Бродянский В.М. От твердой воды до жидкого гелия (история холода)

Дж.Дьюар из Лондонского Королевского института

Все достижения теории и практики 1895-1896 гг., связанные с циклом Линде и его модификациями, не могли снять еще нерешенной задачи ожижения водорода. Последний еще уцелевший член старой команды "постоянных" газов продолжал упорно сопротивляться всем попыткам перевести его в жидкость. Было уже ясно, что для этого нужно превзойти прежние рекорды и оторваться от зоны температур твердых кислорода и азота, а они (соответственно 54 и 63K) уже были достигнуты Дьюаром классическим методом откачки пара над жидкостью.

Другими словами, это означало, что необходимо пройти интервал от 60 до 20Л – задача вдвойне трудная. Во-первых, потому, что, как мы видели, каждый градус здесь в несколько раз "дороже", чем в зоне температур жидких кислорода и азота. Во-вторых, было неясно, как предохранить полученный жидкий водород (и всю низкотемпературную часть установки) от теплопритоков извне. Теплота испарения ожиженных газов намного меньше, чем у воды (у кислорода в 10,6 раза, у азота в 11,3 раза). У водорода, если такая тенденция сохранится, как правильно полагали, она будет еще ниже.

Обе эти задачи были решены английским физиком Джеймсом Дьюаром, который преодолел все эти трудности и добился успеха в 1898 г. Это был тот самый человек, с которым Хэмпсон боролся за приоритет. Разумеется, достижение Дьюара не было случайностью. Только в 1898 г. создались необходимые для ожижения водорода условия. Во-первых, был изобретен и реализован дроссельный газожидкостный цикл, возможности которого, несмотря на достижения Линде и Хэмпсона, еще далеко не были исчерпаны. Во-вторых, с помощью работ француза Д'Арсонваля, немца Вайнхольда и самого Дьюара была создана новая вакуумная теплоизоляция, позволяющая снизить теплопритоки извне к холодной части ожижительной установки и самому ожиженному газу во много раз.

Разумеется, наличие этих условий ни в коей мере не умаляет заслуг Дьюара. Пре-вратить возможность в действительность иногда даже труднее, чем создать эту воз-можность.

Джеймс Дьюар (1842-1923 гг.) был едва ли не самой оригинальной личностью среди вошедших в историю выдающихся деятелей низкотемпературной физики и техники. Более того, он занимает заметное место даже среди тех выдающихся деятелей науки Англии и Шотландии, которые вошли в историю не только в связи с выдающимися научными заслугами, но и оригинальностью своего характера (взять хотя бы для примера Кавендиша, Хэвисайда, да и самого И. Ньютона).

Рис. 4.7. Джеймс Дьюар

Д. Дьюар родился в семье шотландца - виноторговца и владельца небольшой гостиницы в городке Кинкардине; он был младшим из его семи сыновей. Мальчик рос в довольно свободной атмосфере, учился в местной школе, увлекался игрой на флейте. В десятилетнем возрасте с ним произошел несчастный случай – играя зимой на реке, он провалился под лед; его спасли, но в результате сильной простуды здоровье его было по-дорвано. Несколько лет он принужден был пользоваться костылями из-за ревматизма, а болезнь легких заставила расстаться с игрой на флейте. Однако Джеймс не бросил музыку: он овладел игрой на скрипке. Более того, деревенский столяр, живший поблизости и занимавшийся изготовлением скрипок, приучил его к своему ремеслу, а точнее - искусству. Мальчик научился делать скрипки и овладел этим мастерством на вполне профессиональном уровне. Скрипка, которую он смастерил в двенадцатилетнем возрасте, сопровождала его всю жизнь; на ней играли на праздновании его золотой свадьбы.

Именно благодаря скрипичному мастеру было, по-видимому, положено начало тому "рукодельному" мастерству, которое так помогало впоследствии Дьюару в его тонких экспериментальных работах.

Джеймс, несмотря на болезнь, учился в школе хорошо и даже получил медаль и первую премию по математике. Закончив школу (к этому времени он уже оправился от болезни), он поступил в Эдинбургский университет и после успешного его окончания (получил четыре различных премии) был оставлен (1861 г.) при нем как лектор по химии.

Педагогическая работа, однако, "не пошла" у Дьюара ни в Эдинбурге, ни в Кембриджском университете, куда он был приглашен на должность профессора экспериментальной физики. Тридцатичетырехлетний профессор явно не подходил для воспитания юношества. Он был нетерпелив, вспыльчив и "не терпел дураков". Как написал с истинно британской сдержанностью проф. Е. Мендельсон, посвятивший ему целую главу в книге "Дорога к абсолютному нулю", "Дьюар и Кембридж по-видимому, не смогли понять друг друга".

Наконец через два года Дьюар принял предложение занять кафедру химии в Лондонском Королевском институте, ту самую, где когда-то работал Фарадей. Здесь он оказался в обстановке, наилучшим образом соответствующей его характеру; он мог спокойно работать без необходимости общения со многими людьми и сам выбирать направление исследований. Конечно, он не мог полностью продолжить традиции Фарадея, который один умел охватить несколько направлений, но одно из них – ожижение газов, он развил вполне достойно. Однако на низкие температуры он вышел не сразу, Сначала он работал в области химии.

Промежуточной ступенью на пути к низким температурам стали исследования теплоемкости твердых тел. Д. Дьюар установил ее уменьшение при понижении температуры. Он не был особенно склонен к высокой теории, но обладал блестящим чутьем на новое и уникальным даром экспериментатора, который мог не только придумать идею прибора, но и осуществить ее своими руками. Кроме того, он умел наилучшим образом, артистически продемонстрировать полученные результаты. Именно в области криогеники эти его способности проявились в наибольшей степени.

В Королевском институте Дьюар проработал до самой смерти (умер в возрасте 81 года). Еще за три дня до этого он работал до поздней ночи в лаборатории, а утром почувствовал себя плохо и был доставлен в больницу, где и скончался. Последней его работой было экспериментальное доказательство идентичности ?-частиц атомам гелия.

Следующая страница: Ожижение водорода Дж.Дьюаром