Техника - молодёжи 1960-07, страница 41

и введя дополнительную переменную в уравнения новой теории, можно найти простую формулу для определения масс: т^бв.б men, где т_е— масса электрона, an — целое число, характеризующее «номер» частицы. Эта формула хорошо описывает массы ряда известных нам частиц. Например, массы протона, пи- и мкьмезонов получаются соответственно равными 1849, 259, 205,5 электронных масс, что хорошо согласуется с экспериментом.

Конкретное содержание новых законов, которые будут описывать явления, разыгрывающиеся на малых расстояниях, пока не выяснено. Но сугубо математическая идея пятимерия полезна уже тем, что позволяет устранить ряд трудностей современной физики микромира. В пятимерной теории совсем не возникает вопроса о бесконечности массы. Более того, она дает уравнение для вычисления масс почти всех известных элементарных частиц.

Мы рассказали здесь лишь об одном направлении поисков. Многие ученые предпочитают другие пути, другие направления. Но каким бы путем ни идти, несомненно одно: борьба за тайны микромира будет долгой и упорной.

В. КАДЫШЕВСКИЙ и О. ЗАВЬЯЛОВ,

студенты физического факультета

МГУ

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ И ЯЧЕЙКИ ПАМЯТИ

ЧИТАТЕЛЬ журнала уже имел возможность ознакомиться с явлением сверхпроводимости и с принципами работы устройств памяти электронных вычислительных машин (см. Н 4 за 1958 год и М 11 аа 1957 год). Здесь речь пойдет о том, как можно применить сверхпроводники для создания очень компактных быстродействующих ячеек машинной памяти.

Любое сообщение может быть сведено к двоичной форме записи, подобно тому, как все буквы передаются телеграфной азбукой, состоящей из точек и тире. По такому же принципу работают ферритовые кольца — устройства памяти, применяемые в современных вычислительных машинах (см. цветную вкладку). С помощью специальной обмотки их можно за очень короткое время — 8—10 микросекунд — намагничивать то в одном, то в другом направлении. Но для машин, которые должны производить несколько сотен тысяч операций в секунду, даже ферритовые кольца будут слишком медлительны и «неповоротливы».

Три-четыре года назад почти одновременно в нескольких странах была выдвинута идея использования сверхпроводящего металлического кольца для ячеек машинной памяти. Она основана на том, что в таком кольце электрическое сопротивление падает до нуля, и если в нем возбудить ток, то он никогда не перестанет течь. Это состояние сверхпроводника соответствует точке азбуки Морзо. Движение тока в противоположном направлении даст другой знак — тире. Задача состоит в том, чтобы научиться создавать в кольце ток и в нужные моменты менять его направление. Для этого были предприняты попытки использовать магнитное поле.

Дело в том, что если обычный металл спокойно пропускает через себя магнитные силовые линии, то в сверхпроводящем состоянии он полностью выталкивает их из себя. Можно сравнить сверхпроводник в магнитном поле с подводной лодкой, погруженной в морские глубины. Давление воды стремится вытолкнуть ее на поверхность. Если же лодка опустится слишком глубоко, то вода раздавит ее и ворвется внутрь. Точно так же, если включить слишком сильное магнитное поле, то оно ворвется внутрь сверхпроводника, и его электрическое сопротивление восстановится — он перестанет быть сверхпроводником. Уменьшение магнитного поля помогает сверхпроводнику снова вытолкнуть из себя силовые магнитные линии, и его электрическое сопротивление опять исчезает.

Магнитное поле, при котором м«иелл переходит из сверхпроводящего состояния в обычно*, и обратно, называется критическим. Но электрический ток, текущий в сверхпроводнике, тоже создает магнитное поле. Поэтому ток не должен быть больше, определенной величины, которая также называется критической.

пак же управляют током в сверхпроводящем кольце?

Вплотную к замкнутому кольцу помещают управляющую петлю (см. цветную вкладку). В ней можно изменять ток по нашему желанию. При пропускании тока в петле вокруг нее появится магнитное поле. Его силовые линии будут стремиться пересечь сверхпроводящее кольцо. По закону электромагнитной индукции в кольце должен появиться ток, магнитное поле которого будет стремиться уничтожить поле петли. Если увеличивать ток в управ ляющей петле, этот противодействующий ток кольца также возрастет. Когда он достигнет критической величины, сверхпроводимость кольца нарушится, и силовые линии петли прорвутся через сечение кольца. В результате в кольце возникнет электрическое сопротивление, и ток начнет уменьшаться. Но как только он станет ниже критической величины, сверхпроводимость кольца снова восстановится. Поэтому ток в кольце будет некоторое время оставаться равным критической величине.

За это время часть силовых линий успевает проникнуть в кольцо. Когда мы начнем уменьшать ток в управляющей петле, кольцо снова станет сверхпроводящим, и снова по закону индукции будет противиться изменению количества пересекающих его силовых линий. Поэтому после окончания импульса тока в управляющей петле в кольце останется некоторый ток, удерживающий проникшие в него силовые линии (см. цветную вкладку). Этот ток и олицетворяет собой ваписанную информацию. Он будет сохраняться в кольце до тех пор, пока мы снова не пожелаем разрушить его сверхпроводимость. Ясно, что если послать в управляющую петлю импульс тока другого направления, то и кольцо «запомнит» ток другого направления. Старая информация сотрется и запомнится новая.

Теперь остается придумать считающий механизм. Как узнать, какое направление имеет ток, который «запомнило» кольцо? И здесь нам на помощь приходит закон электромагнитной индукции. Если с другой стороны кольца поместить еще одну петлю — считывающую, то пока кольцо находится в сверхпроводящем состоянии, она будет надежно защищена им от магнитного поля управляющей петли. Но в те моменты, когда в кольце возникает сопротивление, силовые линии, проходя через него, пронизывают и считывающую петлю. В ней тоже возникает ток, направление которого зависит от направления тока в кольце. Поскольку эта петля несверхпроводящая, то ток в ней появится в виде короткого импульса. Таким образом, каждое переключение тока в управляющей петле регистрируется считывающей петлей, и ток, появляющийся в ней, сообщает нам об этом. Так машина справляется о том_ч какая информация хранилась в сверхпроводящем кольце.

Задачей моей работы на физическом факультете МГУ были расчет и построение модели запоминающей ячейки. На стеклянную пластинку была нанесена петля из тончайшей оловянной пленки диаметром 15 мм, затем накладывался слой изоляционного материала, на него — рабочее кольцо, потом снова изоляция и еще петля. Получилось что-то вроде слоеного пирога. Все устройство погружалось в жидкий гелий, имеющий температуру —269° С. Время срабатывания ячейки было равным примерно 1—3 микросекундам, то есть в несколько раз меньше, чем у ферритового кольца. Оказалось, что чем меньше размеры ячейки, тем быстрее она работает. Если довести диаметр кольца до 1 мм (что вполне возможно), то время срабатывания будет уменьшено до одной десятой или даже нескольких сотых долей микросекунды. Такие ячейки дадут возможность построить машины, которые будут делать до 10 млн. операций в секунду.

А. РАСТОРГУЕВ,

студент физического факультета МГУ

Как хранить разнообразные сведения? Этот вопрос интересовал человека с незапамятных времен. Хранилища информации прошли длительный путь развития. Узелковое письмо, бумага. фотоаппарат, магнитофон, ферритовые кольца вычислительных машин — вот вехи на этом пути. На вкладке изображено и одно из новейших запоминающих устройств — сверхпроводящее кольцо, работающее при температурах, близких к абсолютному нулю. В состоянии сверхпроводимости оно способно «запоминать» и хранить токи, текущие в двух направления*: по часовой стрелке и против часовой стрелки. На графике красными линиями выделены токи, соответствующие моментам времени, когда в кольце возникает сопротивление, а в считывающей петле появляется сигнал. Рядом показано изменение тока в управляющей и считывающей петлях. Вверху слева — блок запоминающих элементов в дюа-ровских сосудах с жидким гелием и азотом, создающими глубокое охлаждение. - «

36

I