4.2. Дрейфовая трубка: электроны в ней не дрейфуют, да они и не нужны для производственных целей
Теперь можно было сосредоточиться и на своей работе. Основой газовых смесей в счетчиках нейтронов был уже упоминавшийся гелий-3 — редкий и дорогой изотоп. Чтобы измерить скорости заряженных частиц, необходимо было создать дрейфовую трубку. Я попросил своих научных руководителей обсудить детали того, что предстояло сделать. Последовала истерика Затычкина, который не забыл унижения на заседании ученого совета, но почему-то решил избрать аспиранта в качестве громоотвода, заявив: «Мне плюнули в лицо, приказав замолчать, и я не желаю больше иметь никакого отношения к этой работе!». Положение осложнялось тем, что из двух научных руководителей именно Затычкин имел большой опыт работы со счетчиками. Тугой удерживал от полного разрыва, старался утешить самолюбие Затычкина, предостерегал от колкостей и меня. Рваная рана обиды у Затычкина постепенно затягивалась, но все беседы традиционно начинались с заявлений о том, что за долгое время работы он накопил столько научных результатов, что их хватит для нескольких докторских диссертаций. Один из своих результатов он считал открытием — обнаруженным лично им законом природы — о чем старался как можно чаще упоминать на заседаниях комиссий и советов. «Открытие» касалось перезарядки ионов в смесях газов. Независимо от того, какие первичные ионы образовывались регистрируемой частицей, после нескольких столкновений этих ионов (то есть — практически сразу), к катоду дрейфовали ионы, образованные из атомов того газа, потенциал ионизации которого был самым низким среди компонент смеси (рис. 4.1). К такому выводу Затычкин пришел, измеряя длительности импульсов, регистрируемых счетчиками с различным газовым наполнением и используя расчетные (неточные, но дающие порядки величин) значения скоростей дрейфа…
…Маневрируя между рифами начальственных амбиций, все же удалось добиться, чтобы требования к дрейфовой трубке были сформулированы научными руководителями (в основном, конечно — Затычкиным). Одним из первых значилось ионообразование в коронном разряде. Затычкин заявил, что справочные данные, получение которых было целью работы, должны максимально учитывать условия эксплуатации счетчиков, а счетчики работали в режиме коронного разряда. Это противоречило его же «открытию»: после первых же столкновений не будет иметь значения, каким способом были образованы первичные ионы, все равно в смеси будут дрейфовать ионы газа с наинизшим потенциалом ионизации. Выслушав мои соображения на этот счет, Тугой стал убеждать, что демонстративное игнорирование требований Затычкина может привести к тому, что на защите тот займет враждебную позицию. Вспомнив экзальтированное и нелогичное поведение «полуруководителя» в других ситуациях, пришлось согласиться.
Коронный разряд существует при близких к атмосферному давлениях газа и аналогов подобных источников не встречалось среди дрейфовых трубок известных типов, в которых, по большей части, исследовались разреженные газы. Главным же противоречием, которое требовалось разрешить, было то, что такой разряд возникал при крайне неравномерном распределении электрического поля (концентрации его вблизи анода), в то время как в справочных данных требовалось указывать точно известную, соответствующую данной скорости дрейфа напряженность сугубо однородного поля. Но разряд можно было «зажечь» не между соосными электродами, а между чередующимися анодами из очень гонкой вольфрамовой нити и сравнительно толстым катодом из проволоки (рис. 4.2).
В таком коронном разряде могли накапливаться ионы, а когда наставал момент проведения измерений, распределение напряжений должно было измениться так, чтобы потенциалы всех электродов источника сравнялись. Тут можно было рассчитывать на запас в четыре порядка: время дрейфа ожидалось равным миллисекундам, а вакуумные управляемые искровые разрядники, опыт работы с которыми был приобретен еще в НИИАА, могли коммутировать большие токи за сотни наносекунд. Такой разрядник (рис. 4.3) включался между двумя конденсаторами (емкость одного на несколько порядков превышала емкость другого) и, когда управляющим импульсом пробивался искровой промежуток, протекание тока приводило к тому, что напряжения на конденсаторах сравнивались. Чтобы подавить колебания в цепи, в нее включался гасящий (на рисунке — незакрашенный) резистор сопротивлением в сотни Ом, наличие которого практически не влияло на длительность переходных процессов. Узел коммутации на основе разрядника позволял изменить потенциал любого электрода, подключенного к конденсатору малой емкости за время, пренебрежимое в сравнении со временем дрейфа.
Итак, для «накопления» ионов между анодами и катодом источника зажигался коронный разряд. Необходимые для этого разности потенциалов снимались с резистивного делителя (рис. 4.4). При подаче на делитель постоянного напряжения (более десяти тысяч вольт), потенциалы точек между его резисторами распределялись пропорционально их сопротивлениям. Сопротивления делителя (наполовину закрашены) выбирались такими (Мом — миллионы Ом), что ток короны (микроамперы) был пренебрежимо мал по сравнению с током делителя, а значит, не мог повлиять на распределение потенциалов между плечами делителя. Дополнительной гарантией этого служил полностью закрашенный на схеме резистор сопротивлением в миллиарды Ом (ГОм), включенный в цепь источника. Электроды, между которыми находился источник (на схеме не показаны) имели в режиме накопления ионов чуть большие потенциалы, чем аноды источника. За счет этого пакет положительных ионов «сжимался», локализуясь в плоскости проволочных электродов источника, а отрицательные носители наоборот, «растаскивались», образуя объемный заряд.
К измерениям можно было приступать, когда все конденсаторы в схеме полностью заряжались. Обещаю, что схема на рис. 4.5 будет самой сложной, в которой стоит разобраться. Я представляю, насколько такое усилие над собой неприятно при чтении популярной книги, но прошу принять во внимание: эта схема — всего лишь комбинация из двух простейших предыдущих. Итак, через «черный» резистор очень медленно заряжался конденсатор большой («микрофарадной») емкости — до напряжения, под которым предстояло оказаться катоду, когда режим накопления ионов сменится режимом измерения их скорости дрейфа. На зарядку уходило почти полчаса. Когда она заканчивалась, от запускающего импульса срабатывал разрядник и катод ионного источника напрямую оказывался подключенным к конденсатору малой (нФ) емкости и при этом — под тем же потенциалом, что и аноды. «Черный» резистор и теперь «не давал» току с катода существенно повлиять на распределение напряжений в делителе из «получерных» резисторов, сопротивление которых было меньше на три порядка. Были в схеме и другие аналогичные узлы коммутации и их одновременное срабатывание (от одного и того же импульса, «размноженного» на нескольких обмотках трансформатора) приводило к тому, что в пространстве дрейфа создавалось однородное поле постоянной напряженности (потенциал каждого из электродов был пропорционален его удалению от измерительного электрода с нулевым потенциалом).
Конечно, приведенная схема предельно упрощена. В реальной, чтобы избежать гальванических
