Техника - молодёжи 1986-09, страница 27

НА СТОЛЕ - МИЛЛИОН АТМОСФЕР

Артем БЕЛОЦЕРКОВСКИЙ,

кандидат технических наук г. Донецк

К концу 50-х годов физики, занимаясь синтезом алмазов, освоили диапазон давлений порядка 100 тыс. атм (100 килобар). Казалось бы, куда больше? Нов 1968 году американский ученый Ашкрофт теоретически предсказал существование твердого, металлического водорода при атмосферном давлении, который остается сверхпроводником и при комнатной температуре. А предполагаемое давление перехода водорода в твердое тело составляло по его расчетам свыше 1 млн. атм!

Когда подобные, хотя на первый взгляд и абсурдные, предположения высказывает известный физик — это уже серьезно. Потому-то сотрудники ряда лабораторий поспешили начать штурм мегабаро-вого диапазона. Но как повысить давление на порядок? Строить новые, мощные, многоступенчатые гидравлические прессы, из-за которых лаборатории высоких давлений стали походить скорее на кузнечно-прессовые цехи машиностроительных заводов, чем на научные учреждения? Правда, ведущие специалисты утверждали, что бояться, дескать, нечего — промышленности такая задача по плечу! И тут выяснилось еще раз, что прогнозирование методом простого увеличения параметров глубоко ошибочно. Проблему освоения мегабарового диапазона давлений помогли решить не сверхмощные прессы, а миниатюрная техника современной оптики и электроника.

Представьте: вместо огромного пресса, покоящегося на бетонном фундаменте, над которым перемещается мостовой кран грузоподъемностью тонн этак на 50,— обычный письменный стол. На нем — микроскоп, к которому с одной стороны подсоединена телекамера, а также видеомагнитофон. Перед монитором сидит лаборантка .и часами наблюдает за «поведением» вещества под давлением в миллион атмосфер. Фантастика? Нет, реальность.

Как говорится, не было бы счастья, да несчастье помогло. В 1959 году сотрудников Националь

ной лаборатории стандартов США попросили найти реперные точки (точки отсчета) на шкале давлений в области 50—150 килобар. Они понадобились компании «Дженерал электрик», осваивавшей производство синтетических алмазов. Но у сотрудников лаборатории не было ни мощных прессов, ни... желания осваивать сложную и небезопасную технику высоких давлений. Те, кому поручили эту работу, были кристаллографами, привыкшими работать с микроскопом. Поэтому к решению новой задачи они подошли по-своему.

Оказывается, сверхвысокие давления можно получить за счет не только увеличения нагрузки на образец, но и уменьшения его размеров. В лаборатории имелись инден-торы — приборы для испытания твердости материалов. Она определяется по площади отпечатка, который остается на материале при вдавливании в него алмазного конуса весом менее 0,1 г, закрепленного на конце стального стерженька. Еще П. Бриджмен, «отец высоких давлений», как его прозвали физики, обнаружил, что если высокое давление создается на небольшом участке тела значительного объема, то благодаря поддержке окружающего материала прочность на сжатие упомянутого участка повысится. Бриджмен назвал это «принципом массивной поддержки», а аппараты, в которых использовались два пуансона — каждый в форме усеченного конуса, стали именовать «наковальнями Бриджмена» (см. «ТМ» № 5 за 1986 год).

Раз наука требует жертв, то почему бы не затупить два алмазика, сделать миниатюрные наковальни, чтобы выяснить, какое давление они выдержат! — решили сотрудники лаборатории Пьермарини, Барнетт и Блок. Отполировав алмазной пастой два конуса, они получили на их вершинах плоские торцы диаметром 0,2—0,7 мм. Потом сошлифовали внешний диаметр стерженьков до 6 мм, закрепили на них усеченные конусы. Вставили стерженьки в каленую втулку и стали сжимать их навстречу друг другу. Первый же опыт показал, что для алмазных наковален 350 килобар далеко не предел.

Рис. 1. Так выглядит шарик, падающий в находящейся под давлением жидкости, на телеэкране. Диаметр рабочей полости — 0,3 мм, диаметр шарика — 0,035 мм. Видна окулярная шкала микроскопа с делением 0,0095 мм.

Рис. 2. Оптическая схема настольной установки для исследования веществ при сверхвысоких давлениях. Цифрами обозначены: 1 — регулируемый конденсор, 2 — теплоизоляция, 3 — ячейка высокого давления, 4 — объектив, 5 — механизм развертки по длинам волн, 6 — дифракционная решетка, 7 — держатель решетки, 8 — фотокатод фотоумножителя, 9 — фотоумножитель, 10 — собирающая линза, 11— телекамера, 12 — окуляр телекамеры, 13— ирисовая диафрагма.

25