работающей при столь низких температурах (до 10 К, или —263°С) машины. Эта задача была решена гениально просто: смазкой будет служить сам газообразный гелий, так как между поршнем и стенкой цилиндра был оставлен зазор 0,035мм. Но чтобы через этот зазор не могло уходить много гелия, когда ци­линдр будетим наполнен при высоком давлении, необходимо процесс расширения производить очень быстро. Расчеты пока­зали, что такую скорость осуществить можно. Другая трудность состояла в подборе материала: ведь при температуре жидкого гелия все материалы становятся хрупкими. Поиски нужного ма­териала вскоре увенчались успехом: аустенитовая сталь сохра­няет свою пластичность даже при самых низких температурах. В 1934 г. в Кембридже П. Капица создает свой первый ожижи­тель гелия — поршневой детандер—производительностью 1,7 л жидкого гелия в час.