Техника - молодёжи 1958-05, страница 11

собой, взаимод йствуют с электромагнитными волнами, поглощая или отдавая энергию. Поэтому среди них есть молекулы и с малым и с большим запасом энергии. Но первых всегда больше.

Поэтому ни один из газов в обычном состоянии не способен излучать радиоволны: молекул-«приемников» в нем гораздо больше, чем молекул-«передатчиков

Ученые продолжали наступление Они стремились заставить молекулы излучать радиоволны

В начале пятидесятых годов были совершены первые прорывы в эту крепость природы.

ВЕЗ «ДЬЯВОЛА»

Многие замечательны открытия и изобретения, после того как они уже сделаны, кажутся простыми. Когда о них узнают невольно приходит мысль: «Как до этого не додумались до сих пор? Ведь главное было давно известно

В мае 1952 года на Всесоюзной конференции по радиос] ктроскопии Басов рассказал о способе, которым можно отделить молекулы, готовые излучить энергию от молекул, стремящихся ее поглотить.

Он использовал то обстоятельство, что большинство электрически нейтральных молекул построено так, что входящие в них положительные и отрицательные заряды в среднем по отношению друг к другу немного сдвинуты в простран ве

Такие молекулы можно уподобить маленькой палочке, на одном конце которой собрался положительный заряд, на другом — отрицательный (диполь).

Представим себе, что пучок, то есть разреженный поток не сталкивающихся между собой молекул — например, аммиака, — пролетает в пустоте между пластинами электрического конденсатора. Если придать пластинам определенную форму, то пучок молекул расщепится на ряд более мелких пучков в зависимости от энергии молекул.

Вот два положения — обычное и зеркальное. которое принимает модель молекулы аммиака.

н«£

fj

N

Так физики, используя свойства молекул и свойства электрического поля, научились делать то, что в свое время Максвелл считал выходящим за пределы человеческих возможностей. Они научились сортировать молекулы. Отбирать иэ потока молекул те из них, энергия которых больше, чем у остальных.

Однако получить пучок молекул, находящихся на высшем уровне энергии, это еще не все. Молекулы, свободно летящие в таком пучке, отнюдь не стремятся излучить свою избыточную энергию. В таких условиях они могли бы лететь около года, прежде чем половина из них излу ит радиоволны. А за это время молекулы могут пролететь сотни миллионов километров!

В сосуде же приемлемых размеров время полета молекул составляет примерно одну десятитысячную или в крайнем случае одну ты ячную долю секунды. Поэтому излучить радиоволны за это время успеет только одна из каждого миллиарда пролетающих молекул.

Ясно, что мощность радиоволн, излучаемых таким ничтожным коли чеством молекул, так мала, что ее невозможно обнаружить. Как же тогда заставить молекулы излучать в приборе приемлемых размеров? Это была нелегкая проблема. Но ученые решили ее.

КРИКНИТЕ В ПУСТУЮ БОЧКУ

Она тотчас ответит вам гулким басом. Пустая бочка из сложных звуков, например из шума, выделяет и подчеркивает в основн м басовые тона. Это происходит потому, что воздух, заключенный в определенном объеме, в данном случае в бочке, способен к интенсивным колебаниям именно с частотой этих звуков.

Если сделать металлическую коробку. она будет резонировать с радиоволнами примерно так же, как пустая бочка или органная труба со звуком. Такую металлическую полость радиоинженеры называют объемным резонатором.

В'нем всегда присутствует слабое электромагнитное поле, создаваемое тепловь м излучением стенок резонатора даже при комнатной температуре Каждый объемный резонат р ткликается только на радиоволны вполне определенных частот. Если в него попадают радиоволны этих частот, поле внутри резонатора усиливается. Тем самым метал ическая полость способна накапливать срав-нительн большие запасы электромагнитной энергии.

Если заставить молекулы какого-либо газа пролетать сквозь резонатор, то они попадают под действие слабого электромагнитного поля, создаваемого тепловым излучением нагретых стенок. Хотя это поле и слабо, тем не менее оно заставляет молекулы излучать свою энергию за гораздо меньшее время, чем в свободном пространстве. Таким путем резонатор постепенно накапливает энергию, излучаемую пролетающими сквозь него молекулами. Благ даря этому электромаго итное поле внутри резонатора соответственно возрастает, а это приводит к еще более сильному

воздействию поля на новые молекулы, пролетающие через резонатор.

Если энергия, ежесекундно вносимая в резонатор пучком молекул, больше, чем обычные потери энергии в резонаторе и связанных с ним устройствах то процесс возрастания поля в резонаторе вполне подобен самовозбуждению обычного лампового генер тора Он продолжается до тех пор, пока ровно половина молекул, ежесекундн! влетающих в резонатор, не иэлучит в нем свою энергию.

Так ученые не только рассортировали нужные молекулы от ненужных, но и застави и их излучить свою энергию в виде радиоволн внутри объемн го рез на ра. Так был создан молекулярный генератор радиоволн.

БЕЗ ШУМА

Молекулярный генератор бладает одним важным преимущ ством Детали электронных генераторов старятся изн шив ются а молекулы — никогда. Поэтому электронные генераторы со временем постепенно изменяют длину излучаемой ими радиоволны чего не случается с молекулами. Значит, этот генератор должен излучать колебания с чрезвычайно стабильной частотой.

Замечательный прибор, созданный Басовым и Прохоровым, может не только генерировать радиоволны но и усиливать их. Действительно, если в объ мный резонатор впускать неск лько меньше активных молекул чем это необходимо для возникновения генерации то она и не возникнет. Тогда прибор способен работать как усилитель.

Если в такой усилитель, снабженный антенной, попадет извне слабая радиоволна той же частоты, что и излучаемая молекулами аммиака, она заставит молекулы отдать ей свою энергию. Тем самым внешняя радиоволна п полнится за счет энергии молекул аммиака, усилится.

Вслушайтесь в работу обычного радиоприемника, когда он не принимает передачу радиостанции. Он как бы «дышит». Слышно «дыхание» электронных ламп, деталей. На этом фоне не очень-то легко разобрать слабую передачу далекой радиостанции

В молекулярном усилителе ничто не шумит. Сосуд, в котором излучают молекулы, изолирован от внешнего мира, как радиостудия, откуда ведется передача. Не шумят и исполнители — молекулы аммиака.

Молекулярные усилители не менее важны, чем генераторы Особенно большие ерспективь открывает усилитель, использующий в качестве рабочего вещества некоторые парамагнитные кристаллы. Это кристаллы, в которых содержатся ионы парамагнитных веществ, например ионы хрома. Такие ионы ведут себя подобно маленьким магнитикам и стремятся установиться по направлению действующего магнитного поля. Такое п ложение соответствует для них минимуму энергии. Но часть ионов под влиянием теплового движения ориентирована в других направлениях и поэтому обладает избыточной энергией.

7