30. Микрофотография свечения карборунда.
Оглавление базы знаний о О. В. Лосеве
ГЛАВА IX
СВЕТЯЩИЙСЯ КРИСТАЛЛ КАРБОРУНДА.
Загадка таинственных свойств контакта в детекторах не давала Лосеву покоя. Не имея возможности решить ее теоретически, он пытался разобраться в ней, повышая разнообразие и точность экспериментов. Он надеялся, что более строгий анализ условий опыта подскажет ему новый путь.
Проверяя свою гипотезу микроскопической дуги, Лосев решил выяснить, не появляется ли при генерировании колебаний в точке контакта свечения. Ведь это могло бы значительно подкрепить его гипотезу. Обычно всякий газовый разряд сопровождается свечением, а яркость его в электрической дуге особенно велика. Действительно, он увидел в точке контакта острия с полупрозрачным кристаллом карборунда слабое зеленоватое свечение уже при небольшой силе тока через контакт, всего 0,4 мА. Однако «у цинкита во время генерирования даже сильных колебаний абсолютно никакого свечения наблюдать не удавалось». В первых опытах как будто наблюдалось, что и у цинкита появляется слабое свечение малинового оттенка при увеличении силы тока до 9 мА, при котором уже кончается падающий участок характеристики и колебания прекращаются, но это был результат нагревания до каления - контакт при этом начинал спекаться. Зато у детекторов из карборунда при такой силе тока обнаружилось очень яркое свечение. Поэтому более тщательному исследованию подвергся детектирующий (но не генерирующий) карборундовый детектор. Поскольку свечение карборунда Лосев впервые обнаружил при постоянном токе, при (+) у карборунда и (-) у стальной проволоки, и ток, его вызвавший, был противоположен току детектирования, необходимо было проверить: появится ли свечение при обратном направлении тока? При совпадении направления тока питания с током детектирования оказалось, что при перемене знаков полюсов (то есть при (-) у карборунда и (+) у стальной проволоки) сила тока, как и следовало, значительно увеличилась, а свечение карборунда пропало.
Следовательно, - заключает Лосев, - можно предполагать, что детектирование (односторонняя проводимость) «является зависимым именно от этого свечения, тем более, что свечение можно отчетливо наблюдать в микроскоп, начиная с тока 0,1 мА (и выше, конечно)».
Наблюдавшееся свечение резко отличалось от привычного свечения тел, нагретых (накаленных) проходящим по ним электрическим током. В микроскопе отчетливо было видно, что металлический электрод (острие) при свечении карборунда не был накален ( казался совсем черным). При перемене же направления тока через детектор и постепенном увеличении его силы зеленоватое свечение пропадало, в то время как электрод можно было накалить докрасна.
Свечение детектора, видное в микроскопе, Олегу удалось сфотографировать с увеличением в 109 раз. После внимательного изучения ряда микрофотографий свечения он решает, что «они как будто указывают на микроскопический электронный+) разряд, получающийся параллельно контакту». Но окончательный вывод о характере свечения сделать было еще нельзя: недоставало опытных фактов.
+) Лосев ошибочно написал «электронный»; следовало бы написать «газовый». Впрочем, в то время общепринятая ныне терминология еще не была разработана так подробно, как в настоящее время.
На одной из микрофотографий Лосев подсчитал поперечную площадь свечения (учитывая увеличение микроскопа). Принимая видимый поперечный размер за диаметр, он нашел, что площадь свечения равна 700 квадратных микронов. Но карборундовый контакт хотя и светится, но почти не генерирует, «несмотря на возникающий в нем электронный разряд» (Рис. 30).
30. Микрофотография свечения карборунда.
Лосев пытался наблюдать под микроскопом свечение у контакта с цинкитом во время генерации колебаний. Но цинкитный кристалл непрозрачен, а неровности на его поверхности мешали наблюдать свечение. При слабом токе порядка 0,5 мА, цинкитный контакт генерирует, но свечения невооруженным глазом при этом не наблюдается. Тем не менее, под микроскопом Лосеву все же удается увидеть какое-то свечение, но лишь при токах через детекторы больше чем 5 мА, при которых генерация еще продолжалась. Более того, при токах больших 5 мА у выбранного им для изучения кристалла падающий участок кривой почти заканчивался, а генерация появлялась исключительно при возникновении свечения. Это свечение генерирующего цинкита было крайне слабым, а площадь светящейся поверхности была весьма малой, во много раз меньше чем у карборунда. Поэтому невооруженным глазом без микроскопа и не удавалось сначала его наблюдать.
На основании этих опытов Лосев приходит к заключению, что «генерация цинкитного детектора вовсе не обусловлена видимой, хотя и исключительно маломощной электрической дугой; вероятнее, что тут получался (если говорить об электронных разрядах) совершенно своеобразный электронный разряд, не имеющий накаленных электродов». Какие процессы в кристаллах могут обуславливать появление свечения? Какой опыт необходимо поставить, чтобы получить подобное свечение у различных кристаллов? Не может ли оно появиться при других условиях, а не только при прохождении тока по детектору?
Известно было, что многие кристаллы светятся в темноте вследствие фосфоресценции - отдачи световой энергии, которую они запасают при освещении, но это явление никак не может быть связано с электрическим током, протекающим через детектор. Известно было и явление катодолюминесценции - свечения некоторых веществ, помещенных в пустотные трубки, при бомбардировке их потоком электронов.
Свечение в детекторе, открытое Лосевым, напоминало катодолюминесценцию. Он пробует сравнить свечение детекторов при прохождении по ним тока со свечением под действием ударов электронов. Такое сравнение Олег считает тем более возможным, что открытое им свечение детекторов происходит только тогда, когда катодом (источником электронов) служит металлический электрод. На кристалл должны попадать при этом быстрые электроны из металла, – не они ли вызывают свечение?
В специально изготовленную пустотную трубку (Рис. 31) Олег поместил свои кристаллы: карборунд, цинкит и железный блеск, по два экземпляра, отличных друг от друга. Кристаллы он укрепил на аноде трубки против катода и соединил трубку с источником высокого напряжения, вмазывавшего с катода интенсивный поток электронов.
31. Трубка для исследования катодолюминесценции детектирующих и генерирующих кристаллов.
Оказалось, что во время бомбардировки электронами из всех кристаллов светится только карборунд своим характерным зеленовато-желтоватым цветом.
Спектр свечения карборунда в пустотной трубке казалось возможным сравнить со спектром свечения, полученным при пропускании тока в контакте с острием. Они казались на первый взгляд одинаковыми. Кристаллы цинкита в пустотной трубке тоже как будто светились едва заметно, «что находится опять-таки в согласии с яркостью свечения цинкитного контакта».
Однако эти примитивные опыты не позволили еще сделать обоснованного вывода о природе явлений в точке контакта, ибо условия в пустотной трубке весьма сильно отличаются от условий, в которых находится детектирующий и генерирующий контакт - скорости электронов слишком различны. Однако способность карборундового и цинкитного детекторов светиться примерно одинаково под действием различных факторов представляла безусловный интерес. Она являлась отличительной способностью этих веществ, и можно было попытаться найти связь между этими свойствами и их способностью детектировать и генерировать колебания.
Лосев начал новую серию экспериментов, преследовавших цель «выяснения сущности процессов, происходящих в контакте карборундового светящегося детектора, а также параллельное исследование других детекторов». Необходимо было испытать, как на свечение карборундового детектора влияют физические условия.
Он полагал, что «некоторые указания не природу карборундового свечения могут дать наблюдения свечения в сильном магнитном поле». Мысль об электрической дуге в контакте все еще руководила им в этих экспериментах. Он вспоминал, как сильно влияло магнитное поле на режим горения в поющей дуге, - вспоминал, как меняется в магнитном поле движение электронов.
С помощью электромагнитов он осуществил магнитные поля большой напряженности (10.000–15.000 эрстед), направленные как поперек, так и вдоль контактных проволочек. Все части детектора для этих опытов были изготовлены из материалов не ферромагнитных. Однако, наблюдая свечение под микроскопом, Лосев не смог обнаружить «никаких изменений в свечении при включении и выключении магнитного поля».
Он решил проверить влияние на свечение карборундового контакта действия лучей света как видимых, так и ультрафиолетовых. Изменений в свечении детектора под действием внешнего источника света также наблюдать не удалось. Тем не менее, он обратил внимание, что сила тока, проходящего через детектор, под действием сильного освещения точки контакта изменяется на первый взгляд совершенно незакономерно. Изменение тока через детектор становилось весьма ощутимым и под влиянием рентгеновских лучей. Особенно сильное изменение тока через детектор вызывало проскакивание искры в трансформаторе высокого напряжения, питавшем рентгеновскую трубку. Действие рентгеновских лучей на детектор и на прохождение через него тока Олег исследовал, помещая на пути лучей различные экраны. Экранирование плотными заслонами заметно изменяло величину тока, проходящего через детектор. Так был установлен фотоэффект в детектирующей точке от рентгеновских лучей - новое явление, еще не изученное никем раньше.
Свои первые опыты со светящимся детектором и с действием на него света Лосев описал в техническом отчете Нижегородской Радиолаборатории за 1926 год. Вначале Лосев думал, что действие рентгеновской трубки на величину тока через детектор «было просто электростатическое», что детектор «принимал» ее электрическое поле; он не допускал даже возможности непосредственного действия на него видимого и невидимого света. Если это так, то воздействие электрического поля должно зависеть от природы той среды, в которой оно создается.
Как же влияет среда, окружающая светящийся детектор? Произойдут ли изменения в свечении, если детектор поместить в другую среду? И действительно, Олег установил, что при переносе светящегося детектора из воздуха в бензин «в свечении происходят иногда заметные изменения».
Наблюдая свечение в микроскоп, он сделал зарисовки его (Рис. 32); площадь светящейся поверхности при погружении в бензин несколько уменьшилась. После высыхания бензина свечение детектора принимало первоначальные размеры и яркость.
32. Свечение карборунда, наблюдаемое в микроскоп при погружении в бензин.
Допуская возможность при погружении в бензин механического смещения контактной проволочки по поверхности кристалла, он смотрит в микроскоп на место контакта, однако никакого смещения контактной проволочки ему наблюдать не удалось.
Возникновению свечения должно сопутствовать истечение электронов и возникающая под их содействием «ионизация воздуха, окружающего свечение». Олег вспомнил свои старые опыты, поставленные в первые дни работы в Радиолаборатории на его первом сообщении «О скорости разряда электроскопа». Однако теперь грубый качественный прибор, каким является демонстрационный электро скоп, он заменил хорошим электрометром, имеющим огромное сопротивление и практически не потребляющим тока.
Он установил вблизи светящегося детектора электрометр и короткую тонкую проволоку (для уменьшения емкости), приблизительно на расстояние 1-го, 2-х миллиметров от светящейся точки (Рис.33). Электрометр он предварительно заряжал как положительно, так и отрицательно. Если бы около проволочки происходила ионизация воздуха, то время разряда электрометра должно было бы измениться.
33. Исследование ионизации воздуха при возникновении свечения карборунда.
Уменьшение отклонения электрометра с 30 до 20 делений при стекании заряда происходило в различных опытах в течение времени от 8-ми до 12 минут. Различие в длительности стекания заряда электрометра при светящемся и при выключенном детекторе не превышало 15-20 секунд (2-3%).
Такое ничтожное изменение длительности стекания заряда электрометра на 2-3% не позволило сделать вывод о появлении заметной ионизации воздуха.
Этим же методом Лосев качественно изучил отрицательную и положительную эмиссию зарядов из различных минералов в вакууме при высокой температуре, «чтобы судить об электронных процессах, происходящих снаружи контакта детектора». Он исследовал графит, цинкит, карборунд, оловянный камень и проволочки из стали и из никелина и сравнивал между собой их эмиссию по потере заряда электрометра. Пытался сравнить, как мы сказали бы в настоящее время, их термоэлектронную эмиссию.
Вообще заметное испускание электронов в вакууме и ионизацию воздуха Лосев мог наблюдать лишь при температурах, значительно более высоких, чем температуры контакта при обычной работе детекторов. Следовательно, они не могли служить для объяснения ни явления детектирования, ни генерирования, ни нового явления – свечения.
Надо полагать, что процессы, происходящие в «контакте весьма своеобразны (микроскопические размеры, громадный градиент потенциала)» - пишет Лосев.
Образование падающей характеристики у генерирующего кристалла Лосев раньше пытался объяснить по аналогии с разрядом в дуге; теперь он мог указать и другое объяснение. Эксперименты ясно показали, что нагревание контакта током уменьшало сопротивление детектора. И действительно, некоторые его опыты подтвердили даже возможность получить падающую характеристику при увеличении тока через контакт.
Попытки разобраться в сложном комплексе явлений в контакте детектора всегда приводили Лосева к мысли о недостаточности его научной подготовки. Его не удовлетворяли уже полученные практические результаты, и он мечтал вернуться вновь к этим загадочным явлениям, вооружившись более солидными знаниями.
Хотя практические успехи в работе позволяли ему с честью занимать должность инженера, но чем дальше шло время, тем чаще чувствовалась недостаточность теоретических знаний, и он решил, что получить законченное образование необходимо. Беседы с друзьями и радиоспециалистами не могли восполнить недостаток знания систематического курса современной высшей математики.
Будучи уже известным радистом, имя которого часто упоминалось в отечественных и иностранных журналах, Лосев в 1924 году поступил в Нижегородский университет.
Продолжая работать в лаборатории, Лосев вечерами слушает лекции, решает задачи по математике и физике и лишь изредка, после лекций, посвящает поздние вечера слушанию радиопередач.
Между тем бившая ключом научная мысль в коллективе лаборатории уже выдвигала новые увлекательные задачи.