Коллайдер

Через год Ван де Граафу предложили место научного сотрудника Пальмеровской физической лаборатории, экспериментального центра Принстонского университета. Там он разработал и построил прототип совершенно нового типа электростатического генератора, способного аккумулировать гигантскую энергию и давать мощный разряд. Идея Ван де Граафа состояла в том, чтобы обеспечить непрерывный поток заряда от источника тока к металлической сфере, использовав для этого быстро движущийся изолированный ремень. Для своего первого генератора Ван де Грааф взял шелковую ленту и жестяную банку (в более поздних моделях на смену им пришли другие материалы). Острая щетка, расположенная у основания ремня и подсоединенная к источнику питания, ионизует свое ближайшее окружение, таким образом сообщая конвейерной ленте заряд. Прилипнув к ремню, заряд, в свою очередь, доезжает до верха, где его соскабливает вторая щетка, и оседает на сфере. Весь генератор погружается в газовую среду под давлением, которая изолирует его от внешнего мира и позволяет накопить на сфере ощутимый заряд.

Если внутрь сферы внести источник частиц (радиоактивное вещество или источник ионов), а возле него поместить один из концов полой трубки, то генератор Ван де Граафа превратится в простейший ускоритель. Благодаря разности потенциалов между сферой и землей частицы в трубке приобретают высокие скорости. Если предусмотреть на другом конце мишень, разогнавшиеся снаряды будут попадать прямо в нее.

В Принстоне, а потом и Массачусетском технологическом институте Ван де Грааф постепенно повышал максимальное напряжение своих генераторов. Первые экземпляры давали до 80 000 вольт, а усовершенствованная модель, которую изобретатель представил в 1931 г. на торжественном ужине в честь открытия Американского физического института, поразила сидевших за трапезой одним миллионом вольт (к счастью, не в прямом смысле). Еще более серьезной заявкой стала конструкция, которую Ван де Грааф собрал в самолетном ангаре в Южном Дартмуте, Массачусетс. Она состояла из двух идентичных колон более 7,5 м в высоту, стоявших на вагоне-платформе. Сверху их венчали эмалированные алюминиевые сферы диаметром около 4,5 м каждая. Невероятная мощь этого сооружения попала даже на полосы газет. «Человек мечет молнии в 7 000 000 вольт», - говорилось в заголовке в «Нью-Йорк Таймс» от 29 ноября 1933 г.²⁹

Греческая мифология повествует, что Прометей украл у богов огонь и наделил человечество священным знанием, как высечь искру, запалить костер, зажечь факел и т. д. Но, несмотря на это вероломное проникновение, право метать гром и молнии в своих врагов, сотрясая небеса ужасающей силой, оставалось за всемогущим Зевсом. Пока не появился генератор Ван де Граафа. Даже такое впечатляющее явление, как молния, люди смогли - пусть в меньшем масштабе, но смогли - воспроизвести в научной лаборатории, положив начало новой прометеевской эпохе, в которой человечеству стали подвластны колоссальные энергии. Радость от осознания новых возможностей, вероятно, нашла свое выражение во многих фильмах ужасов того времени (приведем в пример «Франкенштейна» 1931 г. и «Невесту Франкенштейна» 1935 г.), изображающих жутковатые лаборатории исполинских размеров, где мощнейшие генераторы оживляют одного монстра за другим.

С другой стороны, почему бы вместо дорогих генераторов искусственных молний не поставить себе на службу небесную машину, работающую бесплатно? Природную молнию, конечно, трудно предсказать, и обращаться с ней надо очень осторожно, но были физики, пытавшиеся ускорить частицы и с ее помощью. Летом 1927 и 1928 гт. сотрудники Берлинского университета Арно Браш, Фриц Ланге и Курт Урбан соорудили между двумя соседними горными вершинами в швейцарских Альпах на границе с Италией антенну длинной около полукилометра. К ней исследователи подвесили металлическую сферу, а вторую сферу заземлили, чтобы иметь возможность во время грозы измерить разность потенциалов между двумя проводниками. За один удар молнии напряжение в этой конструкции достигало, по оценке ученых, 15 миллионов вольт. К несчастью, во время экспериментов погиб Урбан. Его коллеги вернулись в Берлин и занялись проверкой того, могут ли разрядные трубки выдерживать высокое напряжение. Общие результаты были опубликованы Брашем и Ланге в 1931 г.³⁰

Удары молний, даже искусственных, - это обычно единичные события. Когда накапливается большой заряд, создается высокое напряжение, которое существует до тех пор, пока аккумулированному заряду некуда деваться (например, если прибор заизолирован). Подобно прьпунам с отвесных скал, частицы под действием ускоряющей силы устремляются вниз по крутому потенциалу. Но как только они достигли его основания, лететь больше некуда, и точка!