И опять друзья не дали мне отступить. Лев Андреевич коротко и просто объяснил, что новое мое решение есть не что иное, как обыкновенное малодушие. Да и не так страшен черт, как я его себе намалевал. Тема дипломного проекта была найдена быстро — «Высоковольтный электростатический генератор с жестким ротором». Над созданием такого генератора я работал тогда вместе с группой наших ученых, в которую входил и Лев Андреевич. Наша работа велась по идее и под руководством А. Ф. Иоффе, он же стал и официальным руководителем моего дипломного проекта.
Создание высоковольтного электростатического генератора вызывалось насущнымй потребностями ядерной физики, которая начала в это время бурно развиваться. Каждый месяц публиковались новые важные работы, но чтобы по-настоящему познать тайны атомного ядра, природу сил, действующих внутри него, 105 надо было проникнуть в самое ядро, научиться его разрушать. Вот это как раз и не удавалось долгое время. Для разрушения ядра требовались источники очень высоких напряжений. Только с их помощью можно было «бомбардировать» атомное ядро протонами и электронами, превращая их в своего рода атомные снаряды.
Ядра, которые надо разрушать, представляют собой мишень столь малых размеров, что человеческое воображение с трудом может их себе нарисовать. Радиус мишени равен примерно стомиллиардной доле миллиметра. Чтобы поразить эту мишень, нужны весьма интенсивные потоки частиц, так как лишь очень небольшому числу из них удастся попасть в ядро.
Вначале ускорители частиц («атомная артиллерия») представляли собой сравнительно небольшие приборы, помещавшиеся в обычной физической лаборатории. Это не то, что современный ускоритель — огромная и сложная установка, занимающая большую территорию и потребляющая энергию в таких масштабах, какие известны не многим заводам.
Простейшим ускорителем является всем известная радиолампа. Накаленная нить ее катода испускает электроны. Если к аноду лампы приложить напряжение примерно в сотню вольт, то между катодом и анодом образуется электрическое поле, которое ускоряет электроны — сообщает им энергию. Энергия такого ускорителя, как радиолампа, составляет несколько сот вольт, или электронвольт, как принято говорить. В кинескопе телевизора электроны ускоряются уже до энергии в несколько тысяч электронвольт. Обычная рентгеновская трубка требует еще более высокой энергии. Тут речь идет уже о десятках тысяч и даже сотнях тысяч электронвольт. Но «атомной артиллерии» и такие энергии недостаточны. Ее снаряды достигнут цели, лишь получив ускорение во много миллионов раз. Вот почему так необходимо было создать высоковольтные установки, в которых можно получать заряженные частицы большой энергии и разгонять их в вакуумной трубке, прикладывая к электродам большую разность потенциалов.
Впервые в нашем институте разрабатывал конструкцию электростатической машины Н. Н. Семенов Он сделал много в этом направлении, но увлекся другой важной областью науки — химической физикой, где добился выдающихся результатов, и его машина не была доведена до конца. Впоследствии такая машина, основанная на идее изменения электрической емкости, была построена в Америке известным физиком Ван де Граафом.
Основной элемент электростатического генератора Ван де Граафа — большой полый сферический электрод, изолированный от земли. В полость электрода входит бесконечная движущаяся лента и передает, ему электрический заряд, который она несет на коронирующих остриях, другая сторона ленты заряжается от постоянного внешнего источника. При движении часть ленты, получившая низковольтный заряд, уменьшает емкость и повышает свой потенциал. На сферической поверхности электрода можно получить напряжение в миллион вольт. Генераторы такого типа применяют по сей день, но у них низкий коэффициент полезного действия, и поэтому уже в тридцатые годы стали изыскивать новые типы приборов для получения высокого напряжения.
А. Ф. Иоффе задумал конструкцию электростатического генератора (ускорителя), основанного Пй том же принципе, но вместо движущейся ленты предложил использовать жесткий ротор. Это позволяло значительно увеличить скорость переноса зарядов и получить гораздо большие значения токов.