|
Альманах «ЭВРИКА» Часть 5 ПРАВОЕ И ЛЕВОЕ В МИРЕ АТОМОВ
НА ПОДСТУПАХ К АБСОЛЮТНОМУ НУЛЮ
На протяжении многих лет исследователи ведут наступление на абсолютный нуль температуры. Как известно, температура, равная абсолютному нулю, характеризует основное состояние системы многих частиц — состояние с наименьшей возможной энергией, при которой атомы и молекулы совершают так называемые «нулевые» колебания. Таким образом, глубокое охлаждение, близкое к абсолютному нулю (считается, что сам абсолютный нуль на практике недостижим), открывает неограниченные возможности для изучения свойств вещества.
До начала 60-х годов нашего столетия возможность получать сверхнизкие температуры имели лишь несколько научных лабораторий во всем мире. Причем методы получения таких температур были разовыми, а мощность охлаждения очень малой. В 1962 году английские физики выдвинули новый оригинальный метод достижения сверхнизких температур — путем непрерывного растворения жидкого гели я-3 в гелии-4. Жидкий гелий в качестве «рабочего вещества» был выбран не случайно. Эта специфическая жидкость единственная из всех веществ не затвердевает при охлаждении вплоть до абсолютного нуля.
В то время в Лаборатории ядерных проблем в Дубне велись работы по созданию магнитной холодильной установки. Но, поскольку метод, предложенный англичанами, представлялся гораздо более перспективным, эти работы были прекращены и начались эксперименты по реализации нового метода. Его удалось осуществить в 1965 году.
Упрощенно принцип действия установки, созданной в Дубне, можно представить следующим образом. Две ванны (нижняя — ванна растворения и верхняя — ванна испарения) соединены между собой противоточным теплообменником. Ванна растворения заполнена жидким гелием-3, теплообменник и часть верхней ванны — слабым раствором гелия-3 в гелии-4. Легкий изотоп гелия-3, растворяясь в «нормальном» изотопе гелия-4, под действием существующего в теплообменнике небольшого перепада давления диффундирует в ванну испарения. При этом система охлаждается. Гелий-3 затем извлекается из смеси и вновь растворяется в гелии-4, то есть в установке непрерывно циркулирует одно и то же количество гелия.
Уже первый вариант установки, созданной под руководством Б. Неганова в Дубне, позволил впервые в мире получить 0,055 градуса по Кельвину — рекордно низкую температуру. Осуществление на практике нового метода стало подлинно революционным шагом в физике и технике сверхнизких темпе-оатур.
Установки, подобные созданной в Дубне, могут работать в нужном режиме практически бесконечно долго. Тем самым был устранен разовый характер прежних методов получения сверхнизких температур. Мощность охлаждения увеличилась на несколько порядков, а значит, стало возможным проведение экспериментов, считавшихся ранее недоступными. Открылись широкие перспективы для использования установок охлаждения необходимой мощности во многих лабораториях мира. Ведь такие установки могут изготавливаться промышленным способом и настолько просты в обращении, что работать на них могут и неспециалисты в области сверхнизких температур, в частности физики самых разных специальностей. Таким образом, ученые получили в свое распоряжение мощнейший инструмент исследования свойств вещества при сверхнизких температурах.
В настоящее время в секторе сверхнизких температур Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ под руководством Б. Неганова продолжается напряженный поиск, направленный на совершенствование метода растворения гелия-3 в гелии-4 и расширение его применения в физических исследованиях. Мощность установок, созданных в секторе, возросла примерно в сто раз, а предельно достижимая с их помощью температура отделена от абсолютного нуля лишь несколькими тысячными долями градуса. Высокий авторитет завоевали установки охлаждения у физиков, работающих на разных направлениях научных исследований, ведущихся в Объединенном институте.
Так, применение методики позволило создать в ОИЯИ физические приборы нового типа — «замороженные» поляризованные мишени, открывшие широкие возможности для проведения разнообразных экспериментов в области высоких энергий. Интернациональным коллективом сектора сверхнизких температур под руководством Б. Неганова создана и экспериментальная криогенная установка для научной программы, в рамках которой исследуются закономерности распада ориентированных короткоживущих радиоактивных ядер.
|
