Техника - молодёжи 1959-06, страница 9

КАК СОЗДАТЬ ВЕЩЕСТВА ТВЕРЖЕ АЛМАЗА?

БЕСЕДА С ДИРЕКТОРОМ ИНСТИТУТА ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ ПРОФЕССОРОМ Л. Ф. ВЕРЕЩАГИНЫМ

Можно было подумать, что профессору Леониду Федоровичу Верещагину гораздо больше нравится беседовать об искусстве, о загадочных случаях из древней истории, чем о своей науке — физике высоких давлений.

— Вы никогда не задумывались, — спросил он нас, — почему так легко были утрачены многие секреты древних мастеров? Например, в живописи. Почему не удается нам получить такие же великолепные долговечные краски, какими написаны гениальные полотна лучших художников гГпохи Возрождения?

Или еще одна загадка: дамасская сталь. Как удалось людям средневековья без нынешней техники и без легирующих добавок получать эту изумительную, нержавеющую и необыкновенно прочную сталь?

Профессор секунду помедлил и сам ответил на свой вопрос:

— То, что случайно найдено путем эксперимента и еще не осмыслено, не понято учеными, принадлежит нам только наполовину...

Сейчас много говорят об искусственных алмазах. Но мало кто знает, что первые искусственные алмазы были получены еще в прошлом веке, в 1880 году. Английский ученый Генней проделал около 80 опытов, и только три из них принесли ему удачу. Он получил мелкие желтоватые кристаллики, которые и сейчас можно увидеть в Британском музее под этикеткой «Искусственные алмазы Геннея».

Спустя 63 года, во время второй (Мировой войны, англичане Баннистер и Лонсдейл решили проверить, не ошибся ли Генней. Рентгенографические исследования подтвердили, что 11 из 12 алмазов, хранящихся в музее, действительно алмазы.

Сокровища сами шли в руки людям. Стоило взять описание опытов Геннея и повторить их, и вы можете стать обладателем несметных богатств. Тем более что технология этих опытов была весьма и весьма примитивна. Смесь, а которую входило 90% легких углеводов, около 10% костяного масла и немного лития, герметически закупоривалась в железную трубу, сделанную наподобие орудийного ствола. Труба, доведенная до темно-красного каления, должна была пробыть в печи 14 час. подряд. Вот и весь секрет.

Но не тут-то было. Сколько ни пытались ученые в разных странах повторить опыты Геннея, это никому не удавалось. Способ получения этих алмазов оставался тайной. И все же выход был найден. Тайна перестала существовать, когда в дело решительно вмешалась наука о высоких и сверхвысоких давлениях и современная техника.

— А теперь, — сказал профессор, — простите меня за несколько экзотическое вступление и позвольте приступить непосредственно к главному нашему делу.

Понадобились сотни лет, чтобы к таким понятиям, как объем и температура, прибавилось новое понятие — третье измерение состояния вещества — давление. Широко входить в технику и промышленность давление начало только в прошлом веке. В 1885 году французский физик Шарль Терьер отмечал, что синтез аммиака идет «при чудовищном давлении». Так было названо давление всего в 10 атмосфер. А в 1900-е годы уже были получены давления до 3 тыс. атмосфер. Дальше цифры росли еще стремительней: к 1914 году — 12 тыс. атмосфер, к 1935 году — 80 тыс. атмосфер, к 1940 году — 100 тыс. атмосфер.

А сейчас мы можем получать и использовать давления до 500 тыс. атмосфер! Я уже не говорю о рекорде — 5 млн. атмосфер, которые получены при выстреле, «три встречном ударе двух металлических пластинок. Не ради самих рекордных цифр стремятся физики получать высокие давления. Повышение давлений оказалось ключом к преобразованию одних веществ в другие и особенно пригодилось в химической промышленности.

Кажется, ничто не меняется в веществе, на которое действуют давлением. Однако это не так. Соотношения между объемом, давлением и температурой вещества были понят

ны и казались простыми лишь до тех пор, пока давления оставались небольшими. По мере того как физики получали все более высокие давления, открывались новые, часто совершенно неожиданные явления. При высоких давлениях, HanpHA^p^j^cTynafl_j^Ai5^eHT_f когда Вопреки" всем ожиданиям объем 1Гещества сам собой вд£уг уменьшалсяГ~Резким скачком возрастала электрическая^пр^одимость. Диэлектрики Начинали вести себя как металлы. Тетттгур при атмосферном давлении имеет одну проводимость, а при давлении в 30 тыс. ''атмосфер проводимость его возрастает в 600 раз. Сняв вы-сокое давление, можно было вернуть веществу все его прежние свойства. Но, оказывается, не всегда.

Академик П. Л. Капица однажды сказал, что для физика интересны не столько сами законы, сколько отклонения от

Общий вид. одноступенчатого газового компрессора для получения давлений до 5 тыс. атмосфер.

них. И это правильно, потому что, исследуя отклонения, физики обычно вскрывают новые закономерности.

Если говорить о физике высоких давлений, нас интересуют здесь прежде всего таинственные скачки, происходящие в веществах под давлением. В первую очередь в твердых веществах, кристаллах.

По формуле так называемого уравнения состояния вещества можно легко и быстро подсчитать, какой объем будет занимать металл церий, окажем, при 8 тыс. атмосфер и обычной температуре. Но вот мы начинаем сжатие. 5 тыс., 6 тыс., 7 тыс. атмосфер... Все идет по формуле. И вдруг при 8 тыс. атмосфер объем металла резким скачком уменьшается на 7% по сравнению с объемом, предсказанным формулой. Что случилось?

Рентгенографический метод измерения сжимаемости монокристаллов, разработанный советскими учеными, подсказывает, что дело здесь вовсе не в изменении кристаллической решетки церия. Она сохранилась. Но что-то произошло с электронными оболочками атомов церия. Что именно?

Начав сжатие, мы заставили уплотниться Молекулы. Промежутки между ййми уменьшились. Затем дошла очёредь и до атомов. Давленйё заставило их сблизиться. Электронные слои, оболочки соседних атомов стали переплетаться, теснить друг друга. Наружный электрон каждого атома, встречая на пути столь сильное сопротивление, скачком переходит с наружной орбиты на внутреннюю, 1 /

незаполненную. Равновесие элек- l"i'lfllkiljf / _____

тронной структуры атомов восстало- ▼

7