последовали и другие: в последующие годы удалось довести число авторских свидетельств до сотни.
2.8. Метод аналогий: электролитическая ванна и «взрыв», сделанный из людей
Несмотря на многообещающее начало, нейтронографии не суждено было стать направлением исследований, пользующимся благорасположением руководства НИИАА. Такая позиция была вполне прагматичной: выход нейтронов от генераторов был недостаточен для этих целей, а делиться результатами с организациями, обладающими более мощными источниками — не сулило особых выгод. Поэтому мне была предложена новая тема исследований — изучение распределения электрического поля в генераторах.
С точки зрения электропрочности, нейтронные генераторы — напряженные конструкции. Применение их в оружии требовало минимизации габаритов, но опасность пробоя ускоряющими напряжениями свыше 100 кВ стояла на этом пути. Распределение электрического поля описывает уравнение Пуассона и сейчас произвести расчет можно при помощи даже не слишком мощного персонального компьютера. Однако в те годы в НИИАА был всего один компьютер, а часы работы на нем — дефицитны. Но то же уравнение описывает и распределение электрического тока в электролите и это давало возможность, построив по определенным правилам модель генератора, выяснить распределение поля по распределению плотности тока в аналоге.
Такая модель выполнялась в большом (10:1) — масштабе (рис. 2.16). При изготовлении моделей деталей из диэлектриков, необходимо было обеспечить, во-первых, учет осесимметричности конструкции, а во-вторых — пропорциональность плотности тока в заполнявшем модель электролите диэлектрической проницаемости материала, из которого выполнены настоящие детали. Делалось это так: каждому значению диэлектрической проницаемости ставилось в соответствие пропорциональное значение угла наклона дна соответствующей детали (например, если для вакуума с проницаемостью равной единице этот угол выбирался равным одному градусу, то для тефлона с вдвое большей проницаемостью, он выбирался равным двум градусам. В ванну заливался электролит (вода из-под крана), к металлическим моделям электродов прикладывались потенциалы пропорциональные их потенциалам при работе генератора и щупом снималось распределение токов в воде. Результатом было их распределение, соответствовавшее линиям равных потенциалов электрического поля в генераторе.
Внести что-либо новое ни в процесс измерений, ни в устройство электролитической ванны, мне не удалось, но сущность метода аналогий, похоже, была усвоена. Примерно в это время на глаза попалась диссертация, посвященная строительству. Основная мысль автора состояла в том, что движение больших масс людей подчиняется уравнениям гидродинамики и это позволяет проводить расчеты пропускной способности эскалаторов, проходов и прочего. Но этим же законам подчиняется и движение вещества при взрывах. Таким образом, можно было, собрав несколько тысяч сотрудников, одев их в разноцветные халаты, построить чрезвычайно наглядную гигантскую модель ядерного заряда. Неясно было, правда, как моделировать нейтроны, но была твердая уверенность, что и здесь решение найдется. Действующую двумерную модель, управляемую устройством вроде светофора, можно было продемонстрировать наблюдающему явление с крыши высокому начальству. Конечно, такое дерзкое предложение руководству института могло быть сочтено издевательством, но с друзьями можно было и поделиться. Когда кто- то сказал, что не удастся собрать столько людей, ему ответили: «А в колхоз какую прорву гоняют?» Принудительные поездки инженеров и научных работников для выполнения самой грязной работы в деревне были повсеместной практикой в научных учреждениях СССР.
2.9. Измерения фона: сосчитать каждый нейтрон!
В 1974 году среди задач лаборатории нейтронных генераторов, появилась еще одна — измерения нейтронного фона (немногих нейтронов, а не их гигантских потоков от ядерного взрыва). Чтобы регистрировать фон, применялись газоразрядные счетчики, наполненные газовыми смесями на основе гелия-3, имеющего очень большое (5400 барн) сечение реакции на нейтронах, продукты которой (тритон и протон) обладают хорошей ионизирующей способностью. Счетчик представляет металлический цилиндр, наполненный газовой смесью (почему не чистым газом — станет ясно из главы, в которой речь пойдет об исследованиях ионной кинетики).
По оси проходит тонкая вольфрамовая нить. При подаче напряжения в несколько киловольт создается крайне неоднородное распределение электрического поля: вблизи нити напряженность его очень высока — настолько, что газ в этой области пробивается, но «частично» — по мере удаления от нити и снижения напряженности поля, «лавинообразное» размножение заряженных частиц прекращается. Начинаясь со случайного акта ионизации (например — от космического излучения), разряд затем «поддерживает сам себя»: необходимые для этого заряженные частицы образуются на электродах и в газе при облучении ультрафиолетом, испускаемым при ионизации, «выбиваются» из металла электродов при столкновениях разогнанных полем носителей заряда. Такой разряд сопровождается свечением («короной») и змеиным шипением. Ток развитого[36] (протекающего при достаточно высоком потенциале коронирующего электрода) разряда практически постоянен (с незначительными флуктуациями) и составляет микроамперы.
Если «залетевшая» частица ионизует газ в счетчике, то установившееся распределение заряженных частиц между электродами нарушается и ток скачком возрастает — настолько, что даже осциллограф без дополнительного усилителя надежно регистрирует этот импульс.
Сложность заключалась в том, что прибор должен был работать в глубокой шахте, причем жилы кабеля, по которым подавалось постоянное напряжение питания (24 В) были стальными, довольно тонкими и сопротивление их заметно менялось при колебаниях температуры. Имевшиеся стабилизаторы напряжения не справлялись с компенсацией всех неблагоприятных возмущений.
Работу поручили двум молодым специалистам, Б. Смирнову и мне, причем я был ответственен за высоковольтную часть схемы, а Борис (выпускник факультета автоматики МИФИ), не имевший опыта работы с высоким напряжением — за стабилизатор. Борис требовал во много раз уменьшить ток, потребляемый преобразователем напряжения (из 24 В в 2,5 кВ): это означало меньшее падение напряжения на кабеле и более благоприятный режим работы стабилизатора.
Для меня знакомство с преобразовательной техникой началось с изучения нескольких популярных брошюр, потому что такой курс не преподавали на нашем факультете. Со времен прочтения книг Лея и Сибрука, была выработана привычка «вытаскивать» информацию из каждой фразы. В преобразователе было нечто общее с уже изученной схемой поджига трубки: тут тоже перемагничивался сердечник трансформатора. На сердечнике были намотаны, причем — в противоположных направлениях — две первичные обмотки. Если, при протекании тока в одной, сердечник намагничивался до насыщения и эта обмотка хорошо проводила ток, то другая — почти не проводила его, потому что для нее сердечник был намагничен в «другом» направлении. Два транзистора поочередно переключали первичные обмотки, при этом ток во вторичной обмотке скачками менял полярность, с частотой в несколько килогерц. Было спаяно много макетов преобразователя, когда, потребление тока довели до физического минимума в 12 миллиампер (при таком токе даже запуск был неустойчивым, задерживаясь иногда на 5-10 минут после подачи напряжения). Остановились, конечно, на более надежном значении в 20 миллиампер. В трансформаторе преобразователя требовалось вручную намотать 12000 витков вторичной обмотки вокруг кольцевого сердечника, при этом надежно изолируя каждый слой обмотки — адова работа!
Измерители фона должны были, в отличие от всего, что мне приходилось делать раньше, производиться небольшой серией. Макет прошел все температурные, ресурсные и прочие испытания, но, когда конструкторы и технологи приступили к проектированию изделия, у них полезли на лоб глаза, прежде
