Журналы по вопросам электричества становятся всё более интересными. Делаются обзоры явлений, и ежедневно возникают новые проблемы, заслуживающие внимания инженеров. За последнее время в нескольких английских журналах, главным образом в «Electrician», были подняты темы, привлекшие к себе повышенное внимание. Выступление профессора Уильяма Крукса оживило интерес к его превосходным и умело проведенным экспериментам; эффект, наблюдаемый в электрических сетях Ферранти, побудил выразить своё мнение нескольких ведущих английских специалистов-электротехников; г-н Суинберн обнародовал ряд интересных идей по поводу использования конденсаторов в цепи возбуждения динамо-машин.

Собственные познания пишущего эти строки убедили его рискнуть высказаться относительно этих и других вопросов в надежде, что они позволят читателю получить некоторую полезную информацию или совет.

Среди многих своих экспериментов профессор Крукс останавливается на тех, которые он провел с трубками без электродов, и его описания приводят к заключению, что результаты, полученные с помощью таких трубок, довольно необычны. Если это так, то автору приходится сожалеть, что профессор Крукс, чья замечательная работа вызывает восхищение многих исследователей, не воспользовался в опытах должным образом сконструированной машиной переменного тока, именно такой, которая способна давать, скажем, от 10 000 до 20 000 колебаний тока в секунду. Тогда его исследования этого трудного, но захватывающе интересного предмета были бы еще более полными. Действительно, при работе такой машины, соединенной с индукционной катушкой, утрачивается различие в свойствах электродов — желательное, если не обязательное во многих экспериментах, поскольку во многих случаях оба электрода ведут себя одинаково; а с другой стороны, это дает преимущество в возможности сколь угодно усиливать эффект. Использование вращающегося переключателя, или коллектора, приводит к ограничению тока в первичной обмотке. При увеличении скорости коллектора ток первичной обмотки уменьшается; если ток увеличить, то искрение, которое невозможно полностью преодолеть с помощью конденсатора, портит устройство. Таких ограничений нет в машине переменного тока, так как в первичной обмотке можно получать любую желаемую скорость изменений тока. Таким образом, при сравнительно малом токе в первичной обмотке возможно получение исключительно высокой электродвижущей силы во вторичной обмотке; более того, можно быть совершенно уверенным в безупречной работе устройства.

Пользуясь случаем, хотел бы, не вдаваясь в детали, сказать, что всякий, кто попытается построить такую машину в первый раз, непременно будет рассказывать повести, полные печали и скорби. Сначала он, само собой разумеется, приступит к изготовлению якоря с необходимым количеством полюсов. Затем он получит удовлетворение от создания машины, способной сопровождать своей работой оперу Вагнера от начала до конца. Она, возможно, будет обладать способностью почти идеальным способом превращать механическую энергию в тепловую. Если будет возможность перемены полярности полюсов, он будет получать теплоту непосредственно от машины; если перемены нет, нагрев будет меньше, однако желаемый эффект не будет достигнут. Затем он откажется от железа в якоре и будет метаться между Сциллой и Харибдой. Он будет искать одну помеху и находить другую, однако после нескольких тяжких испытаний, возможно, получит приблизительно то, что хотел.

Из многих экспериментов, которые можно проводить с такой машиной, весьма интересны опыты с индукционной катушкой, находящейся под высоким напряжением. Совершенно меняется характер разряда. Дуга имеет гораздо большую протяженность, и на нее с такой легкостью воздействует малейший поток воздуха, что она извивается самым причудливым образом. При этом она обычно издает ритмичный звук, свойственный исключительно дугам переменного тока, но есть любопытная особенность, состоящая в том, что можно услышать звук с частотой, намного превышающей десять тысяч колебаний в секунду, что многими считается почти пределом слухового восприятия. Во многих отношениях катушка ведет себя подобно электростатической машине. Контактный прерыватель значительно уменьшает искровой промежуток, электричество истекает свободно, а от провода, присоединенного к одной из клемм, исходят легкие потоки света, как если бы он был присоединен к полюсу мощной машины Теплера. Все эти явления возникают, конечно, в основном по причине достижения огромной разности потенциалов. Вследствие самоиндукции катушки, а также высокой частоты ток очень незначителен, в то же время происходит соответствующее увеличение напряжения. Электрический импульс той или иной силы, возникший в такой катушке, длится не менее четырех десятитысячных секунды. Так как это время превышает половину периода колебаний, возникает мысль, что во время прохождения тока появляется противодействующая электродвижущая сила. Вследствие этого возрастает напряжение, как это происходит в наполненной жидкостью трубке, которая быстро колеблется вокруг своей оси. Ток настолько мал, что, по мнению и невольному опыту автора, разряд даже очень большой катушки не может оказать опасного воздействия, в то время как пропущенный через ту же катушку ток более низкой частоты, даже если электродвижущая сила была бы гораздо меньшей, вызывает разряд, который будет очень опасен. Этот результат, однако, лишь отчасти обусловлен высокой частотой. Эксперименты, проведенные автором, доказывают, что чем выше частота, тем большее количество электрической энергии может пройти сквозь тело, не причинив больших неприятностей; следовательно, представляется достоверным, что ткани человеческого тела действуют как конденсаторы.

Вы не вполне подготовлены к работе с катушкой, соединенной с лейденской банкой. Вы, конечно, представляете, что из-за высокой частоты емкость банки должна быть небольшой. Следовательно, вы берете очень маленькую банку, размером примерно с небольшой винный бокал, но обнаруживаете, что даже с такой банкой катушка практически замкнута накоротко. Затем вы уменьшаете емкость до тех пор, пока не остановитесь на емкости, равной примерно двум сферам, скажем, десяти сантиметрам в диаметре и отстоящим на два-четыре сантиметра одна от другой. Тогда разряд принимает форму зубчатой ленты, в точности такой, как серия искр, наблюдаемая в быстро вращающемся зеркале; зубцы, конечно, соответствуют разрядам конденсатора. В этом случае вы можете наблюдать странное явление. Разряд начинается на ближайших выступах, постепенно нарастает, в некоторых местах ближе к вершинам сфер он прерывается, опять начинается снизу и так далее. Это происходит так быстро, что видны сразу несколько зазубренных лент. Это может озадачить вас на несколько минут, но объясняется достаточно просто. Разряд начинается и увлекает дугу вверх, пока она не прервется, возникая вновь на ближайших выступах и т. д. Поскольку ток свободно проходит сквозь конденсатор малой емкости, будет считаться вполне естественным, что присоединение лишь одной клеммы к телу такого же размера, при этом его изоляция не имеет значения, значительно уменьшает пробойное расстояние дуги.

Эксперименты с трубками Гейслера представляют особый интерес. Трубка без каких-либо электродов, из которой откачан воздух, будет светиться, находясь на некотором расстоянии от катушки. Если вакуумную трубку поместить рядом с катушкой, вся трубка засияет ярким светом. Лампа накаливания, поднесенная к катушке, засветится и ощутимо нагреется. Если одну из клемм лампы присоединить к клемме катушки и приблизить руку к колбе, то между стеклом и рукой произойдет очень необычный и весьма неприятный разряд, и нить накаливания может раскалиться добела. Разряд до некоторой степени похож на поток, исходящий из пластин силовой установки Теплера, но имеет несравнимо бoльшую величину. Лампа в этом случае действует как конденсатор, в котором разреженный газ образует одну обкладку, а рука оператора — другую. Если взять лампу в руку и приблизить ее к проводу, соединенному с катушкой, или коснуться его металлическими клеммами, электрод начнет ярко светиться, а стекло быстро нагреется. Работая со 100-вольтной лампой в 10 свечей, вы сможете, не испытывая больших неудобств, выдерживать ток такой величины, которая заставит лампу достаточно ярко светиться; но держать ее в руке можно только несколько минут, так как стекло нагревается за невероятно короткое время. Когда трубка, помещенная вблизи катушки, светится, можно добиться прекращения свечения, поставив металлическую пластину между катушкой и трубкой, но если металлическую пластину прикрепить к стеклянному стержню или изолировать другим способом, трубка может продолжать светиться, несмотря на вклинившуюся пластину, или яркость ее свечения может даже возрасти. Эффект зависит от положения пластины и трубки относительно катушки, и его всегда можно предсказать, допустив, что существует проводимость от одной клеммы катушки к другой. В зависимости от положения пластины она может или отводить ток от трубки или направлять его к ней.

В другом направлении исследований автор часто проводил опыты, поддерживая свечение в 50- или 100-вольтных лампах накаливания с любой требуемой силой света, присоединив обе клеммы каждой лампы к толстому медному проводу в несколько футов длиной. Эти эксперименты представляются достаточно интересными, но они являются таковыми не более, чем эксцентричный опыт Фарадея, который не забыт и часто проводится современными исследователями, и в котором получаемый разряд возникает между двумя концами согнутого медного провода. Будет уместно сослаться на эксперимент, который представляется столь же интересным. Если трубку Гейслера, клеммы которой соединены медным проводом, поместить рядом с катушкой, никто, конечно, не будет готов увидеть свечение трубки. Достаточно любопытно, что она всё-таки светится и, что еще более любопытно, провод, как кажется, не играет при этом большой роли. Хотя в первый момент вы склоняетесь к мысли, что это явление как-то связано с полным сопротивлением провода. Но эта идея, конечно, немедленно отвергается, так как для этого потребовалась бы огромная частота. Эффект, однако, вызывает недоумение только поначалу, потому что по размышлении становится совершенно ясно, что провод может играть лишь незначительную роль. Этому можно найти несколько объяснений, но, возможно, наиболее подходящим будет вывод, допускающий, что электрический ток от клемм катушки проходит через пространство. В соответствии с этим предположением — и пусть трубка с проводом находится в любом положении — провод забирает на себя часть тока, проходящего сквозь пространство, в котором находятся провод и металлические клеммы трубки; сквозь примыкающее пространство ток проходит практически без помех. Поэтому, если трубка перпендикулярна линии, соединяющей клеммы катушки, провод едва ли играет какую-либо роль, но, располагаясь более или менее параллельно этой линии, провод до определенной степени снижает яркость свечения трубки и ее способность светиться. Основываясь на этом предположении, можно объяснить многие другие явления. Например, если на концы трубки поставить пластинки в форме шайб достаточного размера и удерживать ее на линии, соединяющей клеммы катушки, она не будет светиться, и тогда почти весь ток, вместо того чтобы проходить сквозь пространство между пластинками, пойдет в обратном направлении по проводу. Но если наклон трубки относительно линии будет достаточным, она будет светиться, несмотря на наличие пластин. То же, если металлическую пластину укрепить на стеклянном стержне и удерживать под прямым углом к линии, соединяющей клеммы, сместив ее ближе к одной из них: трубка, расположенная более или менее параллельно с линией, тотчас же засветится, как только одна из клемм коснется платы, и погаснет, если клемма не касается ее. Чем больше поверхность пластины, до определенного предела, тем легче возникает свечение трубки. Когда трубка помещена под прямым углом к прямой, соединяющей клеммы, и затем поворачивается, ее свечение неуклонно возрастает, пока она не станет параллельной этой линии. Автор обязан, однако, заявить, что он придает идее утечки тока через пространство не больше значения, чем это необходимо для объяснения, потому что убежден в том, что все эти эксперименты не могли бы быть проведены с машиной постоянного тока, дающей постоянную разность потенциалов, а также в том, что к этому явлению имеет отношение действие конденсатора.

Целесообразно принять определенные меры предосторожности, используя катушку Румкорфа с переменными токами очень больших частот. Первичный ток не должен быть включенным слишком долго, иначе сердечник так сильно нагреется, что может расплавиться гуттаперча или парафин либо сгорит изоляция, и это может произойти в течение очень короткого времени, учитывая силу тока. Без большого риска первичный ток можно подать через тонкие провода; при этом полное сопротивление так велико, что будет трудно заставить ток достаточно большой силы пройти по тонкому проводу, чтобы не повредить его, и действительно, катушка может быть в целом намного безопаснее, когда выводы тонкого провода соединены, чем когда они изолированы; но особого внимания заслуживает момент, когда выводы присоединены к обкладкам лейденской банки, поскольку в какой-то момент при емкости, близкой к критической, которая противодействует самоиндукции, при существующей частоте катушка может испытать судьбу Св. Поликарпа. Если дорогой вакуумный насос начинает светиться вблизи катушки или касается одного из его проводов, ток можно оставлять включенным всего на несколько мгновений, иначе стекло лопнет от нагрева разреженного газа в одном из узких проходов, как в собственных опытах автора, — quod erat demonstrandum[5].

Есть еще достаточно большое количество других интересных вопросов, которые могут быть рассмотрены в связи с такой машиной. Эксперименты с телефоном, с проводником в сильном поле, конденсатором или дугой всё же позволяют сделать определенный вывод о том, что звуки, намного превышающие общепринятый предел слышимости, могут быть восприняты. Телефон будет издавать звуки частотой от двенадцати до тринадцати тысяч вибраций в секунду; затем начинает сказываться неспособность сердечника успевать за такой частотой колебаний. Однако если магнит и сердечник заменить конденсатором, а клеммы присоединить к вторичной обмотке трансформатора с высоким напряжением, можно услышать более высокие звуки. Если ток направить вокруг сердечника из тонких пластин и осторожно приложить небольшую пластину тонкого листового железа к сердечнику, можно услышать еще более высокий звук — от тринадцати до четырнадцати тысяч колебаний в секунду, при условии, что ток достаточно сильный. Маленькая катушка, однако, плотно зажатая между полюсами магнита, будет издавать звук с указанным выше числом колебаний, а излучение дуги находиться на более высокой частоте. Предел слышимости оценивается по-разному. В трудах сэра Уильяма Томсона заявляется десять тысяч колебаний в секунду или около того, и это является пределом. Другие, но менее надежные источники считают его равным более чем двадцати четырем тысячам. Описанные выше эксперименты убедили автора — звуки с несравнимо бoльшим числом вибраций в секунду будут восприниматься при условии, что они смогут прозвучать с достаточной силой. Нет оснований сомневаться: именно так всё и будет. Сжатия и разрежения воздуха неизбежно вызовут соответствующую вибрацию барабанной перепонки. В результате ухо испытает некое новое ощущение. Какой бы ни была — в определенных пределах — скорость передачи к нервным центрам, всё же есть вероятность, что из-за недостаточного опыта ухо не будет способно различить ни одного столь высокого звука. С глазом совсем другое дело: если зрительное ощущение основано на эффекте резонанса, как многие считают, никакое значительное увеличение интенсивности колебаний эфира не сможет расширить наш зрительный диапазон с обеих сторон от спектра видимости.

Предел излучаемых звуковых волн дуги зависит от ее размера. Чем больше поверхность, создаваемая тепловым эффектом в дуге, тем выше звук. Самые высокие звуки исходят от разрядов высокого напряжения индукционной катушки, когда в дуге действует, так сказать, вся поверхность. Если R — сопротивление дуги, С — ток и линейные размеры дуги возрастут в n раз, тогда сопротивление составит R/n, и при той же плотности ток будет составлять п²С, следовательно, тепловой эффект увеличится в n³, в то время как поверхность возрастет только в п². По этой причине очень большие дуги не будут издавать какого-либо ритмичного звука даже с очень низкой частотой. Однако следует отметить, что издаваемый звук зависит также до некоторой степени от состава угольного электрода.

Если электрод содержит тугоплавкий материал, он при нагреве имеет свойство сохранять температуру дуги, следовательно, звук уменьшится; по этой причине представляется необходимым применение таких электродов для дуги переменного тока.

С токами высокой частоты можно получать бесшумные дуги, но регулирование лампы представляется чрезвычайно трудным делом при слишком слабом внимании или пренебрежении к положению проводников, передающих эти токи.

Интересной особенностью дуги, полученной от высокочастотных переменных токов, является ее устойчивость. Этому есть две причины, одна из которых присутствует всегда, вторая — только иногда. Первая обусловлена характером тока, а вторая — свойством машины. Первая причина более важна и обязана непосредственно частоте колебаний. Когда дуга формируется от тока, образующего волну через определенные промежутки времени, происходит соответствующее волнообразное изменение температуры газового столба и, как следствие, соответствующее волнообразное изменение сопротивления дуги. Но сопротивление дуги в огромной степени зависит от температуры газового столба, практически равно бесконечности, когда газ между электродами холодный. Поэтому стойкость дуги зависит от возможности сохранения температуры газового столба. По этой причине невозможно сохранять дугу с помощью тока малой частоты. С другой стороны, с практически постоянным током дуга легко удерживается, при этом в столбе постоянно поддерживаются высокая температура и низкое сопротивление. Чем выше частота, тем меньше времени для остывания дуги и значительно больше ее устойчивость. При частоте 10 000 и более колебаний в секунду сверхмалые колебания температуры в дуге накладываются на постоянную температуру, подобно зыби на поверхности глубокого моря. Тепловой режим практически постоянный, и дуга ведет себя так, как будто она создана постоянным током, за исключением, однако, того, что она может возникнуть не так быстро, а расход электродов будет одинаковым, тем не менее автор отмечал некоторые отклонения от нормы в этом отношении.

Вторая упомянутая причина, которая, возможно, не видна, обусловлена тенденцией машины такой высокой частоты сохранять ток практически постоянной величины. Когда дуга удлиняется, соответственно возрастает электродвижущая сила, и дуга оказывается более устойчивой.

Такая машина замечательным образом приспособлена для работы с током постоянной величины, но совсем не пригодна для напряжения постоянной величины. Действительно, в определенных типах таких машин почти неизбежно получается ток постоянной величины. Когда количество полюсов или полюсных выступов значительно возрастает, большое значение приобретает изоляционный промежуток между ними. Это равноценно тому, когда вы имеете дело с большим числом маломощных машин. Кроме того, полное сопротивление в якоре чрезвычайно возрастает под воздействием высокой частоты, одновременно возрастают и магнитные потери. Если используется триста или четыреста чередующихся полюсов, утечка так велика, что это в сущности уподобляется соединению полюсов в двухполюсной машине с помощью куска железа. Правда, эту помеху можно в некоторой степени устранить, используя поле одной полярности, но тогда сталкиваешься с трудностями иного характера. Все эти явления имеют тенденцию к поддержанию тока постоянной величины в цепи якоря.

В этом отношении интересно отметить, что даже сегодня инженеры изумляются способностью машины поддерживать постоянную величину тока, подобно тому как они несколько лет назад считали чрезвычайным ее достижением удерживать постоянную разность потенциалов на клеммах. Кроме того, первое достигается так же легко, как и второе. Следует только помнить, что в индуктивной машине любого вида, если требуется постоянное напряжение, индуктивная связь между первичным, или возбуждающим контуром, и вторичным, или контуром якоря, должна быть как можно более сильной, тогда как в машинах для постоянного тока требуется как раз обратное. Противодействие протеканию индуцированного тока должно быть по возможности малым в первом случае и наибольшим во втором. Но противодействие проходящему току может быть обусловлено не единственной причиной. Оно может быть вызвано омическим сопротивлением самоиндукции. Активное сопротивление динамо-машины, или трансформатора, может иметь такую величину, что при работе с устройствами сравнительно небольшого сопротивления в очень широких пределах можно поддерживать ток почти постоянной величины. Но такое высокое сопротивление сопровождается большой потерей энергии, значит, это непрактично. Другое дело самоиндукция. Самоиндукция не означает потерю энергии. Принцип таков: применяй самоиндукцию вместо сопротивления. Есть обстоятельство, которое благоприятствует принятию этого проекта, суть которого состоит в том, что очень высокая самоиндукция может быть получена дешевым способом, если сравнительно небольшой длины провод более или менее плотно окружить железом; к тому же эффект можно усиливать по желанию, вызывая быстрое волнообразное изменение тока. Итак, необходимые условия для тока постоянной величины сводятся к следующему: слабое магнитное взаимодействие между индуцированным и индуцирующим контурами, максимально высокая самоиндукция с минимальным сопротивлением, самая большая достижимая частота изменения тока. Для постоянного напряжения с другой стороны требуется самое сильное магнитное взаимодействие между контурами, стабильного индуцирующего потока и, по возможности, отсутствие реакции. Если последние условия могут быть полностью выполнены в машине с постоянным напряжением, ее мощность многократно превзойдет мощность машины, первоначально предназначенной для выработки постоянного тока. К сожалению, тип машины, в которой эти условия могут быть соблюдены, не дает возможности получения большой электродвижущей силы, и, кроме того, существуют трудности в снятии тока.

Благодаря своей проницательной изобретательской интуиции нынешние энтузиасты дугового освещения быстро поняли недостатки машин с постоянной величиной тока. Их машины для дугового освещения имеют слабые поля, и достаточно большие якоря с медным проводом огромной длины и небольшим количеством сегментов коллектора и изменение этих параметров не позволят увеличить силу тока и необходимую самоиндукцию. Такие машины могут поддерживать практически постоянную амплитуду тока при значительном колебании сопротивления в контуре. Их мощность соответственно уменьшается, поэтому с целью сокращения значительных потерь мощности они используют простое устройство, компенсирующее исключительно сильные изменения тока. Волнообразный характер тока — едва ли не самое важное качество эффективности системы дугового освещения. Он представляет собой стабилизирующий элемент, заменяет большое омическое сопротивление без больших потерь мощности и, что еще более важно, позволяет использовать простые надежные лампы, наиболее подходящие для ламп данного вида, которые, работая от тока с определенным количеством импульсов в секунду, будут, при правильной эксплуатации, регулироваться даже лучше. Это открытие было сделано автором с опозданием на несколько лет.

Компетентные английские электротехники утверждают, что в машине с постоянной силой тока или трансформаторе регулирование достигается путем изменения фазы тока во вторичной обмотке. Ошибочность этой точки зрения может быть легко доказана, если применить устройства, которые обладают самоиндукцией и электрической емкостью или самоиндукцией и сопротивлением, то есть запаздывающий и опережающий элементы в таком соотношении не оказывают существенного влияния на фазу вторичного тока. Можно подключать или отключать любое количество таких устройств и тем самым продемонстрировать, что стабилизация тока осуществляется, в то время как электродвижущая сила меняется в зависимости от их количества. Изменение фазы вторичного тока есть просто результат, вытекающий из изменений сопротивления, и хотя вторичная реакция имеет определенное значение, всё же настоящая причина управления лежит в наличии перечисленных выше обстоятельств. Следует, однако, указать, что вышеупомянутые замечания относятся к машине с независимым возбуждением.

Если возбуждение происходит путем коммутирования тока якоря, то фиксированное положение щеток придает любому сдвигу средней линии важнейшее значение. Пусть не покажется нескромным со стороны автора упоминание того факта, что, насколько можно судить по записям, он является первым, кто успешно управлял машиной, установив перемычку, соединяющую внешний контур и коллектор посредством третьей щетки. Если якорь и поле должным образом соразмерены, а щетки находятся в расчетном положении, то стабильный ток или напряжение являются следствием сдвига диаметра коммутации при варьировании нагрузок.

В связи с тем что машины вырабатывают ток таких высоких частот, конденсатор позволяет проводить особенно интересные исследования. Не составляет труда поднять электродвижущую силу такой машины в четыре-пять раз путем простого присоединения конденсатора к цепи, и автор постоянно использовал конденсатор для управления, как предложил Блейксли в своей книге о переменных токах, в которой он с изящной простотой и четкостью рассмотрел наиболее часто встречающиеся проблемы с конденсаторами. Высокая частота позволяет использовать небольшие емкости и облегчает исследование. Но несмотря на то, что в большинстве экспериментов результат может быть предсказан, многие явления поначалу кажутся странными. В качестве иллюстрации может послужить один опыт, проведенный три или четыре месяца тому назад с такой машиной и конденсатором. Была применена машина, дающая 20 000 колебаний в секунду. Концы двух неизолированных проводов длиной около двадцати футов, диаметром два миллиметра, расположенные очень близко один к другому, были присоединены к клеммам машины и к конденсатору. Небольшой трансформатор, конечно, без железного сердечника, использовался для снятия показаний в пределах шкалы вольтметра Кардью путем присоединения вольтметра к вторичной обмотке. На клеммах конденсатора электродвижущая сила составляла около 120 вольт, и она постепенно, дюйм за дюймом, уменьшалась, пока на клеммах генератора не осталось около 65 вольт. Фактически это выглядело так, как если бы конденсатор был генератором, а провод и якорная цепь — просто сопротивлением, присоединенным к нему. Автор надеялся на резонанс, но ему не удалось усилить эффект путем очень тщательного и постепенного подбора емкостей или путем изменения скорости машины. Добиться проявления отчетливого резонанса оказалось невозможно. Когда конденсатор соединялся с клеммами машины (предварительно была определена максимальная и минимальная величина самоиндукции якоря и найден средний показатель), емкость, которая давала наибольшую электродвижущую силу, почти соответствовала емкости, электродвижущая сила которой при заданной частоте полностью нейтрализовала самоиндукцию. При увеличении или уменьшении емкости электродвижущая сила, как и ожидалось, падала.

Для таких высоких частот, о которых говорилось выше, влияние конденсатора приобретает огромное значение. Конденсатор становится очень эффективным устройством, способным передавать значительные количества энергии.

Автор считает, что высокочастотные машины могут найти применение по крайней мере в тех случаях, когда не предполагается передача энергии на большие расстояния. Рост сопротивления можно уменьшать в проводах и увеличивать в механизмах, когда требуется тепловой эффект; можно создать более мощные трансформаторы с более высоким выходом и можно гарантированно получать ценные результаты с помощью конденсаторов. Используя высокочастотные машины, автор имел возможность наблюдать влияние конденсатора, которое при других обстоятельствах могло бы выпасть из сферы его внимания. Он очень заинтересовался явлением, которое наблюдал в электрических сетях Ферранти и о котором так много говорят. Компетентные инженеры-электротехники высказали свои мнения, но до сих пор всё это тем не менее выглядит предположением. Несомненно, в высказанных взглядах должна содержаться истина, но поскольку мнения расходятся, некоторые из них, должно быть, ошибочные. Увидев схему г-на Ферранти в «Electrician» от 19 декабря, автор составил свое мнение о результате. При отсутствии необходимых данных он должен был довольствоваться описанием процесса, который, по его мнению, будет несомненно иметь место. Конденсатор осуществляет две функции: 1) он изменяет фазы токов в ответвлениях; 2) он изменяет силу токов. Что касается изменения фазы, действие конденсатора должно заключаться в опережении фазы тока во вторичном контуре в Дептфорде и в его отставании в первичном контуре в Лондоне. Первое проявляется в уменьшении самоиндукции в первичном контуре Дептфорда, и это означает более слабую электродвижущую силу на динамо-машине. Запаздывание фазы первичного контура в Лондоне либо мало, либо вообще не проявляется, поскольку фаза тока во вторичном контуре в Лондоне не может иметь произвольного значения.

Значит, вторая функция конденсатора состоит в увеличении тока в обеих цепях. Неважно, имеется равенство токов или нет, но, чтобы понять значение повышающего трансформатора в Дептфорде, необходимо обратить внимание на то, что увеличение тока производит противоположные эффекты в обеих цепях. В Дептфорде это означает дальнейшее снижение электродвижущей силы в первичном контуре, а в Лондоне — увеличение электродвижущей силы во вторичном контуре. Следовательно, все устройства действуют совместно, чтобы вызвать вышеупомянутое явление. Такие явления происходят, по крайней мере, при выполнении сходных условий. Когда динамо-машина подключена непосредственно к магистрали, ничего подобного произойти не может.

Автору особенно интересны предложения и мнения г-на Суинберна. Г-н Суинберн часто оказывал автору честь своим несогласием с его взглядами. Три года тому назад, когда автор, вопреки широко распространенному среди инженеров мнению, выдвинул идею открытой цепи трансформатора, г-н Суинберн был первым, кто вынес ему приговор, заявив об этом в «Electrician»: «Трансформатор (Теслы) не может быть эффективным; он имеет вращающиеся магнитные поля, и поэтому его магнитная цепь разомкнута». Двумя годами позже г-н Суинберн становится поборником трансформатора с разомкнутой цепью и выражает готовность стать новообращенным. И впрямь, tempora mutantur et nos mutamur in illis[6].

Автор не может придавать большого значения теории реакции якоря в том виде, как она описана в «Industries», хотя, несомненно, в ней есть что-то от истины. Однако интерпретация г-на Суинберна столь широка, что это может означать всё что угодно.

Г-н Суинберн был, видимо, первым, кто обратил внимание на нагрев конденсаторов. Удивление, высказанное способнейшим электротехником, служит поразительной иллюстрацией необходимости проведения широкомасштабных экспериментов. Умелый исследователь, который имеет дело с мельчайшими частицами и изучает тончайшие процессы, должен вызывать гораздо больше доверия к себе, чем тот, кто экспериментирует с аппаратурой в промышленном масштабе; и действительно, в истории науки есть примеры изумительного искусства терпения и проницательной наблюдательности. Но как бы велико ни было мастерство и какой бы проницательностью ни обладал исследователь, поощрение результата и тем самым содействие его изучению пойдут только на пользу. Если бы Фарадей провел только один из своих экспериментов с динамической индукцией в широком масштабе, это принесло бы несомненно огромные выгоды.

По мнению автора, нагрев конденсаторов происходит по трем причинам: во-первых, из-за утечки тока, или проводимости, во-вторых, из-за неидеальных свойств диэлектрика и, в-третьих, из-за пульсации разрядов в проводнике.

Во многих экспериментах он сталкивался с проблемой передачи возможно большего количества энергии через диэлектрик. Например, он применял лампы накаливания с полностью запаянными в стекло концами нитей накаливания, но прикрепленными к внутренним изоляционным оболочкам конденсаторов таким образом, чтобы вся необходимая энергия проходила сквозь стекло с поверхностью конденсатора не более нескольких квадратных сантиметров. Такие лампы могли бы с успехом применяться на практике с токами достаточно высокой частоты. При частоте 15 000 колебаний в секунду нити с легкостью раскалялись добела. Этого можно добиться и при более низких частотах, но необходимо было увеличивать разность потенциалов. К тому же автор обнаружил, что через некоторое время стекло становилось перфорированным, а вакуум исчезал. Чем выше частота, тем дольше лампа может выдержать. Такой износ диэлектрика происходит всегда, когда количество энергии, передаваемой сквозь непроводник определенных размеров и при заданной частоте, слишком велико. Стекло проявляет себя наилучшим образом, но даже и оно приходит в негодность. В этом случае разность потенциалов на пластинах, конечно, слишком велика, и это приводит к потерям в проводимости и неидеальной диэлектрической проницаемости. Если требуются конденсаторы, способные выдерживать высокую разность потенциалов, то единственным диэлектриком, не приводящим к потерям, является сжатый газ. Автор работал с воздухом под огромным давлением, но это направление чревато большим количеством практических трудностей. Он считает: для того чтобы получать конденсаторы, приносящие значительную практическую пользу, следует использовать более высокие частоты. Однако такой проект имеет, кроме других недостатков, один большой, состоящий в том, что система станет непригодной для моторов.

Если автор не ошибается, г-н Суинберн предложил способ возбуждения генератора переменного тока при помощи конденсатора. В течение ряда лет автор и сам проводил эксперименты с целью получения удобного генератора переменного тока с самовозбуждением. Он добивался получения магнитных полей, применяя различные схемы переменных токов, которые могли быть коммутированы без механических устройств. Его эксперименты тем не менее открыли истину, непоколебимую, как гибралтарские столбы. Нельзя получить никакого заметного возбуждения с помощью тока, меняющегося с сингулярным (продолжительным) периодом и неменяющегося. Причина состоит в том, что изменения силы возбуждающего тока производят соответствующие изменения в напряженности поля, результатом чего будет наведение токов в якоре; и эти токи накладываются на токи, полученные от вращения якоря в поле; первые при этом опережают вторые на четверть фазы. Если поле будет расщепленным, возбуждения не возникнет, если оно не будет расщепленным, возникнет некоторое возбуждение, но будут нагреваться магниты. При сочетании двух возбуждающих токов со смещением на четверть фазы возбуждение может произойти в обоих случаях, а если магнит со слоистым сердечником, тепловой эффект сравнительно невелик, так как однородность, напряженность поля сохраняется, и, если бы была возможность создать совершенно однородное поле, возбуждение таким способом дало бы вполне ощутимые результаты. Если такие результаты можно получить, применяя конденсатор, как предложил г-н Суинберн, необходимо сочетание двух контуров, разделенных четвертью фазы, то есть катушка якоря должна быть намотана в двух направлениях и присоединена к одному или двум независимым конденсаторам. Автор проделал определенную работу в этом направлении, но должен отложить описание устройств на неопределенное время.

«The Electrical World», 21 февраля 1891 г.

8

Эксперименты с переменными токами высокой частоты

В журнале «The Electrical» в номере от 11 числа текущего месяца я нахожу заметку профессора Элью Томсона, имеющую отношение к некоторым из моих экспериментов с переменными токами высокой частоты.

Профессор Томсон обращает внимание ваших читателей на тот интересный факт, что он провел несколько опытов в том же направлении. Для меня не было полной неожиданностью узнать об этом, так как несколько месяцев тому назад в «Electrician» было опубликовано его письмо, в котором он упоминает небольшую машину переменного тока, способную вырабатывать, полагаю, 5 000 колебаний тока в секунду, и из которого также явствует, что его исследования в этой области относятся к более позднему времени[7].

Профессор Томсон описывает опыт с лампой с угольным электродом внутри, которая светилась при бомбардировке его молекулами газа, оставшегося в колбе после ее погружения в воду, «превращенную в слабый проводник благодаря растворенной в ней соли»; и при этом к угольному электроду было подключено напряжение 1 000 вольт с 5 000 колебаний тока в секунду. Подобные опыты проводились, конечно, и другими исследователями. Единственной отличительной особенностью экспериментов профессора была сравнительно высокая частота колебаний. Их можно также проводить при постоянной разности потенциалов между водой и угольным электродом, и в этом случае проводимость осуществляется, конечно, через стекло, при этом необходимая разность потенциалов должна быть соразмерна толщине стекла. При 5 000 колебаний тока в секунду проводимость всё же будет, но конденсаторный эффект перевешивает. Само собой разумеется, что нагрев стекла в этом случае происходит в основном из-за бомбардировки молекулами и частично также из-за утечки или проводимости, но неопровержимым фактом является то, что стекло может нагреваться также от молекулярного движения. Интересная деталь моих экспериментов состояла в том, что лампа загоралась, будучи помещенной рядом с индукционной катушкой, а также в том, что ее можно было держать в руке, а нить раскалялась добела.

Эксперименты описанного выше характера я проводил в течение долгого времени, преследуя некоторые практические цели. В связи с опытом, описанным профессором Томсоном, вероятно, представит интерес упоминание замечательного явления, которое можно наблюдать, работая с лампой накаливания. Если лампу поместить в сосуд с водой на достаточную глубину и присоединить нить накаливания к клеммам индукционной катушки, работающей от машины, которую я применял в своих экспериментах, вы сможете наблюдать тускло-красного свечения нити накаливания внутри ярко светящегося шара, пространство вокруг которого менее освещено. Этот эффект, возможно, вызывается отражением, так как шар имеет четкие очертания; но, возможно, своему происхождению он обязан и «неизведанной области»; во всяком случае, это явление так приятно для глаз, что его непременно следует увидеть, чтобы оценить.

Профессор неправильно понял мое утверждение о пороге слышимости. Я полностью отдавал себе отчет в том, что есть большие расхождения во мнениях по этому вопросу. Я также не был удивлен, обнаружив, что дуга с 10 000 импульсов в секунду издает звук. Я высказался по поводу того, что «есть любопытная особенность» и т. д., только из уважения к мнению сэра Томсона. Абсолютно никакого значения не придавалось конкретному числу. Согласно распространенному мнению, предел слухового восприятия наступал приблизительно при частотах от 10 000 до 20 000 колебаний в секунду или самое большее — от 20 000 до 40 000. Для моей аргументации это было несущественно. Я утверждал, что могут быть услышаны звуки с несравнимо большим числом колебаний, во много раз превышающим даже самый высокий показатель, если бы они могли быть произведены с достаточной силой. Мое высказывание было всего лишь теоретическим, но я придумал способ, который, надеюсь, позволит мне получить более точные сведения в этой области. У меня нет ни малейшего сомнения, что это лишь вопрос силы. Очень короткая дуга может молчать при частоте 10 000 колебаний в секунду, но как только она удлиняется, она начинает издавать звук. Число колебаний то же самое, но сила их возрастает.

Профессор Томсон утверждает, будто я считаю пределом «слухового восприятия звуков при частоте от 5 000 до 10 000 колебаний в секунду». В моих же высказываниях нет ничего, что позволило бы сделать вышеприведенное заключение, но профессор, возможно, не подумал о том, что каждому полному периоду колебания тока соответствуют два звуковых колебания, не зависящих от направления тока.

И счастлив узнать, что профессор согласен со мной относительно причин устойчивости дуги. В результате долгих размышлений я пришел к убеждению, что дуги, произведенные токами высокой частоты, будут обладать этим свойством и другими полезными качествами. Одно из моих намерений в этом направлении — получение небольшой дуги, имеющей практическое значение. Во многих случаях с помощью таких токов возможно получение дуг гораздо меньших размеров.

Теперь же интерпретация профессором Томсоном моих рассуждений о дуговой системе заставляет меня, пусть он простит мне эти слова, поверить, что наиболее существенным в успешной реализации дуговой системы является система управления. Несмотря на это, я уверен в правильности изложенных взглядов. На практике условия столь разнообразны, что ни один тип машины не сможет проявить себя наилучшим образом, учитывая всё разнообразие условий.

В одном случае, когда линия тянется на многие мили, желательно задействовать наиболее эффективную машину с наименьшим внутренним сопротивлением; в другом случае такую машину лучше не использовать. Конечно, следует признать, что машина любого типа, предназначенная для дуговых ламп, должна иметь большее сопротивление, чем та, которая создана для питания последовательно соединенных ламп накаливания. При эксплуатации дуговых ламп с низким сопротивлением машины наблюдается неустойчивая работа, если только не использовать тип лампы, в котором электроды разделены с помощью устройства, исключающего влияние в дальнейшем на питание, поскольку осуществляется независимым механизмом; но даже в этом случае сопротивление должно быть сравнительно большим, что обеспечит устойчивую работу ламп. Далее: при условии, что машина выдает стабильный ток, единственным способом достижения желаемого результата является помещение необходимого сопротивления где-либо внутри или снаружи машины. Последнее вряд ли достижимо, так как потребитель, возможно, выдержит горячую машину, но сочтет подозрительным наличие горячего блока сопротивления. Хороший автоматический регулятор, конечно, улучшит устройство и позволит нам изменить до некоторой степени внутреннее сопротивление, но не настолько, как того хотелось бы. И теперь, когда сопротивление уменьшено, мы можем, для пользы дела, заменить сопротивление в машине равноценным полным сопротивлением. Но чтобы получить большое полное сопротивление с малым омическим сопротивлением, необходимо использовать самоиндукцию и переменный ток, и чем больше самоиндукция и частота перемены тока, тем большим может получиться полное сопротивление, в то время как омическое сопротивление может быть небольшим. Вероятно, следует отметить, что полное сопротивление цепи, находящейся вне машины, также возрастает. Что касается увеличения омического сопротивления вследствие изменения тока, оно, как это происходит в применяемых ныне промышленных машинах, очень невелико. Тогда, очевидно, достигается большое преимущество при условии использования самоиндукции в цепи машины переменного тока, ибо возможна замена машины с сопротивлением, скажем, 16 ом другой, сопротивление которой не превышает 2 или 3 ома, а лампы при этом будут работать даже более стабильно. Поэтому мне кажется, что мои слова о существенной роли самоиндукции в техническом успехе системы дугового освещения находят подтверждение. Еще более важно то, что такая машина будет стоить значительно меньше. Но для того чтобы представить себе выгоду в полной мере, предпочтительно применять машину переменного тока, так как в этом случае появляется возможность изменения тока в широком диапазоне. Такое соотношение сопротивления и полного сопротивления, какое есть в машинах Браша и Томсона, не зафиксировано больше нигде, но я считаю, что, судя по конструкции, в машинах Браша оно меньше.

Согласно моему опыту, нет ни малейшего сомнения, что применение пульсирующих токов улучшит работу ламп с зажимным устройством. Я доказал это на разнообразных лампах, к полному удовлетворению не только своему, но и других. Чтобы добиться усовершенствования подачи с помощью механизма управления, желательно использовать лампу, в которой применяется независимый механизм подачи, и разъединение электродного стержня происходит независимо от перемещения вверх-вниз по ходу. В такой лампе зажим имеет малую инерцию и очень чувствителен к вибрации, тогда как если регулирование осуществляется посредством движения рычага, несущего электродный стержень, инерция системы столь велика, что вибрация не оказывает на нее влияния в той же степени, особенно если, как это имеет место во многих случаях, применяется амортизатор. В течение 1885 года я работал над созданием такой лампы, которая была рассчитана на работу с переменными токами. При частоте тока в пределах 1 500-1 800 импульсов в минуту регулирование лампы такое, что невозможно заметить абсолютно никакого движения электрода, даже если смотреть на дугу через линзу с пятидесятикратным увеличением; при использовании же постоянного тока регулирование лампы осуществляется малыми порциями. Но я продемонстрировал эту особенность на лампах другого типа, одной из которых была лампа с шунтирующей цепью, на которую ссылается профессор Томсон. Идея такой лампы возникла у меня в начале 1884 года, и когда появилась моя первая компания — первая созданная мной лампа была именно такой. Как только лампа оказалась готова к производству, я, получив из Патентного бюро бумаги для оформления заявок и не имея представления о порядке их оформления в Америке, вдруг узнаю: Томсон опередил меня и получил множество патентов на этот принцип устройства, что, конечно, очень огорчило меня и привело в замешательство. Используя такую лампу, я искал способ улучшить регулирование ламп переменным током, при этом видя преимущество в применении легкого, ни с чем не связанного зажима, движению которого ничто не препятствует. В это время обстоятельства не позволили мне довести до конца несколько проектов машин, которые я мысленно представлял себе, а с имевшимися машинами работа лампы представала в очень невыгодном свете. Я не могу согласиться с Элью Томсоном, что малые колебания будут в той же мере благоприятны для ламп с часовым механизмом, как и для ламп с зажимным устройством; в действительности они, как я считаю, вообще не дают никаких преимуществ для ламп с часовым механизмом.

Было бы интересно узнать мнение г-на Чарльза Ф. Браша по этим вопросам.

Профессор Томсон утверждает, что он добился полного успеха, применяя лампу с зажимным устройством «в контуре с катушками такой большой самоиндукции, что гасились любые, даже очень слабые флуктуации». Нет сомнений, что профессор не имеет в виду самоиндукцию, сглаживающую периодические флуктуации тока. Для этого требуется как раз противоположное свойство, а именно электрическая емкость. Самоиндукция катушек в этом случае просто увеличивала полное сопротивление и предотвращала возникавшие с большими временными интервалами сильные отклонения, которые появляются, когда сопротивление в контуре с лампами очень мало или оно большое, но амортизаторы, будь то в лампе или где-нибудь в другом месте, слишком свободны.

Далее профессор Томсон заявляет, что в лампе, механизм питания которой регулируется исключительно магнитом шунтирующей цепи, флуктуации, происходящие в дуге, не оказывают ощутимого воздействия на магнит. Действительно, колебания сопротивления дуги как следствие колебаний силы тока таковы, что могут гасить флуктуации. Тем не менее периодические флуктуации передаются через шунтирующую цепь, в чем каждый может с легкостью убедиться, приложив к магниту тонкую железную пластинку.

В отношении физиологического воздействия токов я мог бы сказать, что по прочтении незабываемой лекции, где изложены его взгляды на распространение переменных токов по проводникам, мне сразу же пришло в голову, что токи с высокими частотами будут менее вредны. Я искал доказательства того, что практика прохождения [тока] через тело вызывает меньшие физиологические воздействия. И временами считал себя способным локализовать боль наружных частях тела, но это под большим вопросом. Однако совершенно уверен, что ощущение от токов очень высоких частот несколько иное, чем от токов с низкими частотами. Я также отметил огромное значение готовности к шоку. Если вы готовы, воздействие на нервы будет совсем не таким сильным, как если бы вы не были подготовлены. При частотах 10 000 колебаний в секунду и выше вы ощущаете лишь слабую боль в центральной части тела. Заслуживающее упоминания свойство таких токов высокого напряжения состоит в том, что, дотронувшись до провода, вы тотчас же получаете ожог, по сравнению с которым боль почти не заслуживает внимания.

Но поскольку разность потенциалов на разных сторонах тела, создаваемая определенным током, проходящим сквозь него, очень мала, эффект нельзя полностью приписать поверхностному распространению тока, а исключительно низкое сопротивление тела так быстро меняющимся токам говорит скорее в пользу емкостного действия.

Что касается предложения доктора Татума, на которое профессор Томсон ссылается в другой статье того же номера журнала, могу сказать, что мной построены машины, которые имели до 480 полюсов и от которых можно было получать до 30 000 колебаний в секунду, а возможно, и больше. Я также разработал типы машин, в которых поле вращается в направлении, противоположном якорю, посредством чего от такой машины можно получить 60 000 и более колебаний в секунду.

Я высоко ценю положительное мнение профессора Томсона о моей работе, но должен признать, что в своих выводах он делает поразительнейшее заявление относительно мотивов своих критических замечаний. Я никогда ни на миг не сомневался в том, что они были продиктованы лишь дружеским побуждением. В повседневной жизни мы часто вынуждены представлять противоположные интересы или мнения, но, несомненно, в более высоком смысле чувства дружбы и взаимного уважения не должны быть опорочены такими моментами, как эти.

«The Electrical Engineer», 18 марта 1891 г.

9

Феномены токов высокой частоты

Я не могу не прокомментировать замечание профессора Томсона в вашем номере от 1 апреля, хотя и не люблю вступать в долгую полемику. И с радостью оставил бы последнее слово за профессором, если бы некоторые его заявления не сделали мой ответ необходимым.

В моих словах не было и намека, что все свои работы в области переменных токов высокой частоты Томсон сделал после своего письма, опубликованного в «Electrician». Я посчитал возможным и даже очень вероятным, что он провел свои эксперименты до письма, и мое высказывание в этой связи подразумевало этот обычный ход вещей. Более чем вероятно, что достаточно много экспериментаторов создали такие машины и наблюдали эффекты, подобные тем, что описаны профессором. Однако сомнительно, что при отсутствии каких бы то ни было публикаций по этому вопросу описанный мной эффект свечения наблюдался другими. Это тем более вероятно, поскольку очень немногие смогли бы пойти на те тяготы, которые испытал я. Да и сам не сделал бы этого, если бы у меня не было твердого убеждения, к которому я пришел, изучая труды самых выдающихся мыслителей, что я добьюсь искомых результатов. Теперь, когда я указал направление, будет, вероятно, много последователей, и именно с этой целью были продемонстрированы мной некоторые из достигнутых результатов.

Относительно экспериментов с лампой накаливания и нитью накала, установленной на одиночном проводе, профессор Томсон решительно утверждает, что он совершенно не может согласиться со мной, что проводимость сквозь стекло имеет какое-либо отношение к наблюдаемому явлению. Он упоминает хорошо известный факт, что лампа накаливания действует так же, как лейденская банка, и говорит, что «если бы проводимость сквозь стекло была возможной, этот эффект не мог бы проявиться». Я думаю, что могу с уверенностью утверждать, что очень немногие электротехники согласятся с этой точкой зрения. Чтобы емкостный эффект мог осуществиться, необходимо лишь, чтобы скорость, с которой заряды способны равномерно проникать через стекло благодаря проводимости, была бы несколько ниже скорости, с которой они накапливаются.

Профессор, по-видимому, считает, что проводимости сквозь стекло не существует. Но разве он никогда не измерял сопротивление изоляции? И разве не с помощью тока проводимости? Неужели он считает, что среди существующих физических тел есть идеальный изолятор? Разве он не понимает, что в связи с проводимостью вопрос может стоять только о ее степени? Если бы стекло было абсолютным изолятором, как мы могли бы объяснить утечку в стеклянном конденсаторе, когда на него воздействует постоянная разность потенциалов?

Хотя это и не связано напрямую с данной полемикой, я хотел бы здесь указать на то, что существует распространенная ошибка относительно свойств диэлектриков. Многие электротехники часто путают теоретический диэлектрик Максвелла с применяемыми на практике диэлектриками. Они всё еще думают, что единственным идеальным диэлектриком является эфир, а все остальные тела, о существовании которых нам известно, должны быть проводниками, судя по их физическим свойствам.

Мое утверждение, что в описанном выше опыте речь идет о некоторой, возможно, незначительной, проводимости, было сделано не только на основании того, что все вещества в большей или меньшей степени являются проводниками, но главным образом из-за нагрева стекла в ходе эксперимента. Профессор Томсон, видимо, не учел, что изолирующая способность стекла очень сильно ослабевает с повышением температуры, тем более что расплавленное стекло является сравнительно неплохим проводником. В своем первом ответе профессору в номере от 18 марта я, кроме того, изложил, что такой же эксперимент можно провести при постоянной разности потенциалов. В этом случае необходимо допустить, что в какой-то степени такой процесс, как проводимость стекла, имеет место, тем более что это можно продемонстрировать на опыте, в котором при достаточно высокой постоянной разности потенциалов сквозь стеклянный конденсатор с ртутным покрытием может проходить достаточное количество тока, чтобы засветилась трубка Гейслера, последовательно соединенная с конденсатором. При переменном напряжении проявляется влияние конденсатора и проводимость становится незначительной; проводимость тем слабее, чем выше частота чередований или изменений тока в единицу времени. Тем не менее, по моему мнению, проводимость существует всегда, особенно если стекло горячее, хотя слабая проводимость может иметь место при очень высоких частотах.

Далее профессор Томсон заявляет, что я, с его точки зрения, неправильно понял его высказывание о пределе слышимости. Он говорит, что от 10 000 до 20 000 полуволн соответствуют 5 000-10 000 полных звуковых колебаний. В своем ответе (в номере от 18 марта) я избегал прямого подчеркивания ошибки, допускаемой им, но теперь не вижу другого выхода. Профессор, надеюсь, извинит меня, если обращу его внимание на явление, которому он, по-видимому, не придал значения, а именно на то, что от 10 000 до 20 000 полуволн колебаний тока в дуге — что и было предметом обсуждения — означают не 5 000-10 000, а от 10 000 до 20 000 полных звуковых колебаний.

Профессор говорит, что я поддержал или предложил идею считать пределом слухового восприятия 10 000 колебаний в секунду, но я этого не делал. С его утверждением, что я экспериментировал со звуками от 5 000 до 10 000 полных колебаний, категорически не могу согласиться. По его мнению, это ниже предела слышимости, а в качестве аргумента приводит ссылку на то, что, экспериментируя в старших классах в Central High School в Филадельфии, он воспринимал 20 000 колебаний в секунду. Однако полностью проигнорировал особенность, на которой я подробно останавливался, а именно на том, что пределом слышимости дуги является нечто совершенно иное, чем предел слышимости вообще.

В ответ на некоторые мои суждения относительно машин с постоянной величиной тока Томсон описывает ситуацию, как пять или шесть лет тому назад ему пришло в голову испытать конструкцию динамо-машины с постоянной величиной тока, в которой «имелись весьма эффективные якорные обмотки, то есть сравнительно короткий провод для получения напряжения, и которые вращались в сильном магнитном поле». Снаружи обмотки и вне поля он поместил в цепь каждой обмотки дроссель, который состоял из железного сердечника, обмотанного проводом значительной длины и соединенного напрямую в цепь с якорной обмоткой. Таким образом он добился, как считал, «проявления значительной самоиндукции наряду с эффективной генерацией тока». Профессор ожидал, что «результаты, возможно, будут во многом совпадать с теми, которые могут быть получены при использовании машин обычной конструкции». Но он был разочарован. При всём уважении к нему я должен сказать, что надеяться на хороший результат при такой комбинации было весьма оптимистично. Земля не дальше от небес, чем предлагаемое устройство от того, где используется провод достаточной длины, намотанный на якоре, чтобы создать самоиндукцию и выработать необходимую ЭДС, вместо этого производится противоположный эффект, не говоря уже о потерях в железных сердечниках. Конечно, будет справедливо напомнить, что этот эксперимент был проведен пять или шесть лет тому назад, когда даже передовые электротехники испытывали недостаток в необходимой информации по этим и другим вопросам.

Профессор Томсон, видимо, считает, что самоиндукция уничтожает периодические волнообразные колебания тока. Однако самоиндукция ничего подобного не совершает, она, если хотите, делает волнообразные колебания более резко выраженными. Это очевидно. Давайте подключим катушку самоиндукции в цепь, по которой проходит переменный ток, и посмотрим, что произойдет. Во время наибольшей скорости изменений, когда ток имеет небольшую величину, самоиндукция оказывает большее сопротивление, чем во время малой скорости изменений, когда ток достигает максимальной или близкой к ней величины. Следствие — при той же самой частоте максимальная величина тока становится тем больше, чем сильнее самоиндукция. Так как звук в телефоне зависит только от максимальной величины, очевидно, что самоиндукция и есть то, что требуется для телефонной цепи. Чем сильнее самоиндукция, тем громче и яснее звучит речь, при условии, что ток в цепи имеет те же характеристики. Несколько лет деятельности в телефонии позволили мне достаточно хорошо изучить этот предмет. В вопросе о том, что катушка самоиндукции, включенная последовательно с телефоном, уменьшает громкость звука, Томсон, по-видимому, не учел того, что этот эффект целиком обязан полному сопротивлению катушки, т. е. ее свойству уменьшать силу тока. Но в то время, как сила тока уменьшается, волновая характеристика тока становится всё более резко выраженной. Очевидно, когда проводятся сравнения, они должны проводиться с тем же самым током.

Дуговые машины такого типа, с которыми работал профессор Томсон, действуют по-другому. Здесь вам придется иметь дело с замыканием и размыканием. В этом случае имеются два наведенных тока, один с противоположным, а другой с тем же направлением, что и главный ток. Если механизм предназначен для вышеупомянутой функции, то и с катушкой самоиндукции и без нее волновые колебания никак не могут быть сглажены. Но профессор, по-видимому, забыл, что этот эффект целиком обусловлен несовершенством коллектора, то есть наведенный ток прерывания, который имеет то же направление, что и главный ток, и высокую интенсивность, в случае большой самоиндукции просто соединяет смежные сегменты коллектора и если не полностью, то по крайней мере укорачивает интервал, во время которого цепь разомкнута, и таким образом ослабляются волнообразные колебания.

Что касается улучшения регулирования ламп с помощью вибраций или волнообразных колебаний, Томсон высказывается решительно. Теперь он считает, что вибрации должны улучшать регулирование ламп с часовым механизмом. Он говорит, что я «довольствовался только тем, что сказал», однако не могу согласиться с ним и в этом вопросе.

Так вот, «сказал» — это не единственное, что мною сделано. Я провел много ночей, отслеживая регулирование лампы, и оставляю за любым маститым экспериментатором право исследовать, верны ли мои утверждения. Мое мнение таково, что лампа с часовым механизмом, т. е. лампа, в которой опускание угольного электрода регулируется не зажимным или фрикционным механизмом, а с помощью анкерного механизма, не может регулироваться сколько-нибудь лучше, чем зубчатая передача, которая позволяет осуществлять перемещение, скажем, в ¹/₆₄ дюйма или менее того. Такая лампа регулируется почти тем же самым способом, независимо от того, будет ли ток идеально однородным или волнообразным, если только условия контура в других отношениях стабильны. Если в этом есть какая-либо выгода, она будет, я считаю, в использовании однородного тока, поскольку с волнообразным током лампа отключится на некоторое время и регулятор сработает больше чем на один зубец. Однако в лампе, где спуск угольного электрода регулируется фрикционным механизмом, волнообразный ток с должным количеством волновых колебаний в секунду всегда будет показывать лучший результат. Конечно, для того чтобы в полной мере получить выгоду от применения тока с волновым свойством, разъединение должно происходить независимо от движения вверх и вниз, на что я указывал ранее.

В отношении физиологических воздействий профессор Томсон говорит, что в таком сравнительно слабом проводящем материале, как животная ткань, распространение тока не может регулироваться самоиндукцией в какой-то поддающейся оценке степени, но он не принимает во внимание двойной эффект большого поперечного сечения, на который указывал сэр Уильям Томсон. Поскольку сопротивление тела таким токам низко, мы должны допустить или емкостное, или индуктивное действие токов в теле.

«The Electrical Engineer», 8 апреля 1891 г.

10

Электролитические часы

Если укрепленный на оси легко вращающийся и точно сбалансированный металлический диск или цилиндр поместить в подготовленный гальванический раствор посередине между анодом и катодом, то одна половина диска становится электроположительной, а другая половина — электроотрицательной. Вследствие этого на одной половине металл накапливается, а с другой половины удаляется, и диск начинает вращаться под действием силы тяжести. Так как количество накапливаемого и теряемого металла пропорционально силе тока, то скорость вращения, даже небольшая, пропорциональна величине тока.

Ил. 1. Электролитические часы

С первым устройством такого рода я работал в начале 1888 года, пытаясь создать электрический счетчик. Однако когда я узнал, что другие опередили меня в том, что имеет отношение к принципу устройства, то изобрел прибор, который представлен на прилагаемой иллюстрации (Ил. 1). Здесь F — прямоугольная рама из твердой резины, укрепленная на деревянном основании. Толщина этой рамы около ? дюйма, длина 6 дюймов и высота 5 дюймов. К обеим вертикальным сторонам прикреплены толстые металлические пластины, которые служат электродами. Эти пластины плотно прижаты к резиновой раме с помощью зажимов ТТ и T₁T₁. На горизонтальных сторонах рамы укреплены латунные пластины В и B₁, имеющие такую же форму, что и резиновая рама F. Латунные пластины служат для крепления двух пластин из полированного стекла, и полученный сосуд герметически закрывается с помощью резиновых прокладок, помещаемых между латунными и стеклянными пластинами. Таким образом, пластины можно плотно скрепить винтами без опасения сломать их.

Гальванический раствор, который в данном случае является концентрированным раствором сульфата меди, заливается внутрь через отверстие вверху резиновой рамы, которое закрывается пробкой R.

В центр сосуда помещается легкий и точно сбалансированный медный диск D, ось которого поддерживается капиллярной стеклянной трубкой, прикрепленной к одной из стеклянных пластин с помощью сургуча или другого вещества, не разъедаемого жидкостью. Чтобы уменьшить трение сколько это возможно, в капиллярной трубке, выполняющей роль подшипника, должна быть капля масла. Центр диска должен находиться на равном расстоянии от обоих электродов. С одной стороны диска к оси прикреплен очень легкий индикатор, или стрелка, лучше всего, если это будет тонкая стеклянная нить. На стеклянной пластине, ближайшей к этой стрелке, имеется круг с обычными делениями, как на циферблате часов. Этот круг может двигаться, так что его можно поместить в любое положение относительно стрелки. Если циферблат неподвижен, тогда в качестве стрелки следует использовать тонкий провод из закаленного железа. В этом случае провод следует поместить таким образом, чтобы он был точно в центре раствора. Тогда с помощью подковообразного магнита диск можно будет повернуть и поставить в нужное положение.

Если осторожно залить медный раствор и поставить на место крышку R, а клеммы батареи постоянного тока соединить с зажимами TT₁ можно наблюдать вращение диска. Шунт, соединенный с двумя другими зажимами TT₁ дает возможность изменять скорость вращения диска. Скорость вращения регулируется таким образом, чтобы соответствовать делениям шкалы, к примеру, один оборот совершается за 12 часов.

Очевидно, что этот прибор был задуман не для практического применения. Также и его показания не будут достаточно точными. Имеются определенные неизбежные погрешности, например, вследствие трения, которое невозможно полностью преодолеть. Но прибор интересен как средство измерения времени новым способом. Тем не менее выясняется, что при условии продуманной конструкции, постоянного тока и температурного компенсатора его можно отрегулировать так, что вращение будет почти идеально равномерным. Для достижения наилучших результатов плотность тока должна быть небольшой, а диск диаметром около 3 дюймов будет совершать один оборот за 6 часов. При использовании раствора серебра и серебряной пластины предположительно можно добиться лучших результатов. Очень интересно отметить феномен раствора и диска в таком узком прозрачном сосуде. Раствор имеет голубой цвет, одна часть диска выглядит белой, как серебро, а другая часть подобна почерневшему серебру. Разграничительной линии нет, но эти тона красиво переходят один в другой.

«The Electrical Engineer», 6 мая 1891 г.

11

Электростатический индукционный генератор переменного тока

Около полутора лет тому назад, будучи занят изучением переменных токов с коротким периодом, я пришел к мысли, что такие токи можно получать, вращая заряженные поверхности на малом расстоянии от проводников. И в соответствии с этим изобрел различные виды экспериментальных машин, две из которых представлены на прилагаемых иллюстрациях.

Ил. 1

В приборе, представленном на ил. 1, А — кольцо из сухого дерева, пропитанного шеллаком, на внутренней стороне которого укреплены два комплекта станиолевых пластин а и b, где все пластины а и все пластины b соединены вместе, как указано, но независимо друг от друга. Эти два комплекта пластин присоединены к двум клеммам Т. Только для ясности на рисунке показано несколько пластин. С внутренней стороны кольца и на близком расстоянии от него установлен вращающийся цилиндр В, изготовленный также из сухого твердого дерева, пропитанного шеллаком, и снабженный двумя такими же комплектами пластин а₁ и b₁. Все пластины а₁ соединены с одним кольцом, а все b₁ — с другим, обозначенные как + и —. Эти два комплекта, а₁ и b₁, заряжены током высокого напряжения с помощью машины Хольца или Уимсхерста и могут быть подключены к банке конденсатора определенной емкости. Внутренняя сторона круга А облицована слюдой для усиления индукции, а также для того, чтобы можно было применять более высокие напряжения.

Когда цилиндр В с заряженными пластинами вращается в цепи, присоединенной к клеммам T, движется переменный ток.

Ил. 2

Устройство другой машины показано на ил. 2. В этой машине имеются два комплекта станиолевых пластин, приклеенных к неподвижному эбонитовому диску, и есть подобный вращающийся диск, пластины которого заряжены, как это показано на ил. 1.

Мощность такой машины очень мала, но она дает возможность наблюдать некоторые эффекты, свойственные исключительно переменным токам малой частоты. Эти эффекты, однако, нельзя сравнить с теми, которые могут быть получены с помощью индукционной катушки, работающей от машины переменного тока высокой частоты; некоторые из них были не так давно описаны мной.

«The Electrical Engineer», Нью-Йорк, 6 мая 1891 г.

12

Электрический разряд в вакуумных трубках

В «Electrical Engineer» за 10 июня я обратил внимание на описание некоторых экспериментов профессора Джозефа Джона Томсона, в частности на электрический разряд в вакуумных трубках, а в номере за 24 июня профессор Элью Томсон описывает опыт такого же рода. В основе этих экспериментов лежит идея наведения электродвижущей силы в вакуумной трубке — желательно без участия электродов — посредством электромагнитной индукции и засвечивания трубки таким способом.

В соответствии с моим видением предмета я, пожалуй, должен сказать, что любому экспериментатору, всесторонне изучившему стоящую перед ним проблему и пытавшемуся найти ее решение, эта идея должна представляться такой же естественной, как, например, идея заполнения пространства между пластинами лейденской банки разреженным газом и возбуждения таким образом свечения в конденсаторе путем его зарядки и разрядки.

Будучи очевидной, эта идея, каковы бы ни были достижения в этом направлении исследований, непременно будет зависеть от полноты изучения предмета и точности результатов исследования. Пишу эти строки без всякого желания с моей стороны подтвердить документально, что я являюсь одним из тех, кто провел подобные эксперименты, но с желанием помочь другим экспериментаторам, обратив их внимание на определенные особенности исследуемого феномена, не замеченные, судя по всему, профессором Дж. Дж. Томсоном, который, как кажется, работал более или менее методично, проводя свои исследования, и стал первым, кто объявил о полученных результатах. Эти подмеченные мной особые свойства, по-видимому, не согласуются с воззрениями профессора и представляют феномен в ином свете.

Я занимался исследованиями в этом направлении главным образом зимой и весной прошлого года. В течение этого времени проведено много различных экспериментов, и в процессе обмена идеями по этому предмету с г-ном Альфредом С. Брауном из Западной объединенной телеграфной компании выдвигались всевозможные предложения по самым разнообразным компоновкам, которые были осуществлены мною на практике. Ил. 1 может служить примером одного из многих применявшихся аппаратов. Это устройство состояло из большой стеклянной трубки, запаянной с одной стороны и вставленной в обычную колбу лампы накаливания. Первичный контур, обычно состоявший из нескольких витков толстого, хорошо изолированного медного листа, помещался внутри трубки, а внутреннее пространство колбы представляло собой вторичный контур. Этот тип устройства стал результатом некоторых опытов, и я применял его главным образом для того, чтобы можно было получить отполированную отражающую поверхность на внутренней стороне трубки, и для этого последний виток первичного контура покрывался тонким слоем серебра. Во всех применявшихся типах аппаратов не возникало особых проблем в образовании светящегося круга или цилиндра вокруг первичного контура.

Ил. 1

Что касается количества витков, я не вполне понимаю, почему профессору Дж. Дж. Томсону кажется, что нескольких витков было бы «вполне достаточно», но чтобы не приписывать ему суждения, которого у него, возможно, нет, добавлю к сказанному, что у меня сложилось это представление после прочтения опубликованных выдержек его лекции. Очевидно, что количество витков, которое в любом случае дает наилучший результат, зависит от размеров аппарата, и если не существует иных соображений, один виток всегда даст лучший результат.

Я убедился, что в этих экспериментах предпочтительнее использовать генератор переменного тока, дающий среднее число колебаний в секунду, чтобы индукционная катушка возбуждалась и заряжала лейденскую банку, которая разряжается через первичный контур, как показано в виде схемы на ил. 2. В этом случае, прежде чем произойдет электрический пробой, трубка или колба, слегка возбуждаясь, образуют светящийся круг. Но в некоторых экспериментах я применял также и генератор Уимсхерста. По мнению Дж. Дж. Томсона, рассматриваемые феномены, по-видимому, всецело обязаны своим происхождением электромагнитному воздействию. Одно время я был того же мнения, но после тщательного изучения предмета пришел к убеждению, что они ближе к электростатической природе. Необходимо помнить, что в этих экспериментах нам приходится иметь дело с токами огромной частоты и высокого напряжения в первичном контуре, а проводником вторичного контура является разреженный газ, и что при таких условиях электрические эффекты играют важную роль.

Ил. 2

Ил. 3

В поддержку своей точки зрения я опишу несколько проведенных мной опытов. Чтобы вызвать свечение в трубке, совершенно не обязательно, чтобы проводник был замкнутым. Например, если вокруг обычной вакуумной трубки (желательно большого диаметра) поместить спираль из толстого медного провода в качестве первичной обмотки, то в трубке может индуцироваться слабо светящаяся спираль, примерно как на ил. 3. В одном из экспериментов наблюдался любопытный феномен: внутри образовались два ярко светящихся круга, оба вблизи витка спирали первичной обмотки, и я объяснял это явление наличием утолщений в первичной обмотке. Круги были соединены слабо светящейся спиралью, параллельной первичной обмотке и образовавшейся в непосредственной близости от нее. Чтобы вызвать такой эффект, я счел необходимым предельно зарядить конденсатор. Витки спирали начинают смыкаться и образуют круги, вполне вероятно, что это может произойти, но не обязательно свидетельствует об электромагнитном эффекте; в то же время тот факт, что свечение может возникать вдоль первичной обмотки в форме незамкнутой спирали, является аргументом в пользу электростатического эффекта.

Так же наглядно проявляется электростатический эффект в случае применения повторного контура доктора Лоджа. Порядок расположения показан на ил. 4. В этих экспериментах через две полые вакуумные трубки НН были пропущены провода повторного контура, и после разрядки конденсатора в трубках обычно возникало свечение.

Ил. 4

Ил. 5 иллюстрирует еще один проведенный эксперимент. В этом случае обычная колба от лампы помещалась внутрь одного или двух витков толстого медного провода Р, и разряд конденсатора через первичную обмотку возбуждал свечение круга L в колбе. Колба имела станиолевое покрытие на стороне, противоположной первичной обмотке, и каждый раз, когда станиолевое покрытие соприкасалось с землей или с большим предметом, свечение шара значительно усиливалось. Очевидно, что это обусловлено электростатическим эффектом.

Ил. 5

Проводя другие эксперименты, я заметил, что когда первичная обмотка соприкасается со стеклом, светящийся круг образуется легче, имеет более четкие очертания; но я не отмечал, что индуцированные круги вообще очень четко очерчены, как высказался Томсон; напротив, в моих опытах они были широкими, и часто светилась вся колба или трубка; а в одном случае я наблюдал сильное свечение с багряным оттенком, о котором упоминает профессор Дж. Дж. Томсон. Но круги всегда находились в непосредственной близости от первичной обмотки и появлялись гораздо легче, когда последняя находилась очень близко к стеклу, и оказывались слишком большими по сравнению с тем, что можно было ожидать, рассчитывая на электромагнитный эффект и принимая во внимание расстояние. Эти факты говорят в пользу электростатического эффекта.

Кроме того, я заметил, что плоскость светящегося круга бомбардируется молекулами под прямым углом к стеклу, если допустить, что круг находится в плоскости первичной обмотки. Доказательством такой бомбардировки служит быстрый нагрев стекла вблизи первичной обмотки. Если бы бомбардировка происходила не под прямым углом к стеклу, нагрев не был бы таким быстрым. Я предположил: если имеет место круговое движение молекул, образующих светящийся круг, то оно, возможно, проявится, если внутри трубки или колбы поместить тонкую слюдяную пластину, покрытую каким-либо фосфоресцирующим веществом радиально к кругу, и другую такую же пластину — касательно к кругу. Если молекулы двигаются кругообразно, первая пластина будет фосфоресцировать более интенсивно. Но из-за недостатка времени я не смог провести этот опыт.

Еще одно мое наблюдение: когда диэлектрическая постоянная среды между первичной обмоткой и вторичной возрастает, индуктивный эффект увеличивается. Это приблизительно иллюстрирует ил. 6. В этом случае упомянутый эффект был отмечен, когда свечение возбуждалось в вакуумной трубке или колбе В, а стеклянная трубка Т вставлялась между первичной обмоткой и колбой. Если бы здесь имело место исключительно электромагнитное действие, то просто невозможно было бы увидеть какое-либо изменение.

Ил. 6

Я также заметил, когда колбу окружает замкнутый на себя провод, находящийся в той же плоскости, что и первичная обмотка, образованию светящегося круга внутри колбы ничто не препятствует. Но если вместо провода использовать широкую станиолевую ленту и приклеить ее на колбу, то образование светящейся полосы будет затруднено, потому что в этом случае действие распределяется по большей поверхности. Эффект замкнутой станиолевой ленты имеет, без сомнения, электростатическую природу, поскольку станиоль обладает значительно бoльшим сопротивлением, чем провод, и вследствие этого оказывает существенно меньшее электромагнитное влияние.

Некоторые эксперименты профессора Дж. Дж. Томсона, по всей видимости, тоже демонстрируют электростатическое действие. Например, в эксперименте с колбой, помещенной в колоколообразный сосуд, когда из последнего откачан воздух настолько, что оставшийся газ достигает максимальной проводимости, образование круга в колбе и в сосуде затруднено по причине высокой проводимости пространства, окружающего первичную обмотку; в случае дальнейшей откачки воздуха из сосуда проводимость пространства вокруг первичной обмотки уменьшается, и круги обязательно появятся, сначала в колоколообразном сосуде, так как разреженный газ находится ближе к первичной обмотке. Но если бы индуктивное действие было очень сильным, они, возможно, появились бы и в колбе. Однако если из колоколообразного сосуда откачать воздух до максимально возможной степени, они, вполне вероятно, проявились бы только в колбе, то есть при условии, что безвоздушное пространство не является проводником. Предположив, что к этим феноменам имеют отношение электростатические воздействия, мы без труда придем к объяснению того, почему введение ртути или нагрев лампы препятствуют образованию светящейся полосы или сокращают период послесвечения, а также того, почему в некоторых случаях платиновый провод может препятствовать возбуждению трубки. Как бы то ни было, некоторые опыты Томсона могут создавать видимость проявления электромагнитного эффекта. Могу только добавить, что в одном из своих экспериментов, в котором для создания вакуума применил метод Торричелли, я не смог получить светящуюся полосу, но это, возможно, обусловлено применением слабых токов возбуждения.

Мой основной довод состоит в следующем: я экспериментально доказал, что если один и тот же разряд, достаточный, чтобы вызвать появление светящейся полосы в колбе, пройдя через первичный контур, получает такое направление, которое усиливает индуцированный электростатический эффект, то есть он обращен вверх, — вакуумная трубка, не имеющая электродов, может светиться на расстоянии несколько футов.

Записка профессора Дж. Дж. Томсона в «London Electrician» за 24 июля 1891 года

Г-н Тесла, по-видимому, приписывает наблюдаемый им эффект электростатической природе, и я нисколько не сомневаюсь, что, как видно из приводимого им описания методов проведения его опытов, электростатическое действие играет в них очень важную роль. Однако он, по-видимому, превратно понял мою точку зрения относительно причины этих разрядов, которая состоит не в том, как он полагает, что свечение в трубках без электродов не может быть создано с помощью электростатического действия, а в том, что его можно также получить, когда это воздействие исключено. По правде говоря, добиться свечения гораздо легче, когда эта электростатическая активность проявляется, чем когда ее нет. Чтобы проиллюстрировать это, я могу сослаться на то, что свечение в трубке было получено в первом же эксперименте, который я провел с разрядом лейденской банки, но только после шестинедельного непрерывного экспериментирования я смог получить удовлетворивший меня разряд в вакуумной трубке, причиной которого было то, что обыкновенно называется электродинамическим действием. Хотелось бы разобраться в том, что мы понимаем под электростатическим воздействием. Если перед разрядом конденсатора увеличить напряжение в катушке первичного контура, она будет индуцировать на стеклянной трубке распределенное электричество. Если напряжение первичного контура резко падает, эта электризация перераспределяется и может пройти через разреженный газ, вызывая при этом его свечение. Пока продолжается процесс разрядки конденсатора, трудно и, с теоретической точки зрения, нежелательно разделять эффект на части, одна из которых называется электростатической, другая — электромагнитной; факт, который мы можем доказать, состоит в том, что в этом случае разряд отличается от того, который могли бы создать электродвижущие силы, производные от потенциальной функции. В моих экспериментах катушка первичного тока была заземлена и, из предосторожности, первичный контур отделен от разрядной трубки экраном из фильтровальной бумаги, смоченной разбавленной серной кислотой и также заземленной. Влажная фильтровальная бумага является достаточно хорошим проводником, способным экранировать постоянное электростатическое действие, однако не вполне достаточным, чтобы не пропустить волновые импульсы переменной электродвижущей силы. Во время демонстрационных опытов в Физическом обществе я, конечно, не мог держать трубки закрытыми, но, если меня не подводит память, продумал меры предосторожности с целью устранения электростатического эффекта. Во избежание недоразумений считаю возможным заявить, что не делал официального доклада Обществу, моей целью было продемонстрировать некоторые из наиболее типичных экспериментов. Отзыв об этих экспериментах в «Electrician» исходил от репортера, чьих заметок я даже не читал. Теперь я почти закончил рукопись и в скором времени надеюсь опубликовать описание этих и многих других сходных экспериментов, включая некоторые упоминаемые г-ном Теслой опыты с проводниками, помещенными вблизи разрядной трубки, которые, как я считаю, в некоторых случаях уменьшают, в других — увеличивают яркость разряда, а также опыты, связанные с эффектом присутствия веществ с большой удельной индуктивной восприимчивостью. Всё это, как мне кажется, дает удовлетворительное объяснение, однако я должен отослать к моей статье.

Ответ на записку Дж. Дж. Томсона в «London Electrician» от 24 июля 1891 года

В «Electrical Engineer» от 12 августа я обнаруживаю некоторые высказывания профессора Дж. Дж. Томсона, которые первоначально увидели свет в «London Electrician» и имеют отношение к некоторым экспериментам, описанным мной в вашем издании за 1 июля.

Я не ошибся, по-видимому, в понимании проф. Дж. Дж. Томсоном причины рассматриваемого феномена, но я считал, что в его экспериментах, а также и в моих собственных огромное значение имеют электростатические эффекты. Из скудного описания проведенных им экспериментов не явствует, что были предприняты все возможные меры, предотвращающие возникновение этих явлений. У меня не было сомнений, что свечение в замкнутой трубке можно вызвать при полном отсутствии электростатического воздействия. Действительно, на начальном этапе я и сам надеялся получить исключительно электродинамический эффект и полагал, что добился этого. Но множество экспериментов, проведенных в то время, доказали мне, что в большинстве случаев электростатические эффекты имеют гораздо большее значение и позволяют дать удовлетворительное объяснение большинству наблюдаемых феноменов.

Используя термин «электростатический», я соотносил его скорее с природой действия, чем со стационарным условием, с которым его обычно связывают. Чтобы быть лучше понятым, охотно допускаю, что вблизи вакуумной трубки, находящейся под током, должна быть помещена небольшая сфера, заряженная до очень высокого напряжения. Сфера действует индуктивно на трубку, и распределенное на ней электричество, несомненно, создаст свечение (при достаточно высоком напряжении), пока не будет достигнуто неизменное состояние. Если исходить из того, что трубка идеально изолирована, то в процессе распределения электричества произойдет только одна моментальная вспышка. Это, по всей видимости, обусловлено лишь электростатическим воздействием.

А теперь допустим, что заряженная сфера будет двигаться с большой скоростью вдоль вакуумной трубки. Тогда трубка будет непрерывно возбуждаться (светиться), так как двигающаяся сфера будет вызывать постоянное перераспределение электричества и столкновение молекул разреженного газа. Мы опять-таки будем иметь дело с электростатическим эффектом, и, кроме того, можно будет, вероятно, наблюдать электродинамическое воздействие. Но если бы было, к примеру, обнаружено, что полученный эффект зависит в большей мере от определенного индуктивного свойства, чем от магнитной проницаемости среды, что, конечно, будет иметь место при скоростях несравнимо меньших, чем скорость света, то тогда, полагаю, я имел бы основания сказать, что полученный эффект ближе к электростатической природе. Мои рассуждения, однако, не ведут к тому, что какое-либо подобное условие превалирует в случае разряда лейденской банки через первичный контур, но думаю, что такой процесс желателен.

Я не отступил от истинного смысла вышеупомянутого примера, когда употребил выражение «ближе к электростатической природе», исследовав влияние тел, обладающих большой удельной индуктивной восприимчивостью, и изучив, например, значение качества стекла, из которого изготовлена трубка. Я также постарался выяснить влияние среды с высокой проницаемостью, используя кислород. Приблизительные расчеты показали, что трубка с кислородом в состоянии возбуждения при тех же условиях, то есть насколько они могли бы быть определены, дает больше света, но это, конечно, может быть обусловлено и многими другими причинами.

Нисколько не сомневаясь в том, что благодаря внимательности и предусмотрительности, проявленным профессором Дж. Дж. Томсоном, полученное свечение обязано своим появлением исключительно электродинамическому воздействию, вместе с тем хотел бы сказать, что во многих экспериментах отмечал удивительные случаи неэффективности экранирования, а также обнаружил, что электризация через воздух часто играет очень большую роль и в некоторых случаях, возможно, обусловливает возбуждение трубки.

В своем первом письме в «Electrician» профессор Дж. Дж. Томсон упоминает о факте свечения в трубке, расположенной рядом с проводом, через который разряжается лейденская банка, его отмечал и Хитторф. Я полагаю, что подобный эффект слабого свечения наблюдался многими экспериментаторами, но в моих опытах свечение было значительно более ярким, чем отмечаемые.

«The Electrical Engineer», Нью-Йорк, 1 июля 1891 г.

13

Заметки по поводу униполярной динамо-машины

Фундаментальным открытиям, великим достижениям разума свойственно неослабно держать в своей власти воображение мыслителя. Достопамятный эксперимент Фарадея с диском, вращающимся между двумя полюсами магнита, принесший такие великолепные плоды, давно стал обыденным явлением, и всё же у этого прообраза нынешних динамо-машин и двигателей есть определенные особенности, которые даже сегодня кажутся нам поразительными и заслуживают самого тщательного изучения.

Рассмотрим, например, диск из железа или другого металла, вращающийся между двумя противоположными полюсами магнита, когда поверхности полюсов полностью охватывают обе стороны диска, и предположим, что с помощью контактов ток равномерно снимается со всех точек периметра диска и поступает на него. Рассмотрим сначала двигатель. Во всех обычных двигателях их работа зависит от некоторого смещения или изменения равнодействующей силы магнитного притяжения, действующей на якорь. Этот процесс осуществляется или с помощью механического приспособления на двигателе, или благодаря действиям токов соответствующего свойства. Мы можем объяснить принцип действия такого двигателя с тем же успехом, как мы делаем это в отношении водяного колеса. Но в вышеприведенном примере с диском, находящимся полностью между полярными поверхностями, нет смещения магнитного воздействия, никаких изменений не происходит, но, насколько нам известно, вращение всё-таки имеет место. В этом случае привычные суждения неприменимы; мы не можем дать даже поверхностного объяснения явлению, как это было бы возможным для обычных моторов, и принцип действия станет нам понятным только тогда, когда мы осознаем истинную природу задействованных сил и поймем тайну невидимого связующего механизма.

Рассматриваемый в качестве динамо-машины диск в равной степени интересен и как объект изучения. В дополнение к своему особенному свойству вырабатывать токи одного направления без применения переключающих устройств такой генератор отличается от обычных динамо-машин еще тем, что в нем не происходит реактивного взаимодействия между якорем и полем. Ток в якоре имеет свойство создавать магнитное поле, направленное под прямым углом к полю возбуждения, но поскольку ток снимается равномерно со всех точек периметра и, если быть точным, внешний контур тоже можно смонтировать идеально симметрично к электромагниту, никакая реакция не может произойти. Это, однако, верно только до тех пор, пока магниты слабо подпитываются, ибо когда магниты более или менее насыщены, намагниченные под прямым углом поля, по-видимому, интерферируют.

Из одного только этого примера явствует, что мощность такого генератора должна быть намного больше, чем у другой подобной машины при одном и том же весе, в которой ток якоря имеет свойство размагничивать поле. Исключительно высокая мощность униполярной динамо-машины Форбза и опыт автора подтверждают эту точку зрения.

С другой стороны, легкость, с которой такие машины, способные самовозбуждаться, могут быть построены, поразительна, но это может быть обусловлено — помимо отсутствия противодействия со стороны якоря — идеальной однородностью тока и отсутствием самоиндукции.

Если полюсы не охватывают диск полностью с обеих сторон, тогда, конечно, генератор станет работать очень неэффективно, если только диск не будет должным образом разделен. Кроме того, есть еще моменты, заслуживающие внимания. При условии, что диск вращается, а ток возбуждения прерывается, сквозь якорь он пойдет непрерывно, а возбуждающие магниты будут терять свою напряженность сравнительно медленно. Причина этого сразу станет понятной, когда мы рассмотрим направление токов в диске.

Ил. 1

На схеме ил. 1 d обозначает диск со скользящими контактами ВВ' у оси и на окружности. N и S обозначают два полюса магнита. Предполагается, что полюс N находится впереди, как показано на схеме, а диск — в плоскости рисунка и вращается в направлении, указанном стрелкой D; ток в диске протекает от центра к краю, как указывает стрелка А. Поскольку действие магнитного поля более или менее ограничено пространством между полюсами NS, другие части диска могут рассматриваться как неактивные. Следовательно, создаваемый ток не полностью пройдет по внешнему контуру F, но будет замыкаться на самом диске, и, как правило, если расположение в какой-то степени подобно представленному на рисунке, значительная часть генерированного тока не выйдет наружу, так как контур F практически замкнут накоротко нерабочей частью диска. Можно предположить, что направление результирующих токов в последнем будет таким, как указано пунктирной линией и стрелками m и n, а направление питающего тока возбуждения обозначено стрелками abcd. Рисунок показывает, что вихревой ток одного из двух направлений, а именно АВ'тВ, стремится размагнитить поле, в то время как другой ток, а именно АВ'пВ, производит противоположное действие. Следовательно, ток направления АВ'тВ, который создает приближающееся поле, будет расталкивать силовые линии, тогда как ток направления АВ'пВ, а именно создающий удаляющееся поле, будет притягивать силовые линии к себе.

Вследствие этого всегда будет проявляться тенденция к ослаблению тока в токопроводящем пути АВ'тВ, тогда как в пути тока АВ'пВ такого противодействия не будет, и эффект последнего из названных направлений, или токопроводящих путей, будет иметь перевес в большей или меньшей степени над первым. Общий эффект от токов в обоих предполагаемых направлениях может быть эквивалентен по результативности одиночному току того же направления, что и ток, создающий поле. Другими словами, вихревые токи, циркулирующие в диске, будут питать возбуждающий магнит. Этот результат совершенно противоположен тому, к которому мы могли бы прийти, поскольку, естественно, ожидали, что результирующее воздействие тока в обмотке якоря станет проявляться в противодействии току возбуждения, как это обычно происходит, когда проводники токов первичной и вторичной обмоток находятся в индуктивной связи. Но следует помнить, что в данном случае это происходит благодаря особому расположению двух путей, предоставленных току, и он выбирает тот, где при своем прохождении встречает наименьшее противодействие. Отсюда мы видим, что вихревые токи, проходящие в диске, частично подпитывают поле, и поэтому, когда ток возбуждения прерывается, токи в диске продолжают течь, и ослабление напряженности возбуждающего магнита будет происходить сравнительно медленно, и он сможет даже сохранять определенную степень напряженности, пока происходит вращение диска.

Конечно, результат в значительной степени будет зависеть от сопротивления и геометрических размеров пути результирующего вихревого тока и скорости вращения; эти факторы, в частности, обусловливают замедление этого тока и его положение относительно поля. Определенной скорости будет соответствовать максимальное возбуждающее действие; тогда при возрастании скорости оно будет постепенно падать до нуля и в конце концов реверсировать, то есть результирующий эффект вихревого тока должен будет ослаблять поле. Это взаимодействие лучше всего продемонстрировать экспериментально, разместив обмотки возбуждения NS и N¹S¹ так, чтобы они свободно двигались на оси и располагались концентрически по отношению к оси диска. Если бы последний вращался, как и раньше, в направлении стрелки D, поле увлекалось бы в одном направлении с крутящим моментом, который до определенной точки будет нарастать вместе со скоростью вращения, затем спадать и, пройдя через нулевую отметку, в конце концов станет отрицательным; то есть поле начнет вращаться в обратном направлении относительно диска. Этот интересный результат наблюдался в опытах с электродвигателями переменного тока, в которых поле смещалось токами другой фазы. При очень низких скоростях вращения поля двигатель покажет крутящий момент в 900 фунто-футов или выше, который проявится на шпинделе диаметром 12 дюймов. Когда скорость вращения полюсов возрастала, крутящий момент уменьшался, доходил, в конце концов, до нуля, становился отрицательным, и тогда якорь начинал вращаться в противоположном относительно поля направлении.

Вернемся к основному вопросу. Допустим, что условия будут таковы, что вихревые токи, вызванные вращением диска, усиливают поле, и предположим, что поле постепенно перемещается, пока диск вращается с нарастающей скоростью. Ток, однажды возникнув, может затем быть достаточным, чтобы сохраниться и даже увеличить силу, и тогда мы получим то, что известно как «аккумулятор тока» сэра Уильяма Томсона. Но вышеизложенные соображения приводят к очевидному выводу: для успешного проведения эксперимента необходимо использовать неразделенный диск, ибо при наличии радиального деления вихревые токи не могут сформироваться и процесс самовозбуждения прервется. Если бы был использован такой радиально разделенный диск, возникла бы необходимость соединить деления с помощью токопроводящей скобы или любым другим подходящим способом, чтобы образовать симметричную систему замкнутых контуров.

Ил. 2

Ил. 3

Действие вихревых токов можно использовать для возбуждения машин любой конструкции. Например, на ил. 2 и 3 показана компоновка, при которой может возбуждаться машина с дисковым якорем. Здесь магниты NS, NS размещаются радиально на каждой стороне металлического диска D, имеющего по краю определенное количество изолированных катушек СС. Магниты образуют два обособленных поля, внутреннее и внешнее, при этом твердый диск вращается в ближайшем к оси, а катушки находятся в более удаленном от оси. Допустим, что магниты изначально слабо намагничены; под воздействием вихревых токов в твердом диске их возбуждение может возрасти настолько, что создает более сильное поле для периферийных катушек. Однако, несмотря на то что при соблюдении надлежащих условий машина, несомненно, может возбудиться тем или иным способом, имеется достаточно много полученных экспериментальным путем доказательств расточительности такого способа возбуждения.

Но такой тип униполярной машины или двигателя, какой показан на ил. 1, может эффективно возбуждаться просто при правильном разделении диска или цилиндра, в которых образуются токи, что дает реальную возможность избавиться от обычно применяемых катушек возбуждения. Такая схема представлена на рисунке 4. Предполагается, что диск или цилиндр D установлен таким образом, чтобы он мог вращаться между полюсами N и S магнита, который полностью закрывает его с обеих сторон, контуры диска и полюсы представлены в виде окружностей d и d¹ соответственно, передний полюс не показан, чтобы было лучше видно. В середине магниты должны быть полыми, чтобы сквозь них могла пройти ось С диска. Если необозначенный полюс находится сзади, а диск вращается но часовой стрелке, ток будет проходить, как и прежде, от центра к краю окружности, и с помощью скользящих контактов ВВ¹ он может поступать на ось и на окружность соответственно. В этом устройстве ток, проходящий сквозь диск и внешний контур, не будет оказывать заметного влияния на возбуждающий магнит.

Ил. 4

А теперь предположим, что на диск нанесены разделительные линии в виде спирали, как показано на ил. 4 сплошными и пунктирными линиями. Разность потенциалов между точкой на оси и точкой на окружности останется неизменной как по знаку, так и по величине. Единственное отличие будет состоять в том, что сопротивление диска возрастает и перепад напряжения от точки на оси к точке на окружности будет бoльшим, когда тот же ток будет проходить по внешнему контуру. Но поскольку ток вынужден придерживаться разделительных линий, мы увидим, что он будет способен то усиливать энергию поля, то ослаблять ее, и это будет зависеть, при прочих равных условиях, от направления разделяющих линий. Если разделение таково, как показывают сплошные линии на рисунке 4, то становится очевидным: если ток имеет направление, что и прежде, т. е. от центра к краю окружности, то его воздействие будет усиливать электромагнит, тогда как если разделение соответствует пунктирным линиям, генерированный ток будет ослаблять магнитное поле. В первом случае генератор сможет самовозбуждаться, когда диск вращается в направлении стрелки D, во втором случае направление вращения должно быть противоположным. Однако возможно соединение двух таких дисков. Два диска будут вращаться в противоположных полях в том же или в противоположном направлении.

Подобное можно, конечно, использовать в генераторах, в которых вместо диска вращается цилиндр. В таких униполярных генераторах можно обойтись без катушек возбуждения и без полюсов, как показано выше, и можно создать генератор, состоящий только из цилиндра или двух дисков, помещенных внутри металлического корпуса.

Ил. 5

Вместо спиралевидных разграничительных борозд на диске или цилиндре, как показано на ил. 4, удобнее вставить один или несколько витков между диском и контактным кольцом на окружности, как показано на ил. 5.

Динамо-машина Форбза, к примеру, может работать по такому принципу. В результате опытов автор пришел к заключению, что вместо обычных скользящих контактов для снятия тока с двух таких дисков выгоднее использовать гибкую проводящую ленту. В этом случае на дисках имеются широкие бортики с очень большой контактной поверхностью. Проводящая лента должна быть смонтирована таким образом, чтобы она могла опираться на бортики под упругим давлением для создания контакта. Два года тому назад автором было построено несколько машин с ленточными контактами, которые удовлетворительно работали. Но из-за недостатка времени работа в этом направлении была временно приостановлена. Ряд интересных находок, описанных выше, автор использовал в связи с некоторыми типами двигателей, работающих от переменного тока.

«The Electrical Engineer», Нью-Йорк, 2 сентября 1891 г.

14

О рентгеновских лучах (1)

Человек не может смотреть на небольшую лампу Крукса без чувства, близкого к благоговению, когда он размышляет о том, сколь много было совершено в науке с ее помощью. Это, во-первых, великолепные результаты, полученные ее создателем; затем выдающаяся работа Ленарда и, наконец, удивительные достижения Рентгена. Кроме того, она, вероятно, несет в себе демоническую благодарность Асмодея, который будет выпущен из своей тесной темницы удачливым ученым. Временами мне и самому слышался шепот, и я начинал усердно рыться в своих пыльных колбах и бутылках. Боюсь, мое воображение вводило меня в заблуждение, но они всё еще здесь, мои пыльные колбы, и я всё еще прислушиваюсь, полный надежд.

Повторив превосходные эксперименты профессора Рентгена, я направил все свои силы на исследование природы излучений и совершенствование способов их получения. Нижеследующее является кратким и, надеюсь, полезным описанием применявшихся методов и наиболее выдающихся результатов, достигнутых в этих двух направлениях.

Чтобы получить наиболее интенсивные излучения, мы должны сначала принять во внимание, что, какова бы ни была их природа, они неизбежно зависят от интенсивности катодных потоков. Последние, в свою очередь, зависят от величины потенциала; отсюда следует: желательно применять максимально достижимое электрическое напряжение.

Чтобы получить высокое напряжение, мы можем воспользоваться простой индукционной катушкой, электростатической машиной или катушкой с разрядником. У меня создалось впечатление, что в Европе большинство результатов было достигнуто благодаря применению электростатической машины или катушки Румкорфа.

Но поскольку эти электрические устройства могут вырабатывать лишь сравнительно небольшой потенциал, мы, естественно, вынуждены применять катушку с разрядником в качестве наиболее эффективного преобразователя. Ее применение практически не ограничивает длину искрового разряда, и единственным условием является обязательное владение экспериментатором определенными знаниями и навыками в настройке контуров, в частности, в том, что касается резонанса, на это я указывал в своих предыдущих работах по данному вопросу.

После создания катушки с разрядником, пригодной для подключения к любому типу тока, постоянному или переменному, экспериментатор приходит к размышлениям относительно того, какого типа колбу использовать. Понятно, если мы помещаем в колбу два электрода или применяем один внутренний и один наружный электроды, мы ограничиваем потенциал, поскольку наличие не только анода, но любого проводящего объекта действует понижающе на реально достижимый потенциал катода. Таким образом, чтобы добиться намеченной цели, экспериментатор неизбежно приходит к идее применения колбы с одним электродом, при этом второй электрод должен находиться на возможно большем удалении.

Очевидно, что действие внутреннего электрода должно обеспечивать максимальную скорость катодных потоков, так как лампы без внутренних электродов для этих целей гораздо менее продуктивны вследствие потерь энергии в стекле. Существует, по-видимому, распространенная ошибка относительно концентрации лучей с помощью вогнутых электродов. Во всяком случае, это невыгодно. Для такой лампы имеются определенные специальные схемы из катушек с разрядником и контуров, конденсаторов и статических экранов, о чем я подробно рассказал в предыдущих статьях.

После того как сделан выбор индукционного устройства и типа лампы, следующим важным объектом размышлений является вакуум. Относительно этого предмета могу довести до всеобщего сведения явление, известное мне уже давно и возможности которого я использовал для производства вакуумных рубашек и всевозможных ламп накаливания, а само его впоследствии счел крайне важным, если не сказать существенным, для получения отчетливых рентгеновских отпечатков. Я имею в виду метод разрежения с помощью электрических средств до любой желаемой степени, намного превышающей достигаемую с помощью механических устройств.

Хотя к этому результату можно прийти, применяя статическую машину, а также обычную индукционную катушку, дающую достаточно высокое напряжение, я обнаружил, что в значительно большей степени подходящим аппаратом, обеспечивающим к тому же максимальную быстроту в работе, является катушка с разрядником. Лучше всего соблюдать следующий порядок действий: сначала из лампы откачивается воздух с помощью обычного вакуумного насоса до достаточно высокой степени разрежения, хотя мои опыты доказали, что это совсем не обязательно, так как я посчитал возможным создавать вакуум, начиная с низкого давления. После создания вакуума в колбе лампа присоединяется к клемме катушки с разрядником предпочтительно с высокой частотой колебаний, и обычно отмечается следующее явление: сначала по лампе растекается молочно-белый свет, при высокой степени разрежения в колбе стекло может фосфоресцировать в течение короткого времени. Во всяком случае, свечение, как правило, быстро исчезает, а белый свет концентрируется вокруг электрода, после чего на некотором расстоянии от последнего формируется темное пространство. Вскоре после этого свет приобретает красноватый цвет, а клемма очень сильно нагревается. Этот нагрев, однако, наблюдается только на мощных аппаратах. На этой стадии целесообразно внимательно следить за лампой и контролировать напряжение, так как электрод может быстро сгореть.

Спустя некоторое время красноватый свет исчезает, потоки опять становятся белыми, после чего они, ослабевая, пульсируют вокруг электрода, пока окончательно не исчезнут. Между тем свечение стекла становится всё более и более интенсивным, а то место в колбе, куда поток бьет, становится очень горячим, в то же время свечение вокруг электрода исчезает, и он до такой степени охлаждается, что стекло вокруг него может быть, как ни удивительно, холодным, как лед. Газ в колбе к этому времени достигает необходимой степени разрежения. Процесс можно ускорить, если попеременно осуществлять нагревание и охлаждение и использовать небольшой электрод. Следует добавить, что точно так же можно использовать лампы с наружными электродами. Пожалуй, будет представлять интерес примечание, что при определенных условиях, более глубоким исследованием которых я занимаюсь, давление газа в сосуде можно увеличивать с помощью электричества.

Полагаю, что разрушение электрода, которое неизменно происходит, связано с резким снижением температуры. В момент, когда электрод становится холодным, лампа готова для производства рентгеновских отпечатков. Как только электрод становится таким же горячим, как стекло, — это верный знак, что вакуум недостаточно высок или что электрод слишком мал. Для высокоэффективной работы внутренняя поверхность колбы, на которую наталкивается катодный поток, должна производить впечатление, будто стекло находится в жидком состоянии.

Я обнаружил, что в качестве охлаждающей среды лучше всего применять потоки холодного воздуха. Применяя этот способ, можно успешно работать с лампой, имеющей очень тонкие стенки, при этом прохождение лучей не встречает значительных препятствий.

Хочу призвать не удерживать экспериментаторов от использования стеклянной колбы, поскольку убедился, что непрозрачность стекла, так же как прозрачность алюминия, до некоторой степени преувеличена, поскольку очень тонкий алюминиевый лист отбрасывает ясно различимую тень, в то же время удалось получить отпечатки через толстую стеклянную пластину.

Описанный выше метод ценен не только как способ получения сколь угодно высоких вакуумов, но он еще более важен тем, что наблюдаемое явление проливает свет на результаты, полученные Ленардом и Рентгеном.

Хотя феномен разрежения при описанных выше условиях допускает различные интерпретации, основной интерес вызывает одна из них, которой я придерживаюсь, то есть фактически происходит выброс частиц сквозь стенки колбы. В последнее время я замечал, что колба начинает действовать должным образом на чувствительную пластину только с момента, когда разрежение становится заметным, а производимый эффект наиболее ярок, когда процесс разрежения наступает быстро, даже несмотря на то, что фосфоресценция может и не проявиться особенно ярко. В таком случае очевидно, что два явления тесно связаны и всё более убеждают, что нам приходится иметь дело с потоком материальных частиц, которые с большими скоростями падают на чувствительную пластину. Основываясь на мнении лорда Кельвина о скорости выбрасываемых частиц в лампе Крукса, мы при очень высоких потенциалах без труда добьемся скоростей в целую сотню километров в секунду. Теперь, с другой стороны, встает известный вопрос: выбрасываются частицы из электрода или из заряженной поверхности вообще, включая вариант с наружным электродом, сквозь стеклянные или алюминиевые стенки или они просто ударяются о внутреннюю поверхность и вырывают частицы из внешней стороны колбы, действуя исключительно механически, подобно тому, как разбивается шеренга бильярдных шаров? До сих пор большая часть явлений указывает на то, что они выбрасываются через стенку колбы, из какого бы материала она ни была сделана, и я нахожусь в поиске дополнительных решающих свидетельств в этом направлении.

Возможно, неизвестен факт, что даже обычный стример, внезапно и под большим давлением вырываясь из клеммы разрядной катушки, проходит сквозь толстую стеклянную пластину, как будто ее не существует. Несомненно, что с помощью такой катушки достижимы напряжения, которые будут выбрасывать частицы, движущиеся прямолинейно, даже при атмосферном давлении. Я получил отчетливые отпечатки в условиях обычного атмосферного давления не с помощью стримеров, как это делали некоторые экспериментаторы, применяя статические машины или индукционные катушки, а с помощью практического вбрасывания, при этом образование стримеров полностью исключалось благодаря тщательному статическому экранированию.

Специфическая особенность рентгеновских лучей состоит в том, что частоты, от низких до максимально достижимых, по-видимому, не влияют на качество производимых действий, за исключением того, что они становятся интенсивнее при более высоких частотах, вероятно, это обусловлено тем фактом, что в этом случае также повышается максимальное напряжение на катоде. Это возможно только при исходной посылке, когда воздействия на чувствительную пластину обусловлены выбросом частиц или вибрациями, намного превышающими любую частоту, какую мы можем получить с помощью разрядов конденсатора. Сильно возбужденная лампа окутана облаком фиолетового света, простирающегося вокруг нее более чем на фут, но с другой стороны этого видимого явления нет никакого достоверного доказательства существования волн подобных световым. С другой стороны, тот факт, что светонепроницаемость находится в определенной пропорциональной зависимости от плотности вещества, является веским аргументом в пользу материальных потоков, то же самое можно сказать и об эффекте, открытом профессором Дж. Дж. Томсоном.

Можно получить важное свидетельство, доказывающее природу излучений, и добиться успеха, повышая четкость отпечатков, если усовершенствовать пластины, сделав их чувствительными к механическому удару или импульсу. Для этой цели существуют соответствующие химические препараты, а разработка этого направления может привести к отказу от применяемой сейчас пластины. Более того, если нам приходится иметь дело с потоками материальных частиц, то, очевидно, представляется возможным подобрать для пластины соответствующий материал, чтобы получить эффективную химическую реакцию.

С помощью описанных аппаратов на пластине получаются отчетливые отпечатки. Представление об интенсивности излучений дает мое наблюдение: можно без труда получать отпечатки при сравнительно короткой экспозиции с расстояний во многие футы, в то же время для небольших расстояний и тонких предметов применяется экспозиция в несколько секунд. Прилагаемый снимок являет собой тень медной проволоки, спроецированной с расстояния 11 футов сквозь деревянный щит над чувствительной пластиной. Это был первый снимок, сделанный усовершенствованным аппаратом в моей лаборатории. Подобный отпечаток был получен сквозь тело экспериментатора, стеклянную пластину толщиной почти в 3/16 дюйма и толщу древесины в два дюйма с расстояния около четырех футов. Я, однако, могу отметить: когда делались эти отпечатки, мой аппарат работал в чрезвычайно неблагоприятных условиях, и это способствовало производству столь многих усовершенствований, и теперь я надеюсь на многократное улучшение результатов.

Костная структура птиц, кроликов и других позвоночных представлена до мельчайших деталей, четко видна даже пустая полость в костях. На пластине с кроликом после одного часа экспозиции видна не только каждая деталь скелета, но четко видно строение брюшной полости и расположение легких.

Четкие отпечатки костей конечностей человека получаются при экспозициях в пределах от четверти до одного часа, и некоторые пластины показали такое количество деталей, что почти невозможно поверить, что мы имеем дело всего лишь с тенями. Например, был сделан снимок ступни в обуви, и на нем видна каждая складка на кожаной обуви, брюки, носки и т. д., в то же время определенно выделяются плоть и кости. При прохождении сквозь тело экспериментатора тени мелких пуговиц и других подобных предметов образовывались быстро, в то же время при выдержке от одного часа до полутора проявляются ребра, кости плеча и предплечья, как видно из прилагаемого отпечатка. Теперь имеются несомненные доказательства, что в любой части тела можно обнаружить небольшие металлические объекты и костные или известковые отложения.

Контур черепа легко проявляется при экспозиции от 20 до 40 минут. В одном случае экспозиция в 40 минут дала четкое изображение не только контура, но и глазной впадины, подбородка, скулы и носовых костей, нижней челюсти, сочленений с верхней челюстью, позвоночного столба и сочленения с черепом, плоти и даже волос. При мощном облучении головы отмечались необычные эффекты. Мне кажется, появляется сонливость и впечатление ускорения бега времени. Воздействие носит общий успокоительный характер, и я ощущал теплоту в верхней части головы. Мой помощник тоже заметил, что его клонило ко сну, а время протекало быстрее. И пусть эти удивительные проявления будут проверены людьми с более тонкой наблюдательностью, я всё же буду более склонен верить в существование материальных потоков, пронизывающих череп. Следовательно, при помощи таких удивительных приборов вероятна возможность напылять соответствующий химический препарат на любую часть тела.

Рентген скромно заявил о своих результатах, не возлагая на них слишком больших надежд. К счастью, его предостережения были напрасны, поскольку, даже имея дело всего лишь с проекциями теней, возможности применения его открытия безбрежны. Я счастлив внести свой вклад в развитие созданного им нового направления в науке.

«Electrical Review», 11 марта 1896 г.

15

О рентгеновских лучах (2)

Последние результаты

Редактору «Electrical Review»

Позвольте мне высказаться по поводу легкого разочарования, которое я испытал, прочитав в номере от 11 марта Вашего издания о выдающейся роли, которую Вы сочли возможным придать моей молодости и таланту, в то время как подробности рисунка 1, который, со ссылкой на отпечаток, сопровождающий мое сообщение и охарактеризованный как четкое изображение, были скромно оставлены в тени. К сожалению, я также заметил ошибку в одной из подписей к иллюстрации, тем более что я должен отнести ее на счет моего собственного текста. А именно: на странице 135 (третья колонка, седьмая строка) я утверждал: «Подобный отпечаток был получен сквозь тело экспериментатора… и т. д. с расстояния около четырех футов». Отпечаток, на который я здесь ссылаюсь, был подобен тому, что представлен на рисунке 2, тогда как пятно на рисунке 1 было получено с расстояния 18 дюймов. Я пишу это единственно ради соблюдения точности в своем сообщении, но поскольку речь идет вообще об истинности факта получения такого пятна с указанного расстояния, Ваша подпись вполне может оставаться, ибо я получаю контрастные отпечатки с расстояния 40 футов. Повторяю, 40 футов и даже больше. И это не предел. Действие на пленку столь сильно, что необходимо предпринимать меры для сохранения пластин в моей фотолаборатории, расположенной этажом выше на расстоянии 60 футов, чтобы они не портились от случайно проникших лучей во время длительной экспозиции. Несмотря на то что в ходе исследований я провел много экспериментов, казавшихся необычными, всё же нахожусь в состоянии глубокого изумления, наблюдая очень неожиданные явления, и даже более удивительные, так что я и сейчас предвижу возможность, если не сказать уверенность, по крайней мере десятикратного увеличения результативности моего аппарата! Что нам следует ожидать в таком случае? Нам, очевидно, придется иметь дело с лучеиспусканием поразительной мощности, а с проникновением в его природу интерес к этому явлению и его значение будут возрастать. Столь неожиданный результат, удивительный сам по себе, выглядел поначалу слабым и совершенно неспособным к подобному развитию, но он прекрасно иллюстрирует пример плодотворности подлинного открытия. Эти воздействия на чувствительную пленку на таком большом расстоянии я объясняю применением лампы с одним электродом, что позволяет использовать практически любое желаемое напряжение и достигать исключительно высоких скоростей испускаемых частиц. Очевидно также, что действие такой лампы на флюоресцирующий экран гораздо интенсивнее, чем при применении трубки обычного типа, и я уже накопил достаточно наблюдений, чтобы быть уверенным: в этом направлении можно ожидать значительных результатов. Я считаю открытие Рентгена, позволяющее нам с помощью флюоресцирующего экрана видеть насквозь непрозрачное вещество, еще более превосходным, чем запись звука на пластинку.

Со времени моего предыдущего сообщения в Вашем журнале я добился значительных успехов и теперь могу рассказать еще об одном важном результате. В последнее время я достиг получения изображений, применяя только отраженные лучи, демонстрируя тем самым, что рентгеновские лучи, без сомнения, обладают этим свойством. Могу привести описание одного из экспериментов. Была использована толстая медная трубка около фута длиной, к одному концу ее был плотно прижат держатель с чувствительной пластиной, покрытой, как обычно, защитным материалом. Вблизи открытого конца медной трубки под углом 45 градусов к ее оси поместили пластину из толстого стекла. Затем над стеклянной пластиной на расстоянии около 8 дюймов была подвешена лампа с одним электродом так, чтобы пучок лучей падал на пластину под углом 45 градусов и отраженные лучи проходили вдоль оси медной трубки. Экспозиция в 45 минут дала отчетливое и контрастное теневое изображение металлической трубки. Это изображение было произведено отраженными лучами, поскольку прямое действие совершенно исключалось, что доказало: даже в условиях самых серьезных испытаний с гораздо более мощными воздействиями не могло быть получено никакого отпечатка на чувствительном слое сквозь толщу меди, сравнимого с изображением трубки. Исходя из интенсивности действия и проводя сравнение с эквивалентным эффектом от воздействия прямых лучей, считаю, что в этом эксперименте приблизительно два процента прямых лучей отражались от стеклянной пластины. Надеюсь, что в скором времени буду иметь возможность составить более полный отчет по этому и другим вопросам.

В своих попытках внести скромную лепту в знание о феномене Рентгена я обнаруживаю всё больше и больше свидетельств в поддержку теории движущихся материальных частиц. Однако, не имея намерения выдвигать в настоящий момент какие-либо суждения о том, что этот факт имеет отношение к существующей ныне теории света, пытаюсь установить факт существования таких материальных потоков во всём, что касается этих, не связанных друг с другом явлений. У меня уже есть огромное количество свидетельств о бомбардировке частицами вне лампы, и потому готовлю несколько решающих испытаний, которые, надеюсь, пройдут успешно. Вычисленные скорости полностью объясняют механизм воздействия на расстоянии 100 футов от лампы, а то, что выброс частиц происходит сквозь стекло, явствует, как видно из процесса разрежения, описанного мной в предыдущем сообщении. Показательный в этом отношении эксперимент, о котором я намеревался вкратце рассказать, состоит в следующем: если мы присоединим достаточно хорошо откачанную лампу с одним электродом к клемме катушки-разрядника, мы заметим, как небольшие стримеры пробиваются сквозь стекло. Обычно такой стример прорывает изоляцию, и лампа трескается, вследствие чего вакуум ослабляется. Но если изоляцию поместить поверх электрода или если предусмотреть другие меры, препятствующие прохождению стримеров через стекло в этом месте, часто случается, что поток вырывается сквозь боковую стенку лампы, образуя микроскопическое отверстие. И тут происходит удивительная вещь: несмотря на образовавшийся канал связи с внешней атмосферой, воздух не может устремляться в колбу, пока отверстие очень маленькое. Стекло в месте пробоя может сильно нагреться — до такой степени, что станет мягким, но оно не лопнет, а, скорее, начнет вздуваться, доказывая тем самым, что давление изнутри превышает атмосферное давление. Мне часто случалось наблюдать, как стекло вспучивается, а отверстие, сквозь которое поток вырывается наружу, становится таким большим, что его прекрасно видно невооруженным глазом. Поскольку вещество из колбы выталкивается, то разрежение возрастает, а интенсивность стримера постепенно ослабевает, вследствие чего стекло снова смыкается, герметично закрывая отверстие. Процесс разрежения тем не менее продолжается, при этом стримеры всё еще видны в месте нагрева до тех пор, пока не будет достигнута наивысшая степень разрежения, после чего они могут исчезнуть. И вот теперь мы имеем несомненное свидетельство того, что вещество выталкивается сквозь стеклянную оболочку.

Работая с лампами под сильным напряжением, я часто чувствую внезапный, а иногда даже болезненный удар по глазам. Такие удары могут происходить столь часто, что глаза воспаляются, и экспериментатора нельзя считать излишне осторожным, если он воздерживается от наблюдения за колбой с очень близкого расстояния. В этих ударах мне видится еще одно доказательство того, что лампой испускаются более крупные частицы.

«Electrical Review», 18 марта 1896 г.

16

Об отражённых рентгеновских лучах

В предыдущих сообщениях по поводу эффекта, открытого Рентгеном, я воздерживался от непосредственного перечисления заслуживающих наибольшего внимания результатов, к которым пришел в своих исследованиях. По правде говоря, отваживаюсь высказаться после некоторого колебания и только после того, как пришел к убеждению, что информация, которую должен сообщить, будет востребована, ибо я, подобно другим, не вполне мог освободиться от некоего чувства, которое должен испытывать человек, когда он посягает на территорию, ему не принадлежащую. Первооткрыватель, конечно, сам постигает большую часть истин в свое время, и учтивая сдержанность в извещении о результатах со стороны коллег не будет излишней. Сколько их согрешило в отношении меня, объявляя о своих достижениях как раз тогда, когда я мог и был готов сделать это сам! Но открытие Рентгена, стоящее в одном ряду с изобретением телескопа и микроскопа и дающее возможность видеть сквозь плотную толщу непрозрачного вещества, его снимки объектов на чувствительной пластине, которые невозможно увидеть другим способом, так прекрасны и в высшей степени интересны, открывают так много перспектив, что любые ограничения были отброшены, и все предались радостям домысливания и экспериментирования. Если бы каждая новая и достойная идея находила такой отклик! Тогда один-единственный год равнялся бы веку бурного развития. Жить в такую эпоху было бы удовольствием, но не хотел бы я быть первооткрывателем.

Среди результатов, которые имею честь довести до всеобщего сведения, есть один, претендующий на широкий научный интерес, а также на практическое применение. Я имею в виду проявление свойства отражения, на чем кратко и остановлюсь.

Экспериментируя с вакуумными колбами и трубками, я имел возможность сделать множество наблюдений, которые, насколько могу судить, ни одна теория колебаний не могла объяснить внушающим доверие способом. Тогда я начал исследования — неохотно, но с надеждой убедиться, что наблюдаемые эффекты обязаны своим появлением потоку материальных частиц. И получил много доказательств существования таких потоков. Об одном из них уже упоминал, когда описывал метод создания разрежения в трубке с помощью электричества.

Такое разрежение, как я обнаружил, наступает значительно быстрее в трубке из тонкого стекла, чем в толстостенной, по причине, как предполагаю, более легкого прохождения ионов. Если в случае с тонким стеклом достаточно нескольких минут, то толстое стекло или очень большой электрод зачастую требуют получаса или более того. В соответствии с этим предположением, желая добиться максимальной эффективности процесса, я создал аппарат и в каждом эксперименте находил подтверждение своим догадкам, а моя уверенность укреплялась.

Ил. 1 Ил. 2

Поток материальных частиц, обладая большой скоростью, непременно должен отражаться, и поэтому я был вполне готов — допуская, что моя первоначальная идея верна, — рано или поздно наглядно продемонстрировать это свойство. Учитывая, что отражение будет тем более полным, чем меньше будет угол падения, с самого начала исследований остановил свой выбор на трубке или колбе b, внешний вид которой представлен на ил. 1. Трубка была изготовлена из очень толстого стекла, но ее дно выдувалось как можно более тонко. В трубке имелось два специальных ограничителя, не позволяющих излучению попадать на стенки трубки и способствующих прохождению лучей сквозь дно. Единственный электрод в форме круглой пластины с диаметром немного меньшим, чем диаметр трубки, был помещен сверху примерно на дюйм ниже узкой горловины n. Питающий провод с был снабжен длинным защитным покрытием w для того, чтобы стекло не дало трещину при образовании искр в том месте, где провод входит в трубку. Выяснилось, что по ряду причин желательно весьма значительно удлинить изоляцию по обе стороны от горловины, как внутри, так и снаружи, и поместить заглушку в узкой горловине. По другим поводам я уже подробно останавливался на использовании электростатического экрана в соединении с лампами с одним вводом. В данном случае экран предпочтительно сделать с бронзовым покрытием S, начиная чуть выше алюминиевого электрода и спускаясь немного ниже изоляции провода, с тем чтобы была возможность постоянно видеть конец изоляции. Или же небольшая алюминиевая пластина s (ил. 2) укреплялась внутри трубки над электродом. Этот стационарный экран практически удваивает эффект, так как не допускает никаких процессов в пространстве над собой. Затем, полагая, что благодаря использованию очень толстого стекла излучение не уходит в стороны и большая его часть, отразившись, отбрасывается на дно, как я тогда считал, пришел к заключению, что такая трубка значительно эффективнее, чем трубка обычной формы. Действительно, вскоре убедился, что она посылает на чувствительную пластину без малого в четыре раза больше энергии, чем колба сферической формы с эквивалентной ударной силой. Такого рода трубка отлично подходит для работы с двумя терминалами, когда внешний электрод а устанавливается в месте, обозначенном пунктирными линиями на ил. 1. Когда применяется толстое стекло, проявляется параллельность лучей в потоке и их концентрация. Более того, при увеличении длины трубки до желаемых размеров открывается возможность использовать очень высокие напряжения, что нельзя допускать в работе с короткими трубками.

Применение высоких напряжений имеет огромное значение, поскольку позволяет значительно сократить время экспозиции и воздействовать на пластину с гораздо больших расстояний. Я сейчас пытаюсь определить точное соотношение между напряжением и результатом воздействия на чувствительную пластину. Считаю необходимым отметить, что электрод должен быть алюминиевым, так как платиновый электрод, который упорно продолжают использовать, дает худшие результаты, а трубка выходит из строя за сравнительно короткое время. Некоторые экспериментаторы, возможно, увидят трудности в поддержании постоянного вакуума, изменение которого обусловлено происходящим в трубке процессом абсорбции (на что ранее указывал Крукс), вследствие чего при длительной работе вакуум может увеличиться. Найденный мной удобный способ препятствовать этому процессу состоит в следующем. Экран, желательно алюминиевая пластина s (ил. 2), помещается прямо на изоляцию питающего провода С, но на некотором расстоянии от конца. Подходящее расстояние можно определить только опытным путем. Если выбрано правильное расстояние, то в процессе работы трубки изоляция нагревается, и время от времени от провода С к алюминиевой пластине s по изоляции w пробегает маленькая яркая искра. Прохождение искры вызывает образование газов, которые несколько ослабляют вакуум, и, таким образом, с помощью небольшой ловкой манипуляции его можно постоянно поддерживать на необходимом уровне. Другой способ добиться того же результата в трубке, представленный на ил. 1, состоит в столь значительном удлинении изоляции внутри трубки, что при работе в обычном режиме изоляция нагревается в достаточной мере, чтобы высвободить газы в необходимом количестве. Для этого целесообразно опустить экран S с бронзовым покрытием несколько ниже изоляции, с тем чтобы можно было видеть искру. Существует, однако, много других способов преодоления этой помехи, которая может вызывать некоторую досаду у тех, кто работает с аппаратом, не отвечающим требованиям.

Чтобы аппарат работал наилучшим образом, экспериментатору необходимо пройти каждый из этапов, на которые я указывал ранее и через которые должна пройти трубка, пока в ней создается разреженное пространство. Сначала он увидит, что, когда явления, описанные Круксом (феномены Крукса) проявятся наиболее ярко, возникнет стример красноватого цвета, исходящий из электрода и первое время почти полностью покрывающий его. До этого момента трубка почти не оказывает воздействия на чувствительную пластину, хотя стекло в месте удара очень горячее. Красноватый стример постепенно исчезает, и только перед тем, как он перестает быть видимым, трубка начинает заметно лучше работать, но воздействие на пластину всё еще очень слабо. Вскоре становится виден белый или даже голубоватый поток, и через некоторое время стекло в дне трубки приобретает глянец. Температура еще более повышается, и трубка на всём своем протяжении чрезвычайно ярко фосфоресцирует. Кому-то покажется, что такая трубка должна действовать эффективно, но внешность часто обманчива — красивая трубка всё еще не работает. Даже когда исчезает белый или голубоватый поток, а стекло в нижней части трубки такое горячее, что почти плавится, воздействие на пластину очень мало. И тогда на нижней части трубки вдруг появляется переливающийся узор в виде звезды, словно электрод отбрасывает от себя капли жидкости. С этого момента мощность трубки десятикратно увеличивается, и для получения хороших результатов ее всегда следует удерживать на этом уровне.

Несмотря на широко распространенное мнение о том, что вакуум Крукса недостаточен для создания феномена излучений Рентгена, тем не менее позволю отметить, что это совершенно неверно. Ведь и феномен Крукса не обнаруживается при определенной степени разрежения, но проявляется даже при слабых вакуумах в том случае, если потенциал достаточно высок. Это столь же верно и для лучей Рентгена. Естественно, чтобы проверить это, необходимо принять меры предосторожности, не допускающие перегрева трубки при увеличении напряжения. Этого легко добиться, уменьшая число импульсов или их длительность, когда возрастает потенциал. Для таких экспериментов, видимо, будет полезным использовать вместе с обычной индукционной катушкой вращающийся переключатель вместо вибрационного. Меняя скорость вращения, а также регулируя продолжительность контакта, можно откорректировать условия, соответствующие уровню вакуума и используемому потенциалу.

В экспериментах с отраженными лучами, о которых здесь говорится, я использовал аппарат, представленный на ил. 2. Он состоит из ящика, повторяющего форму буквы Т квадратного поперечного сечения. Стенки ящика изготовлены из свинца толщиной более одной восьмой дюйма. В ходе экспериментов обнаружилось, что свинец совершенно непроницаем для лучей даже при длительной экспозиции. На верхнем конце прочно закреплена колба b, вставленная в трубку t из толстого богемского стекла, которая проходит внутрь свинцового ящика на некоторую глубину. Нижний конец ящика плотно закрыт кассетой P₁, в которой находится чувствительная пленка p₁, имеющая обычную защиту, боковой конец закрывался такой же кассетой P с чувствительной защищенной пленкой p. Чтобы получить объективную картину, объекты о и о₁ должны быть абсолютно одинаковыми и помещаться в центре экранов, защищающих чувствительные пластины. В центральной части ящика предусмотрено место для пластины r из материала, отражающая способность которого подвергается проверке, а размеры ящика таковы, что отраженный луч и прямой луч должны проходить одно и то же расстояние, при этом отражающая пластина располагается под углом 45 градусов как к падающему лучу, так и к отраженному. Были предприняты меры предосторожности, исключающие любую возможность воздействия на пластину p, кроме воздействия отраженных лучей, а отражающая пластина r установлена таким образом, чтобы плотно прилегать по всему периметру внутри свинцового ящика, так что лучи никак не могут попасть на пленку p₁, не пройдя сквозь пластину, подвергаемую проверке. В своих первых опытах с отражением я наблюдал только результаты воздействия отраженных лучей, но в этом случае, по предложению профессора У.-А. Энтони, применил указанный выше способ для одновременного исследования действия прямых лучей, которые в итоге проходили сквозь отражающую пластину. С помощью этого метода можно было сравнить количество посланного и отраженного излучения. Стеклянная трубка t с находящейся внутри нее колбой b предназначена для придания потоку параллельности и интенсивности. Делая снимки с разных расстояний, я обнаружил, что и на значительных расстояниях разброс пучка лучей или потока частиц оказался весьма невелик.

Чтобы уменьшить погрешность, неизбежно возникающую при слишком продолжительной экспозиции и очень маленьком расстоянии, я уменьшил ее время до одного часа, а суммарное расстояние, которое лучи должны проходить, прежде чем они достигнут чувствительную пластину, составляло 20 дюймов, при этом расстояние от дна колбы до отражающей пластины составляло 13 дюймов.

Нет необходимости говорить о том, что были приняты все меры предосторожности в отношении чувствительных пластин — поддерживался постоянный потенциал, сохранялся однородный характер работы колбы, условия в целом оставались неизменными во время этих исследований. Подлежавшие проверке пластины были одного размера — они должны соответствовать предусмотренному для них месту в свинцовом ящике. В качестве проводников исследовались латунь, инструментальная сталь, цинк, алюминий, медь, свинец, серебро, олово и никель, а в качестве изоляционных материалов — флинтглас, эбонит и слюда. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Сравнительный анализ, как и в предыдущих экспериментах, оптической плотности отпечатка от отраженных лучей и отпечатка от прямых, полученных в результате непосредственной экспозиции одной и той же лампы и с одинакового расстояния, то есть расчет времени экспозиции с учетом того, что действие на пластину было пропорционально времени, привел к результатам, проиллюстрированным в таблице 2.

Таблица 1

Отражающее вещество	Отпечаток от пронизывающих лучей	Отпечаток от отраженных лучей
Латунь	Контрастный	Удовлетворительно-контрастный
Инструментальная сталь	Едва различимый	Очень слабый
Цинк	Отсутствует	Очень контрастный
Алюминий	Очень контрастный	Отсутствует
Медь	Отсутствует	Удовлетворительно-контрастный, но намного слабее, чем цинк
Свинец	Отсутствует	Очень контрастный, но несколько слабее, чем цинк
Серебро	Контрастный, использовалась тонкая пластина	Слабее, чем медь
Олово	Отсутствует	Очень контрастный, почти как свинец
Никель	Отсутствует	Почти как медь
Слюда	Очень контрастный	Слабый
Флинтглас	Очень контрастный	Очень контрастный, почти как свинец
Эбонит	Контрастный	Почти как медь

Таблица 2

Отражающее вещество	Отпечаток от прямых лучей (ед. изм.)	Отпечаток от отраженных лучей (ед. изм.)
Латунь	100	2
Инструментальная сталь	100	0,5
Цинк	100	3
Алюминий	100	0
Медь	100	2
Свинец	100	2,5
Серебро	100	1,75
Олово	100	2,5
Никель	100	2
Слюда	100	1
Флинтглас	100	2,5
Эбонит	100	2

Вполне возможно, что эти цифры приблизительны, тем не менее вероятность того, что они верны, весьма велика хотя бы в той части, где они касаются относительных характеристик отпечатков различных веществ от отраженных лучей. Расположив металлы в соответствии с этими показателями и исключив на данный момент сплавы и неоднородные вещества, мы получили следующий ряд: цинк, свинец, олово, медь, серебро. Олово, оказывается, дает точно такой же отпечаток, что и свинец, но делая поправку на погрешность при наблюдении, можем допустить, что оно отражает слабее, и в этом случае мы убеждаемся, что именно этот порядок представляет собой контактный ряд металлов в атмосфере. Если это подтвердится, мы столкнемся с удивительнейшим явлением. Почему, к примеру, цинк оказался самым лучшим отражателем среди подвергшихся испытанию металлов, и почему он в то же время один из первых в контактном ряду? Я пока еще не брался за магний. По правде говоря, эти результаты привели меня в состояние радостного творческого возбуждения. Магний был бы даже лучшим отражателем, чем цинк, а натрий — еще более лучшим, чем магний. Как можно объяснить это своеобразное соотношение? В данное время единственно возможное объяснение вижу в том, что лампа испускает потоки вещества в некоем первичном состоянии и отражение этих потоков зависит от некоего фундаментального и относящегося к электричеству удивительного свойства металлов. Это, по-видимому, приведет к предположению, что эти потоки должны иметь однородную электризацию, то есть по своей природе они должны быть анодными или катодными, но не одновременно. С момента, когда я возвестил (помнится, в первый раз это было во Франции), что потоки являются анодными, я провел исследования этого предмета и считаю, что не могу согласиться с этой точкой зрения. Напротив, я нахожу, что и анодные и катодные потоки действуют на пластину, и, более того, во мне возрастала убежденность, что фосфоресценция стекла вообще не имеет никакого отношения к фотографическим отпечаткам. Очевидным доказательством этого являются снимки, полученные с применением алюминиевой камеры, когда не происходит никакого фосфоресцирования; а что касается анодного или катодного начала, то простой факт: продуцирование отпечатков с помощью светового разряда, вызываемого индукцией находящейся под током камеры, когда нет ни анода, ни катода, сможет, по-видимому, результативно опровергнуть предположение, что потоки исходят единственно от электродов. Будет, пожалуй, полезным указать здесь на простое явление, связанное с индукционными катушками, которое может привести экспериментатора к ошибке. При подключении вакуумной трубки к индукционной катушке вначале на обе клеммы оказываются одинаковые воздействия до тех пор, пока вакуум в трубке не очень глубок. При высокой степени разрежения оба электрода действуют практически независимо, и поскольку они ведут себя как элементы, обладающие значительной электрической емкостью, то следствием этого будет неуравновешенность катушки. Если, например, катод очень большой, напряжение на аноде может значительно возрасти, а если анод оказался небольшим, как это зачастую бывает, то плотность тока на нем может во много раз превышать таковую на катоде. Это приведет к сильному нагреванию анода, в то время как катод может быть холодным. Всё произойдет как раз наоборот, если они оба будут совершенно одинаковыми. Предположим, что вышеописанные обстоятельства имеют место, тогда более горячий анод будет испускать более интенсивный поток, чем холодный катод, поскольку скорость частиц зависит от электрической плотности тока, а также от температуры.

Из предыдущих испытаний можно извлечь интересные сведения относительно непрозрачности. Например, латунная пластина толщиной 1/16 дюйма оказалась совершенно прозрачной, в то время как цинковые и медные пластины той же толщины абсолютно непроницаемы.

Поскольку я исследовал процесс получения отпечатков и добился результатов в этом направлении, то смог получить более контрастные снимки, применяя подходящие для этого отражатели. Помещая лампу в трубку из очень толстого стекла, можно весьма существенно усилить эффект — в одном случае применение цинкового отражателя показало улучшение полученного отпечатка примерно на 40 процентов. Я придаю большое практическое значение применению подходящих отражателей, потому что с их помощью мы можем задействовать любое количество ламп и таким образом получить любую желаемую интенсивность излучения.

Единственным разочарованием в ходе этих исследований оказалась полная неудача моих попыток продемонстрировать рефракцию. Я применял всевозможные линзы и провел огромное количество экспериментов, но не смог добиться положительного результата.

«Electrical Review», 1 апреля 1896 г.

17

О рентгеновских излучениях

Наблюдая неожиданное поведение различных металлов относительно отражения излучений (см. «Electrical Review» от 1 апреля 1896 г.), я попытался решить несколько остававшихся неясными вопросов. Поскольку первостепенную важность приобретало определение точной последовательности металлов, или проводников, относительно их способности к отражению, я, оставляя для позднейших исследований измерение количества отраженных лучей, немного модифицировал аппарат и методику, описание которых приведено в упомянутом выше сообщении. Были использованы две пластины из разных металлов, отражающее свойство которых следовало сравнить. Для этого пластины укреплялись на свинцовой пластине, так что отражающая поверхность была разделена на две половины по линии соединения. Кроме того, чтобы не допустить рассеивания и смешивания лучей, отраженных от обеих половин, я разделил свинцовую коробку посередине на два отделения с помощью толстой свинцовой перегородки. Предусматривались меры, чтобы плотность лучей, падающих на отражающие поверхности, являлась как можно более однородной, и с этой целью стеклянная трубка, вмещающая в себя лампу, была поднята настолько, чтобы облучалась только полусфера ее дна. Лампа помещалась точно в центр, чтобы обе половины отражающей пластины подвергались облучению в равной степени.

Из-за оплошности в проведенных ранее экспериментах я не сумел получить данные о железе и попытался определить его место [в ряду других металлов], сравнивая его с медью, используя пластины из железа и меди. Эксперименты показали, что железо отражало почти так же, как медь, но этим методом невозможно оказалось с уверенностью определить, который из металлов отражал лучше. Далее тем же методом попытался определить лучший отражатель, сравнивая олово и свинец. Было проведено три эксперимента, и в каждом случае металлы вели себя почти одинаково, но олово проявило себя чуть лучше. На завершающем этапе я исследовал свойства магния в сравнении с цинком. Эксперименты показали, что магний отражает немного лучше.

Я пока не испытываю удовлетворения от примененного способа и, учитывая важность этого свойства металлов, попытаюсь изобрести аппарат, который будет избавлен от недостатков, присущих нынешнему. И счел реально достижимым сократить время экспозиции до нескольких минут, применяя флюоресцирующую бумагу.

Ил. 1

В своих предыдущих сообщениях я прямо указал на практическое значение использования подходящих отражателей. Кое-кто был бы склонен сделать вывод, что, поскольку в условиях описанных выше экспериментов цинк, например, отражал лишь три процента прямых лучей, выигрыш от применения цинкового рефлектора оказался бы невелик. Это, конечно, заблуждение. Прежде всего следует помнить, что в приведенных выше примерах угол падения составляет 45 градусов, а чем больше угол, тем большая часть лучей будет отражаться. Неуклонный закон отражения всё еще является определяющим. А теперь предположим, что теневой снимок объекта производится с расстояния D. Чтобы получить четкий снимок, расстояние должно быть не менее двух футов; я же всё более и более склоняюсь к мысли, что оно должно быть еще больше. Рассмотрим простой пример. Если мы возьмем сферическую колбу с электродом, то вся поверхность будет облучаться одинаково и любая точка поверхности сферы, очерченной радиусом D вокруг электрода, получит равное количество лучей. Площадь поверхности этой сферы будет равна 4?D?. Объект, теневой снимок которого необходимо сделать, может иметь небольшую площадь а, которая получит лишь незначительную часть всех испускаемых лучей, и эта часть выражается соотношением: а/4?D?. Мы практически не можем рассчитывать на меньшее реальное соотношение, чем а/4?D?, но в том случае, если радиус D очень большой, а объект с площадью а мал, это соотношение может быть столь невелико, что, очевидно, используя подходящий отражатель, мы сможем без труда сконцентрировать на площади а количество лучей, в несколько раз превышающее то, которое упало бы на нее без применения рефлектора, несмотря на то, что мы умеем отражать лишь несколько процентов совокупных падающих лучей.

В качестве доказательства эффективности такого отражателя демонстрируется прилагаемый отпечаток плеча и ребер человека. В эксперименте был применен цинковый отражатель в виде воронки высотой 2 фута с отверстием 5 дюймов в основании и 23 дюйма в верхней части. Трубку, во всех отношениях подобную описанным выше, подвешивали в воронке таким образом, чтобы закрепленный экран внутри трубки находился над воронкой. Расстояние от электрода до чувствительной пластины составляло четыре с половиной фута. Расстояние от конца трубки до пластины составляло три с половиной фута. Экспозиция длилась 40 минут. На пластине все плечевые кости и ребра отразились очень контрастно и четко, но я не могу сказать, насколько четко они проявятся на снимке. Я избрал тот же самый объект, что был представлен в моем первом сообщении на ваших страницах, с тем чтобы дать более наглядное представление о достигнутых успехах. Легче всего будет оценить прогресс, если сообщить, что в этом опыте расстояние увеличено более чем в два раза, а время экспозиции сокращено более чем наполовину. Но самое важное значение отражения состоит в том, что оно позволяет использовать много ламп, не жертвуя при этом точностью и четкостью, а также дает возможность концентрировать большое количество лучей на очень маленькой площади.

С того времени как профессора Генри и Сальвиони предложили использовать фосфоресцирующие и флюоресцирующие вещества с чувствительной пленкой, для меня не составило труда сократить время экспозиции до нескольких минут или даже секунд. По сию пору бытует мнение, что вольфрамат кальция, предложенный недавно Эдисоном и выпускаемый компанией «Эйлсворт и Джексон», является наиболее чувствительным веществом. Я раздобыл его образец и использовал в серии опытов. Это вещество флюоресцирует определенно лучше, чем бариево-платиновый цианид, но из-за величины кристаллов и неизбежной неравномерности распределения на бумаге оно не оставляет сплошного отпечатка. Чтобы его можно было использовать в сочетании с чувствительными пленками, следует очень тонко измельчить и найти способ равномерного распределения. Также и бумага должна быть прочно приклеена к пленке по всей пластине таким образом, чтобы получился достаточно четкий контур. Флюоресценция этого вещества зависит, по-видимому, от характера излучения, потому что, опробовав несколько ламп, которые превосходно работали в иных ситуациях, а на этот раз не дали хорошего результата, и я почти утвердился в ложном впечатлении. Одна или две лампы, однако, оказались очень эффективными. Отпечаток кисти руки был сделан с расстояния около шести футов от лампы при экспозиции менее одной минуты, и даже в этом случае оказалось, что пластина слишком долго подвергалась облучению. Затем я сделал отпечаток грудной клетки человека на расстоянии 12 футов от конца трубки с выдержкой в пять минут. Проявленная пластина отчетливо продемонстрировала ребра, но контур не был четким. Затем я применил трубку с цинковым отражателем, о котором говорилось выше, и сделал снимок грудной клетки одного из ассистентов на расстоянии четырех футов от лампы. В этом эксперименте лампа находилась под повышенным напряжением и взорвалась вследствие огромного внутреннего давления на подвергаемое бомбардировке место. Такая аварийная ситуация может возникать часто, когда напряжение в лампе слишком высокое. Этому предшествуют такие внешние проявления, как повышенная активность и туманообразный вид газа в трубке и быстрый нагрев последней. Процесс, вызывающий аномальное увеличение внутреннего давления на стеклянную стенку, обусловлен, по-видимому, неким действием, противоположным тому, что было описано Круксом и Споттсвудом. Оно протекает очень быстро, и потому экспериментатор должен внимательно следить за появлением этих угрожающих признаков и немедленно снижать напряжение. Вследствие «безвременной кончины» лампы в рассматриваемом эксперименте экспозиция длилась лишь одну минуту. Тем не менее получился очень контрастный отпечаток скелета с левыми и правыми ребрами и другими подробностями. Очертания, однако, были всё же гораздо менее четкими, чем при обычном процессе без фосфоресцирующего усилителя, хотя флюоресцентная бумага была тщательно прижата к пленке. Из вышесказанного явствует, что при сокращении времени экспозиции толщина объекта не имеет большого значения.

Я стал гораздо лучше понимать свойства вольфрамита кальция, исследуя воздействие на флюоресцирующий экран с покрытием из этого химического вещества. Этот экран вместе с коробкой из папье-маше получил странное, не отражающее суть название «флюороскоп». В действительности же это криптоскоп Сальвиони без линзы, что является большим недостатком. Чтобы оценить эксплуатационные качества такого экрана, необходимо работать ночью, когда глаза свыкаются с темнотой и обретают способность замечать едва видимые изменения на экране. В одном случае эффективность такого экрана была особенно достойна внимания. Он облучался с расстояния 20 футов, и даже на расстоянии 40 футов я всё еще мог наблюдать слабую тень, пересекавшую зону обзора, перемещая кисть руки перед аппаратом. Глядя сквозь тело ассистента, находившегося примерно в 3 футах от лампы, я без труда мог различать позвоночник в верхней части туловища, которая лучше просвечивалась. В нижней части туловища позвоночный столб и прочее были практически не различимы. Лишь ребра просматривались. Четко выделялся шейный отдел, и сквозь тело ассистента я мог, не напрягая зрение, видеть квадратную медную пластину, перемещаемую вверх и вниз перед лампой. Облучая голову, можно было наблюдать лишь контур черепа и нижнюю челюсть, хотя поле видимости было по-прежнему ярким. Всё остальное выглядело расплывчатым. Это говорит о том, что совершенствование флюоресценции не поможет нам в исследовании внутренних органов. Решение проблемы придет, скорее, в результате очень мощных излучений, способных производить высококонтрастные отпечатки. Считаю, что я наметил верный путь гарантированного решения проблемы. Хотя и следует признать, что в применявшихся мной электрических устройствах такой экран проявил себя поразительным образом, я тем не менее убедился в его ограниченных возможностях при проведении обследования. Мы можем разглядеть кости в конечностях, но далеко не так отчетливо, как это демонстрирует фотографический снимок. В конечном счете, однако, мощные излучения и хорошие отражатели делают такие флюоресцирующие экраны ценным инструментом исследований. Несколько недель тому назад, когда я наблюдал, как небольшой экран из бариево-платинового цианида вспыхнул на большом расстоянии от лампы, я сообщил друзьям, что с помощью такого экрана, вероятно, возможно наблюдать за объектами, перемещающимися по улице. Сейчас эта вероятность представляется мне гораздо более реальной, чем в то время. 40 футов — довольно приличная ширина для улицы, и на таком расстоянии экран слабо светился даже от одной лампы. Я высказываю эту неординарную мысль только в качестве иллюстрации того, как научные разработки могут влиять на нашу этику и нравы. Возможно, мы в скором времени свыкнемся с таким положением вещей, и никто не будет испытывать ни малейшего смущения от сознания того, что его скелет и другие части [его тела] подвергаются критическому изучению со стороны неделикатных наблюдателей.

Флюоресцирующие экраны помогают в какой-то степени понять состояние работающей лампы. С помощью такого экрана я надеялся найти признаки рефракции, помещая линзу между экраном и лампой и меняя фокусное расстояние. К моему разочарованию, несмотря на то что тень линзы можно было наблюдать на расстоянии 20 футов, я не смог обнаружить никаких признаков рефракции. Столь же тщетными оказались попытки использовать экран, чтобы проследить эффект отражения и дифракции.

«Electrical Review», 8 апреля 1896 г.

18

Исследование свойств рентгеновских лучей

Дальнейшие исследования способностей различных металлов отражать рентгеновские лучи дали дополнительные факты в поддержку мнения, которое мною уже высказывалось; в частности, я утверждал, что электрический контактный ряд Вольта в атмосферных условиях идентичен тому, который образуется при расположении металлов в определенном порядке в соответствии с их отражающей способностью. Металл с более высоким показателем электроположительности является лучшим отражателем. Ограничившись металлами, доступными для экспериментирования, я составил следующий ряд: магний, свинец, олово, железо, медь, серебро, золото и платина. Последний из названных металлов будет самым слабым отражателем, а натрий — одним из лучших. Эта связь представляется еще более интересной и наводит на размышления, если учесть тот факт, что данный ряд тождествен тому, который образуется при расположении металлов в порядке их активности соединения с кислородом, что явствует из расчетов их химических эквивалентов.

Если вышеупомянутое соотношение будет подтверждено другими учеными физиками, мы будем иметь основания для следующих выводов. Во-первых, вакуумная лампа излучает потоки материальных частиц, которые отражаются при ударе о металлическую поверхность; во-вторых, эти потоки состоят из материи в ее первичном, или элементарном, состоянии; в-третьих, эти материальные потоки являют собой те же действующие силы, которые вызывают электродвижущее напряжение между металлами, находящимися близко один от другого или практически в контакте, и они, вероятно, до некоторой степени определяют активность соединения металлов с кислородом; в-четвертых, каждый металл, или проводник, является в большей или меньшей степени источником таких потоков; в-пятых, эти потоки, или лучеиспускания, должны генерироваться некими излучениями, существующими в окружающей среде; и в-шестых, потоки, напоминающие катодные, должны испускаться Солнцем, а также, вероятно, и другими источниками лучистой энергии, такими как дуговая лампа или бунзеновская горелка.

Первый из этих выводов очевиден и неоспорим, если исходить из того, что вышеописанный эксперимент проведен корректно. Никакая теория любого рода колебаний не объяснит эту особую взаимосвязь отражающей способности и электрических свойств металлов. Потоки проецируемой материи, фактически сталкиваясь с отражающей металлической поверхностью, дают единственное убедительное объяснение. Второй вывод столь же очевиден, поскольку не наблюдается никакой разницы при использовании разных видов стекла для лампы, электродов из различных металлов и каких угодно остаточных газов. Очевидно, что каким бы ни было вещество, образующее потоки, оно в процессе выбрасывания или, рассматривая шире, проецирования (поскольку мнения по этому вопросу по-прежнему расходятся) должно подвергнуться такому изменению, что полностью теряет свойства, которыми обладало, образуя электрод или стенки колбы или газообразное наполнение последней.

Наличие связи между отражающим и контактным рядом приводит нас к третьему выводу, потому что простое совпадение такого рода, говоря без преувеличений, в высшей степени невероятно. Кроме того, можно упомянуть тот факт, что всегда имеет место разность потенциалов между двумя металлическими пластинами, расположенными на некотором расстоянии одна от другой, и на пути лучей, испускаемых вакуумной лампой.

Теперь, поскольку существует электрическое напряжение из-за разности потенциалов двух металлов, находящихся в тесной близости или в контакте, и учитывая всё вышеизложенное, мы неизбежно приходим к четвертому выводу, а именно к тому, что металлы испускают такие же потоки, и поэтому я прогнозирую, что если между пластинами, скажем, магния и меди поместить чувствительную пленку, то после очень долгой экспозиции в темноте получится настоящее теневое изображение, как у Рентгена. Или, вообще говоря, такое изображение можно получать всякий раз, помещая пластину около металла, или проводника, не принимая пока во внимание изоляционные материалы. Натрий, один из первых металлов электрического контактного ряда, с которым еще не проводились эксперименты, должен испускать больше лучей такого рода — даже по сравнению с магнием.

Очевидно, что такие потоки не могут быть вечными, если только не происходит какого-либо постоянного притока иного излучения из среды; или, возможно, потоки, излучаемые самими веществами, являются просто отраженными излучениями от других источников. Но поскольку все исследования подкрепили мнение, выдвинутое Рентгеном, о том, что для генерации таких излучений требуется некий импульс, то первое из двух возможных объяснений выглядит более вероятным, и следует допустить, что излучения, существующие в среде и являющиеся источником потоков, о которых здесь говорится, напоминают своими свойствами катодные потоки.

Но если такие потоки существуют повсюду в окружающей среде, возникает вопрос: откуда они берутся? Ответ один — от Солнца. Исходя из этого, я делаю вывод: Солнце и в меньшей степени другие источники лучистой энергии испускают лучи, или потоки вещества, подобные тем, которые отбрасывает электрод в условиях вакуума. Сейчас это еще спорный вопрос. В соответствии с этими идеями теневой снимок, подобный рентгеновскому, должен получаться от любого источника лучистой энергии при очень большой экспозиции и при условии, что сначала излучениям дается возможность столкнуться с металлом или другим веществом.

Вышеизложенное приводит к выводу, что массы вещества, образующие катодный поток в лампе, ударяются о ее стенки и дробятся на несравнимо более мелкие частицы и вследствие этого обретают возможность проникать в воздушную среду. Все полученные до сих пор экспериментальные данные указывают скорее на это явление, чем на выброс частиц самих стенок под воздействием сильных ударов катодного потока. Именно в этом, по моему убеждению, состоит различие между лучами Ленарда и Рентгена, если таковое вообще существует: то есть частицы, образующие рентгеновские лучи, имеют несравнимо меньшую величину и обладают большей скоростью. В основном этими двумя свойствами я объясняю непреломляемость лучей под действием магнитного поля, что, как полагаю, в конечном счете будет доказано. Тем не менее оба типа лучей действуют на чувствительную пластину и на флюоресцирующий экран, только лучи, открытые Рентгеном, гораздо более эффективны. Теперь мы знаем, что они образуются при определенных — исключительных — условиях в лампе с чрезвычайно высоким вакуумом и диапазон их максимальной активности довольно мал.

Я попытался выяснить, обладают ли отраженные лучи определенными отличительными свойствами, и с этой целью сделал снимки различных предметов, но ни в одном случае не было отмечено каких-либо особенностей. Поэтому прихожу к заключению, что материя, из которой состоят рентгеновские лучи, не подвергается дальнейшему разложению при ударе о тела. До сих пор одной из важнейших задач экспериментатора остается поиск ответа на вопрос: во что превращается энергия этих лучей? В ряде экспериментов с лучами, отраженными от проводниковой и изоляционной пластины и пропущенными сквозь них, я обнаружил, что лишь малая часть лучей поддается учету. Например, при облучении цинковой пластины толщиной 1/16 дюйма под углом 45 градусов отражалось почти 2,5 процента и около 3 процентов проходило сквозь пластину, следовательно, более 94 процентов совокупного излучения ждет своего объяснения. Все тесты, которые я смог провести, подтверждают высказывание Рентгена о том, что эти лучи не способны повысить температуру тела. Напасть на след потерянной энергии и дать этому убедительное объяснение будет равноценно открытию.

Поскольку теперь мы убедились, что все тела в большей или меньшей степени обладают способностью отражения, диффузия в воздухе легкообъяснима. Изучая свойства рассеивания в воздушной среде, я прихожу к идее повышения эффективности рефлекторов, предусмотрев не один, а несколько отдельных, наложенных друг на друга отражающих слоев, и использую тонкие листы металла, слюды или иных веществ. Эффективность слюды в качестве отражателя объясняется в первую очередь тем, что она состоит из множества наложенных один на другой слоев, каждый из которых отражает отдельно. По моему мнению, эти многие последовательные отражения также вызывают рассеивание в воздушной среде.

В своем сообщении от 1 апреля я впервые высказался по поводу того, что эти лучи состоят из материи в ее первичном, или элементарном, состоянии. Предпочитаю этот оборот речи, дабы избежать употребления слова «эфир», которое обычно понимают в том смысле, как его интерпретировал Максвелл, что не согласуется с моими теперешними взглядами относительно природы излучений.

Привожу здесь следующий факт, который, возможно, представляет некоторый интерес: несколько лет тому назад, как помнится, мною описано необычное явление, которое я наблюдал в лампах с очень высокой степенью разрежения. Это щетка, или поток, которая исходит из единственного электрода при определенных условиях и крайне быстро вращается под воздействием земного магнетизма. А недавно я наблюдал тот же самый феномен в нескольких лампах, мощность которых позволяла интенсивно воздействовать на чувствительную пленку и флюоресцирующий экран. Быстрое вращение щетки вызвало предположение, что, возможно, излучения Ленарда и Рентгена тоже вращаются под действием земного магнетизма, и теперь я пытаюсь получить доказательства такого движения, изучая работу лампы в различных положениях относительно магнитной оси Земли.

Что касается колебательной природы лучей, всё-таки считаю, что эти колебания зависят лишь от используемого устройства. В случае с обыкновенной индукционной катушкой мы почти всегда имеем дело с крайне слабыми колебаниями, которые спровоцированы коллектором или прерывателем. Применяя разрядную катушку, мы обычно наблюдаем очень сильные наведенные колебания в дополнение к собственным, и иногда можно без труда расслышать основную вибрацию, доходящую до четвертой октавы. Но я не соглашусь с тем, что частота колебаний может приблизиться или даже превысить частоту колебаний света, и считаю, что все эти явления с таким же успехом можно получить с постоянным электрическим напряжением, как от аккумулятора, исключив всякие колебания даже в том случае, на который ссылается де ла Рив. Пытаясь выяснить опытным путем, можно ли добиться большей отчетливости в теневых проекциях костей и плоти, — используя токи чрезвычайно высокой частоты, — я не смог обнаружить такие различия, которые зависели бы от частоты токов, хотя и применялись разные токи с предельно возможным диапазоном частот. Однако существует закономерность: чем мощнее воздействие, тем контрастнее отпечатки, при условии, что расстояние не слишком мало. Кроме того, для четкости отпечатков важнейшее значение имеет прохождение лучей сквозь трубчатый отражатель, благодаря чему заметно возрастает параллельность лучей.

Далее, для того чтобы на чувствительной пластине проявилось как можно больше мелких подробностей, мы должны действовать так, как если бы нам пришлось иметь дело с летящими пулями, поражающими стену, части которой имеют разную плотность, и при этом добиваться по возможности большей разницы в пути пуль, проходящих сквозь различные части стены. Очевидно, эта разница будет тем больше, чем выше скорость пуль, следовательно, для выявления подробностей необходимы весьма мощные излучения. Следуя этой теории, я применял исключительно толстые пленки и проявлял их очень медленно; с помощью этого метода были получены более четкие изображения. На важность медленной проявки впервые указал профессор Райт из Йельского университета. Конечно, если предложение профессора Генри об использовании флюоресцирующего вещества, нанесенного на чувствительную пленку, найдет свое применение, то процесс упростится до ординарной скоротечной фотографической процедуры, и то, о чем говорилось выше, утратит актуальность.

Желая получить возможно более мощное излучение, я продолжал уделять внимание этой проблеме и добился неплохих результатов. Прежде всего были ограничены возможности вакуумной трубки, что не позволяло применять такое высокое напряжение, какое требовалось; то есть когда разрежение в трубке достигало достаточно высокой степени, позади электрода появлялась искра, что препятствовало увеличению напряжения в трубке. Я полностью справился с этим затруднением, удлинив провод, ведущий к электроду, и пропустив его через узкий канал, чтобы тепло от электрода не могло вызывать образование таких искр. Еще одно препятствие создавали стримеры, которые появлялись в конце трубки при избыточном напряжении. Это последнее неудобство преодолевал, пропуская холодную струю воздуха вдоль трубки, о чем упоминал ранее, или же погружая трубку в масло. Масло, исключающее присутствие воздуха, является, как это теперь известно, средством, предотвращающим образование стримеров. В Соединённых Штатах в пользу применения масла в связи с генерированием этих излучений высказывался в свое время профессор Троубридж. Поначалу я использовал деревянный ящик, тщательно загерметизированный с помощью воска, заполнял его маслом или другой жидкостью и помещал туда трубку. В процессе изучения некоторых особенностей работы аппарата модифицировал и усовершенствовал его. В более поздних исследованиях применил компоновку, вид которой в разрезе прилагается (ил. 1). Колба b описанного выше типа с подводящим проводом и со значительно более длинной, чем представлено здесь, горловиной была помещена в большую трубку t из толстого стекла. Спереди трубка закрыта диафрагмой e, изготовленной из пергамента, а с противоположного конца — резиновой заглушкой P. Заглушка имеет два отверстия, в нижнее из которых вставлена стеклянная трубка t₁, доходящая почти до самого конца колбы. Из большого резервуара R, установленного на регулируемой подставке S, в находящийся ниже резервуар R₁ по резиновым трубкам rr стекает какое-либо масло. Маслопровод четко просматривается на чертеже. Регулируя разницу в уровнях двух резервуаров, можно без труда поддерживать постоянные условия для работы. Внешняя стеклянная туба t служит отчасти отражателем, кроме того, она дает возможность наблюдать за колбой b в процессе работы. Заглушка P, сквозь которую, не нарушая герметичности, проходит проводник с, установлена таким образом, что ее можно вставлять в тубу t и вынимать из нее, меняя таким образом плотность масла, через которое проходят лучи.

Ил. 1

С этим аппаратом я добился неплохих результатов, которые наглядно демонстрируют преимущества такой компоновки. Например, находясь на расстоянии 45 футов от лампы, мы с ассистентами могли отчетливо видеть кисть руки сквозь экран из вольфрамата кальция, при этом лучи пронизывали слой масла в 2,5 дюйма и диафрагму e. С помощью этого аппарата и метода профессора Генри возможно получение фотоснимков небольших объектов на расстоянии 40 футов при экспозиции всего несколько минут. Но даже и без флюоресцирующего порошка можно использовать короткие экспозиции, и я считаю, что для ускоренной процедуры вышеупомянутый метод не является обязательным. И скорее соглашусь с тем, что для практического применения этого метода, если возникнет такая необходимость, следует принять идею профессора Сальвиони, предложившего наносить на пленку флюоресцирующую эмульсию. Это непременно даст лучшие результаты по сравнению со свободностоящим флюоресцирующим экраном и значительно упростит процесс. Позволю себе, однако, заметить, что со времени моего последнего сообщения экраны были в значительной степени усовершенствованы.

Теперь на заводах Эдисона их покрывают вольфраматом кальция в виде мельчайшего порошка, распределяя его равномерно, и в результате получаются довольно приличные снимки. Я также считаю, что будет полезным применение более мягкой, чем раньше, и утолщенной бумаги. Разумеется, следует отметить, что вольфрамат кальция оказался отличным флюоресцирующим материалом для лампы. Незамедлительно проверив его свойства, считаю, что ничего пока не найдено. Будущее покажет, останется ли он таковым надолго. До нас доходят сообщения, что за границей нашли несколько флюоресцирующих веществ, лучших, чем цианиды.

Г-н Е.Р. Хьюит предложил мне еще одно усовершенствование для увеличения резкости теневых снимков. Он предположил, что отсутствие четкости контура теневых проекций на экране обусловлено рассеиванием флюоресценции от кристалла к кристаллу. Он предложил избавиться от этого при помощи тонкой алюминиевой пластины со множеством параллельных прорезей. Следуя его совету, я провел несколько опытов с проволочной сеткой и экранами из смеси флюоресцирующего порошка. И обнаружил, что общая яркость экрана уменьшилась, однако при сильном облучении теневые проекции выглядели более четкими. Возможно, эта идея найдет свое полезное применение.

Используя описанный выше аппарат, я получил возможность гораздо лучше, чем раньше, изучить тело человека при помощи флюоресцирующего экрана. Теперь позвоночный столб можно увидеть довольно отчетливо даже в нижней части туловища. И так же отчетливо видны контуры бедренных костей. Рассматривая область сердца, можно безошибочно определять его местонахождение. То, что располагалось в глубине кадра, выглядело гораздо ярче, чем края, и это различие в оптической плотности теневой проекции удивило меня. В ряде случаев я уже мог довольно хорошо различать ребра, а также кости плеча. Конечно, нет ничего трудного в изучении костей конечностей. Мною отмечены некоторые необычные эффекты, которые объясняю присутствием масла. Например, лучи проходили сквозь металлические пластины толщиной более 1/8 дюйма, и в одном случае можно вполне отчетливо видеть кости своей руки сквозь медные, железные и латунные листы толщиной почти в 1/4 дюйма. Как выяснилось, сквозь стекло лучи проникали с такой легкостью, что, проходя сквозь экран под прямым углом к оси трубки, они действовали с максимальной интенсивностью, хотя преодолевали плотные массы стекла и масла. Пласт стекла толщиной приблизительно в 0,5 дюйма, помещенный перед экраном, почти не ослаблял флюоресценцию. Когда экран укрепляли перед трубкой на расстоянии около 3 футов, а ассистент находился между экраном и трубкой, его голова отбрасывала на экран лишь слабую тень. Несколько раз это выглядело так, как если бы кости и плоть были в равной степени проницаемы для излучений, проходивших сквозь масло. Когда ассистент находился очень близко к лампе, экран так сильно облучался сквозь его тело, что я мог отчетливо видеть движение его руки. В одном случае даже смог различить кости локтя и предплечья.

Отметив в ряде случаев исключительную лучевую проницаемость костей (свойство костей — пропускать сквозь себя рентгеновские лучи), я сначала предположил, что лучи, возможно, представляют собой высокочастотные колебания, и масло каким-то образом частично поглощало их. Однако эта точка зрения оказалась несостоятельной, когда я обнаружил, что на определенном расстоянии от лампы получил контрастное теневое изображение костей. Это последнее наблюдение побудило меня активнее использовать экран для получения отпечатков на пластине, а именно: с помощью экрана сначала необходимо определить подходящее расстояние для объекта перед съемкой. Вы убедитесь, что зачастую при большем расстоянии изображение бывает более отчетливым. Чтобы исключить возможность каких-либо погрешностей во время экспериментов с экраном, я разместил вокруг аппарата толстые металлические пластины, препятствующие флюоресценции, которая может возникнуть как следствие излучений, попадающих на экран от боковых стенок. Считаю, что такое приспособление совершенно необходимо, если вы стремитесь к корректности ваших научных исследований.

Когда я изучал поведение масел и других жидких изоляторов, чем продолжаю заниматься и сейчас, мне пришло в голову исследовать замечательное явление, открытое профессором Дж. Дж. Томсоном. Некоторое время тому назад он возвестил, что все вещества, через которые проходят излучения Рентгена, становятся проводниками электричества. Применив тест на восприимчивость к резонансу для исследования этого феномена, я сделал это так, как уже показано в моих ранних статьях о токах высокой частоты. Вторичный контур, желательно не в очень близком индукционном контакте с первичным, подключили к последнему и заземлили. Колебания в первичном контуре были настроены таким образом, чтобы резонанс действительно имел место. Поскольку вторичный контур содержал большое количество витков, маленькие тела, присоединенные к свободной клемме, создавали существенные колебания потенциала на последнем. Помещая трубку в деревянный ящик, заполненный маслом, и подсоединяя ее к клемме, я настраивал колебания в первичном контуре таким образом, чтобы резонанс возникал помимо лампы, испускающей лучи Рентгена на значительное расстояние. Затем изменил условия опыта, чтобы лампа начала генерировать излучения с большей эффективностью. Согласно утверждению профессора Дж. Дж. Томсона, маслу предстояло теперь стать проводником и должно было произойти очень заметное изменение в колебании. Однако выяснилось: этого не случилось, и нам следует рассматривать феномен, открытый Дж. Дж. Томсоном, лишь в качестве дополнительного свидетельства того, что здесь мы, возможно, имеем дело с потоками материи, которая, проникая сквозь тела, вбирает в себя электрические заряды. Но тела не становятся проводниками в общепринятом понимании этого термина. Методика, которую я избрал, столь чувствительна, что ошибка представляется мне практически невозможной.

«Electrical Review», 22 апреля 1896 г.

19

Любопытная особенность рентгеновских излучений

Нижеследующие эксперименты, проведенные с трубками, испускающими рентгеновские лучи, представляют интерес, поскольку проливают дополнительный свет на природу этих излучений, а также полнее иллюстрируют уже известные свойства. В основном данные наблюдения соответствуют тем идеям, которые с самого начала полностью овладели моим сознанием; суть их в том, что лучи состоят из потоков мельчайших материальных частиц, выбрасываемых с огромной скоростью. В ходе многочисленных экспериментов я убедился, что материя, которая при ударе вызывает образование лучей, может исходить из любого электрода. Ввиду того, что последний при длительном использовании претерпевает заметные структурные изменения, более убедительным выглядит предположение, что выбрасываемая материя состоит из частиц самих электродов, а не из частиц остаточного газа. Однако и другие наблюдения, на которых сейчас нет возможности подробно останавливаться, приводят к такому заключению. При ударе массы выбрасываемой материи дробятся на мельчайшие частицы, способные проникать сквозь стенки колбы, или отрывают такие частицы от стенок либо вообще от тел, на которые попадают. Во всяком случае, удар с последующим дроблением представляется абсолютно необходимым условием для генерирования рентгеновских лучей. Вибрация, если таковая имеется, является лишь следствием работы аппарата, и колебания могут быть только продольными.

Главный источник лучей — исключительно место первого столкновения внутри колбы, будь то анод, как в некоторых типах трубки, или помещенное внутрь колбы изолированное тело, или стеклянная стенка. Когда исходящая из электрода материя после удара о препятствие отбрасывается на другое тело, например, на стенку колбы, место второго столкновения становится очень слабым источником лучей.

Ил. 1

Иллюстрация 1, представляющая применявшийся в ряде экспериментов тип трубки, поможет лучше разобраться в этих и других выводах. В основном это тот тип трубки, который был описан ранее при других обстоятельствах. Одинарный электрод e, состоящий из массивной алюминиевой пластины, смонтирован с кабелем с, имеющим, как обычно, стеклянное защитное покрытие w и герметично впаянным в один из концов прямой трубы b, диаметр которой около 5 сантиметров, а длина 30 сантиметров. Другой конец трубы в результате выдувания имеет форму тонкостенной колбы несколько большего диаметра, и в этой части трубы на стеклянном штоке s укреплена воронка f из тонкого платинового листа. В таких лампах я пробовал различные металлы в качестве мишени столкновения, чтобы увеличить интенсивность лучей, а также для отражения и концентрации лучей. Но поскольку профессор Рентген в недавней статье подчеркнул, что наиболее интенсивные лучи дает платина, я использовал главным образом этот металл, убеждаясь в заметном усилении воздействия на экран или на чувствительную пластину. Описываемое здесь устройство специально сконструировали, чтобы выяснить, будут ли лучи, возбужденные на внутренней поверхности платиновой воронки f, фокусироваться снаружи колбы, и, более того, будут ли они исходить прямолинейно из точки фокусирования. С этой целью воображаемую вершину конуса воронки вывели из колбы наружу примерно на два сантиметра, что соответствует точке о.

Когда в лампе был достигнут необходимый вакуум и она начала работать, стенка стеклянной колбы под воронкой f стала сильно фосфоресцировать, но неоднородно, поскольку образовалось узкое кольцо rr₁, более яркое в периферийной части; очевидно, что это кольцо появилось благодаря воздействию лучей, отразившихся от платинового листа. Когда флюоресцирующий экран соприкасался или приближался к стеклянной стенке колбы под воронкой, часть экрана в непосредственной близости от флюоресцирующего участка была ярко освещена, а контуры пятна при этом совсем размыты. При удалении экрана от колбы ярко освещенное пятно становилось меньше, а его контуры отчетливее до тех пор, пока по достижении точки о светящаяся часть не сокращалась до маленькой точки. Продвижение экрана на несколько миллиметров дальше от точки о вызывало появление маленькой черной точки, которая расширялась до круга и становилась тем больше, чем больше увеличивалось расстояние от колбы, пока на достаточно большом расстоянии темный круг не охватывал весь экран. Этот безукоризненный эксперимент наглядно продемонстрировал прямолинейное распространение лучей, что ранее доказал Рентген методом микроканальной фотографии. Но кроме этого выявилась одна важная деталь, а именно: флюоресцирующая стеклянная стенка практически не испускала лучей, тогда как при отсутствии платинового экрана, но при прочих равных условиях она стала бы эффективным источником лучей, так как стекло даже при слабом возбуждении колбы сильно нагревалось. Можно дать единственное объяснение отсутствию излучения от стекла, предположив, что исходящая из поверхности платинового листа материя уже находится в диспергированном состоянии, когда она попадает на стеклянную стенку. Примечательно также и то, что уже при слабом возбуждении лампы края темного пятна были четкими, что решительно отвергает возможность диффузии. При очень сильном возбуждении лампы фон становился ярче, а теневая проекция S более расплывчатой, хотя и тогда она всё еще оставалась видимой.

Вышеизложенное приводит к очевидному выводу, что при использовании лампы соответствующей конструкции испускаемые лучи концентрируются на любом малом пространстве на некотором расстоянии, и из этого факта можно извлечь практическую пользу, получая отпечатки на пластину или исследуя тела с помощью флюоресцирующего экрана.

«Electrical Review», 8 июля 1896 г.

20

Рентгеновские лучи или потоки

В первом докладе о сделанном им эпохальном открытии Рентген убежденно говорил о том, что исследуемые явления обусловлены некими, пока еще не изученными возмущениями в эфире. Это мнение заслуживает внимания, тем более что оно, вероятно, сформировалось в состоянии наивысшего воодушевления от открытий, когда сознание исследователя может наиболее глубоко проникать в природу вещей.

О существовании неких невидимых излучений, способных проходить сквозь непрозрачные тела, уже давно известно, и поскольку они распространяются прямолинейно и, как отмечалось, воздействуют на флюоресцирующий экран или на чувствительную пластину, был сделан казавшийся очевидным и неизбежным вывод, что новые излучения представляют собой поперечные колебания, подобные тем, что называют световыми. Но с другой стороны, оказалось трудно противостоять бесспорным аргументам в пользу менее распространенной теории материальных частиц, в особенности после исследований Ленарда, когда вероятность существования в атмосфере потоков материи, сходных с катодными, стала очевидной. Кроме того, я тоже обратил внимание на факт, что подобные материальные потоки, обладающие, как оказалось после доклада Рентгена, способностью воздействовать на чувствительную пленку, можно получать в атмосферном воздухе, даже не применяя вакуумную лампу, а просто используя очень высокие напряжения, способные придать молекулам воздуха или другим частицам достаточно большую скорость. Действительно, такие выбросы, или струи, частиц образуются вблизи каждого проводника, несущего высокий заряд с быстро меняющимся напряжением, и я доказал, что если не предупреждать их образования, то этот процесс окажется разрушительным для любого конденсатора или высоковольтного трансформатора, какой бы толстой ни была изоляция. Они к тому же совершенно не позволяют определить период колебаний электромагнитной системы с помощью обычных расчетов или измерений в статическом режиме — в условиях очень высокого напряжения и сверхвысоких частот.

Примечательно, что Рентген, владея разного рода информацией, склонялся к тому, чтобы считать открытые им лучи продольными волнами эфира.

После долгих и тщательный исследований с безупречно подобранной для этой цели аппаратурой, способной производить отпечатки на больших расстояниях, и после проверки результатов, представленных другими экспериментаторами, я пришел к выводу, о котором уже упоминал в своих предыдущих статьях для вашего уважаемого журнала, а теперь осмеливаюсь, не колеблясь, признать — первоначальная гипотеза Рентгена подтверждается двумя деталями, касающимися, во-первых, продольного характера возмущений и, во-вторых, среды, причастной к их распространению. Я излагаю здесь свои идеи исключительно с целью сохранения достоверных письменных свидетельств того, что, по моему мнению, представляется точной трактовкой этих новых и очень ценных проявлений энергии.

Последние результаты наблюдений, полученные Беккерелем и другими изучавшими невидимые излучения от неизвестных ранее источников, и некоторые выводы Гельмгольца, якобы дающие приемлемые объяснения свойствам рентгеновских лучей, придали дополнительный вес доводам в пользу теории поперечных колебаний, и, соответственно, такой трактовке данного явления отдается предпочтение. Но эта точка зрения носит исключительно умозрительный характер, оставаясь до сих пор не подкрепленной каким-либо убедительным экспериментом. С другой стороны, имеется заслуживающее внимания экспериментальное доказательство того, что из лампы с большой скоростью выбрасывается некая материя, каковая и является, по всей вероятности, единственным источником эффектов, открытых Рентгеном.

Сейчас почти нет сомнений, что катодный поток внутри лампы состоит из малых элементарных частиц материи, выбрасываемых с большой скоростью из электрода. Вероятная достигаемая скорость поддается оценке и полностью соответствует механическим и тепловым эффектам, вызываемым ударом о стенку или препятствие внутри колбы. Более того, утвердилось мнение, что выбрасываемые частицы материи действуют, как неупругие тела, подобные неисчислимому множеству маленьких свинцовых пуль. С легкостью доказывается, что скорость потока может достигать или даже превышать 100 километров в секунду, по крайней мере в колбах с одним электродом, в которых достигаемое разрежение и напряжение значительно выше, чем в обычных колбах с двумя электродами. Но тогда материя, движущаяся с такой огромной скоростью, должна, несомненно, пронизывать плотные слои находящейся на ее пути преграды, если закономерности механического удара вообще применимы к катодному потоку. В настоящее время я так глубоко вник в этот вопрос, что если бы и не было экспериментального подтверждения, то не сомневался бы в том, что некая материя выбрасывается сквозь тонкую стенку вакуумной трубки. Исход из последней тем более вероятен, что крупные частицы вещества при ударе должны дробиться на маленькие. Из моих описанных ранее опытов с отражением рентгеновских лучей, существование которого при мощном лучеиспускании доказывается для любого угла падения, явствует, что крупные частицы или молекулы действительно раздробляются на фрагменты, или структурные составляющие, столь мелкие, что полностью лишаются некоторых физических свойств, присущих им до столкновения. Таким образом, абсолютно несущественно, из какого вещества состоят электрод, стенка колбы или какая-либо преграда внутри нее, за исключением той роли, какую данное вещество играет в отношении интенсивности излучений. Из этого также следует, как я уже указывал, что второе столкновение не сопровождается никаким дальнейшим раздроблением частиц. Материя, составляющая катодный поток, по всем признакам доведена до некоего первичного состояния, прежде неизвестного, поскольку такие скорости и столкновения такой интенсивности никогда, вероятно, не исследовались или даже не достигались, пока не были отмечены эти необычные явления. Так почему же не допустить, что, в соответствии с идеалистической теорией лорда Кельвина, именно эфирные вихри, образующие более крупные частицы, распадаются, и в рентгеновском феномене мы можем засвидетельствовать превращение обычной материи в эфир? Это именно то толкование, которое, я думаю, подтверждает первую гипотезу Рентгена. В таком случае, конечно, нет и речи ни о каких других волнах, кроме продольных, что он и предполагает; единственно, по моему мнению, частота должна быть очень малой, такой, как в электромагнитной колебательной системе, в основном не превышающей нескольких миллионов в секунду. Если такой процесс трансформации произойдет, будет трудно, если вообще возможно, определить количество энергии, содержащейся в излучениях, а утверждение, что это количество невелико, следует воспринимать с некоторой осторожностью.

Что касается лучей, основательно изученных Ленардом и оказавшихся центром этих великих достижений, я считаю их настоящими катодными потоками, которые проникают сквозь стенку трубки. Их неотклоняемость под воздействием магнитного поля доказывает, как думается, только то, что они почти не отличаются от потоков внутри трубки. Частицы материи, по-видимому, крупные, а их скорость мала по сравнению со скоростью рентгеновских лучей. Тем не менее они могут, правда, в меньшей степени, делать всё то, на что способны рентгеновские лучи. Эти действия я считаю исключительно механическими, достижимыми с помощью других средств. Так, например, полагаю, что если выстрелить из ружья, заряженного ртутью, в тонкую доску, то выброс ртутных паров произвел бы отливку теневого изображения объекта на пленку, особо восприимчивую к механическим ударам, или на экран, способный к флюоресценции под воздействием такого удара.

Нижеследующие результаты наблюдений, проведенных мной и другими экспериментаторами, в большей или меньшей степени говорят в пользу существования потоков материи.

I — Феномен разрежения

На эту тему я уже однажды высказывался при других обстоятельствах. К сожалению, необходимо еще раз отметить, что полученный мною результат не следует путать с эффектами, описанными Споттсвудом и Круксом. Объясняю второе из упомянутых явлений следующим образом: начальное свечение при включенном токе обусловлено наличием некоторого количества органического вещества, почти всегда попадающего в колбу в процессе ее изготовления. Тончайший слой такого вещества на стенке неизменно порождает начальное свечение, но оно никогда не возникает, если разрежение в колбе происходит под воздействием высокой температуры или органическое вещество деструктурируется иным способом. После исчезновения первого свечения разрежение постепенно и неизбежно возрастает в результате выброса частиц электродом и их оседания на стенке. Эти частицы поглощают большую часть остаточного газа. Последний может снова высвободиться в результате нагрева колбы или другого воздействия. Вот и всё о явлениях, отмеченных этими исследователями. В случае, который наблюдал я, происходит, должно быть, действительный выброс материи, и об этом свидетельствуют следующие факты: разрежение наступает быстрее, а) если стекло тонкое, б) если напряжение более высокого порядка, в) если разряды происходят в более стремительном темпе, г) если внутри колбы не имеется препятствий; д) алюминиевый или платиновый электрод максимально ускоряют процесс разрежения, при этом первый металл выбрасывает частицы, движущиеся с наибольшей скоростью, а второй — частицы с наибольшим весом; е) стеклянная стенка размягчается при нагревании, но не лопается, а деформируется, образуя выпуклость; ж) в некоторых случаях разрежение имеет место, даже если проколоть в стекле едва заметное отверстие; з) все факторы, способствующие приданию частицам большей скорости, ускоряют процесс разрежения.

II — Взаимосвязь между непроницаемостью и плотностью

Немаловажный факт, ранее указанный Рентгеном и нашедший подтверждение в последующих изысканиях, состоит в том, что чем выше плотность вещества, тем более непроницаемо оно для лучей. Никакой иной довод не может дать этой зависимости столь же приемлемое объяснение, как предположение, что лучи являются потоками материи, и в такое объяснение невольно вписывается очевидная взаимосвязь между непроницаемостью и плотностью. Данная связь тем более существенна, что имеет отношение к природе лучей, поскольку в световых колебаниях она вообще не проявляется и, следовательно, не будет обнаружена в такой явной степени и при всех обстоятельствах, которые обусловлены вибрациями, похожими на световые и близкими им по частоте.

III — Чёткость теневых изображений на экране или пластине

Процесс получения снимков и исследования теневых изображений при изменении интенсивности излучений и максимально возможном сохранении всех прочих условий показывает, что применение более интенсивных излучений не гарантирует существенных преимуществ, если таковые вообще имеются, в четкости изображения деталей. Первое время казалось, что необходимо только генерировать очень мощные лучи. Но результаты последовали неутешительные, поскольку, хотя мне и удалось генерировать лучи, способные воздействовать на фотопластину с расстояния уж не менее 30 футов, я не добился заметного улучшения. Лишь с одной стороны оказалось полезным использование лучей такой интенсивности, а именно: оно позволило отодвинуть пластину дальше от источника и, следовательно, улучшить качество теневого изображения. Ничего иного, достойного внимания, не удалось достичь. Экран в затемненном ящике время от времени озарялся таким ярким светом, что можно было свободно читать на некотором расстоянии, и всё же теневое изображение не становилось более четким. Действительно, зачастую очень сильное излучение производило худший отпечаток, чем слабое. Так вот, явление, неоднократно мною наблюдаемое и которому я в этом контексте придаю огромное значение, таково: изображение, полученное на небольшом расстоянии от трубки при интенсивном лучеиспускании, не дает никакого теневого пятна, разве только едва различимое. Так, плоть и кости кисти руки, к примеру, оказываются в равной степени прозрачными. В то же время при постепенном увеличении расстояния выясняется, что кости отбрасывают тень, тогда как плоть не оставляет никакого следа. При дальнейшем увеличении расстояния появляется тень от плоти, а тень от костей становится более темной, и в этот момент можно найти точку наибольшей резкости теневого снимка. Если продолжать увеличивать расстояние, исчезают детали, и в конце концов остается различимым только расплывчатое пятно, напоминающее очертаниями кисть руки.

Это часто упоминаемое явление совершенно не согласуется ни с одной теорией поперечных колебаний, но оно легкообъяснимо, если допустить существование материальных потоков. Когда рука находится близко, а скорость частиц очень велика, они без труда пронизывают и кости и плоть, и эффекта, обусловленного разницей в замедлении движения частиц, проходящих сквозь неоднородные части тела, не наблюдается. Яркость свечения экрана может возрастать лишь до определенного предела, а воздействие на чувствительную пленку осуществимо только до небольшой степени. Когда расстояние увеличивается или, что равноценно, интенсивность излучения уменьшается, кости, оказывающие большее сопротивление, начинают отбрасывать тень первыми. При дальнейшем увеличении расстояния плоть точно так же начинает задерживать достаточное количество частиц, чтобы оставить след на экране. Но в любом случае очевидно, что можно уверенно получать теневые снимки максимальной резкости, определив экспериментальным путем расстояние, дающее наибольшую разницу в траекториях частиц, попадающих на экран или пленку.

IV — Все лучи имеют одну основу

Считается, что вышеизложенное якобы подтверждает очевидное существование лучей разного рода, то есть лучей с различной частотой вибраций. По моему мнению, различие состоит в скорости частиц и даже в их величине, и это полностью объясняет разнородность полученных результатов, что связано со способностью различных веществ пропускать эти лучи. Я, к примеру, много раз убеждался в том, что алюминий менее проницаем, чем стекло, и в некоторых случаях латунь оказывалась весьма прозрачной по сравнению с другими металлами. Подобные наблюдения выявили необходимость сравнивать строго одинаковые по толщине слои вещества и помещать их как можно ближе друг к другу. Они также показали, что сравнение результатов, полученных от разных ламп, приведет к ошибке.

V — Действие на чувствительные пленки

Многие эксперименты с пленками разной толщины показывают, что на толстой пленке явно можно увидеть больше подробностей, чем на тонкой. Это, как мне представляется, еще одно свидетельство в поддержку вышеизложенных взглядов, так как результат легко объясняется, если принять во внимание предыдущие комментарии.

VI — Поведение различных веществ, отражающих лучи,

о чем я говорил выше, не оставит места сомнениям (если другие экспериментаторы захотят проверить это), что излучения представляют собой потоки некой материи или, возможно, эфира, как отмечалось ранее.

VII — Полное отсутствие рефракции

и других свойств, присущих световым волнам, у излучений, о которых сообщил Рентген, еще не нашло удовлетворительного объяснения. Если бы лучи представляли собой поперечные колебания, был обнаружен хотя бы намек на это явление.

VIII — Разряд проводников

под воздействием лучей показывает, насколько я могу судить по экспериментальным данным других исследователей, что электрический разряд снимают материальные переносчики заряда. Установлено также, что непроницаемость играет значительную роль, и результаты наблюдений по большей части согласуются с вышеизложенными выводами.

IX — Источник лучей,

как я полагаю, это всегда место первого столкновения катодного потока, в то время как от вторичного столкновения образуется мало лучей или их не бывает вообще. Трудно объяснить это явление, пока не будет признано существование потоков материи.

X — Теневые изображения вне трубки

Решающим фактором, доказывающим существование материальных потоков, является образование теневых изображений в пространстве на некотором расстоянии от лампы, на что я ранее уже указывал. Поэтому сейчас сошлюсь на свое предыдущее сообщение по этому вопросу и только подчеркну, что при работе в указанном режиме такие теневые изображения могли образоваться исключительно с участием потоков материи.

XI — Лучи большой силы проникают сквозь все вещества

Эксперименты, вне всяких сомнений, подтверждают это явление. Работая с очень сильными излучениями, я беспрепятственно получаю отпечатки, когда лучи проходят сквозь любой металл, толщину слоя которого можно рассматривать как большую. Этот результат не объяснить никакой теорией поперечных колебаний. Мы лишь в состоянии доказать, как лучи могут пройти сквозь то или иное вещество, но такие объяснения не применимы ко всем без исключения веществам. С другой стороны, если признать существование материальных потоков, такой результат неизбежен.

К вышесказанному следует добавить огромное количество других исследовательских данных и фактов в качестве дополнительных доказательств в защиту изложенных взглядов. Я отметил определенные особенности веществ, принимающих на себя катодный поток внутри лампы. И установил экспериментальным методом, что при любой степени разрежения и при использовании веществ с совершенно различными физическими свойствами образуются одинаковые лучи, а также обнаружил ряд особенностей, касающихся напряжения, вакуума, остаточного газа, материала, из которого изготовлен электрод, и т. д., и все результаты исследований в большей или меньшей степени согласуются с тем, что я ранее утверждал. Однако надеюсь, настоящие строки окажутся достаточно интересными, чтобы к ним было проявлено внимание.

«Electrical Review», 12 августа 1896 г.

21

О потоках рентгеновских лучей

Нижеследующие строки, возможно, содержат полезную информацию для физиков и врачей. Те, кто по долгу службы применяет открытия Рентгена для помощи страдающим, определяя местонахождение инородных тел в организме или выясняя состояние локальных расстройств и врожденных пороков, во многих случаях склонны к разочарованию. Если определение положения инородного тела в голове, шее и во всех мягких тканях и обнаружение запущенной болезни в легких не представляют абсолютно никакой трудности, то поиск местонахождения такого крупного и непрозрачного тела, как пуля, внедрившаяся в некоторые костные части торса больного, часто может сопровождаться осложнениями. Процесс будет неизменно успешным, если строго соблюдать рекомендации, которые являются результатом исследования множества случаев такого рода.

Для придания настоящим утверждениям законченности и большей практичности я считаю полезным сказать несколько слов о рентгеновских лучах. На основании всех полученных мной до сих пор данных придерживаюсь мнения, которое высказывал по другим поводам: эти излучения образуются потоками некой материи, отбрасываемой с огромной скоростью и, как правило, в режиме пульсации от стенок трубки. Пульсирующий характер обусловлен лишь особенностью работы аппарата, обычно применяемого для генерирования лучей; однако колебательный, или пульсирующий, разряд не является обязательным условием, поскольку я получил однонаправленные токи высокого напряжения, тоже способные генерировать мощные лучи, так что применение электростатической машины будет столь же результативным. Способ образования этих лучей, или потоков, не имеет большого значения для решения задачи, о которой идет речь. Мелкие частицы внутри колбы, являющиеся первопричиной, могут быть ионами, что образовались в процессе электролиза, или более крупными частицами электрода, или, возможно, молекулами остаточного газа. Во всяком случае, есть основания считать, что частицы чрезвычайно малы, и вследствие этого скорости катодных потоков внутри трубки столь высоки, а столкновения столь интенсивны, что эти процессы вызывают дальнейшее расщепление катодной материи — явление, еще не изученное физиками. Я уже выдвигал в качестве вероятного предположение, что мы имеем дело с фактическим расщеплением эфирных вихрей, из которых, согласно теории лорда Кельвина, состоят материальные частицы, или, возможно, сталкиваемся с разложением материи до некой неизвестной первичной материи, называемой в древних ведах Акаша. Эксперименты доказывают, что эта субстанция отражается иногда очень интенсивно, иногда слабо, но во всех случаях разные металлы ведут себя необычно — исследованием этого я и занимался. И полученные результаты, хотя и не лишенные погрешностей из-за больших трудностей в получении точных данных в такого рода исследованиях, были тем не менее достаточно позитивными, чтобы убедить меня в том, что в потоках излучений Рентгена присутствует среда, или стихия, элементы которой имеют отношение к образованию электродвижущей силы между металлами, находящимися в контакте. Возможно, в свете передовых представлений о контактной электризации следовало сказать, что эти потоки образуются из эфира, но я предпочел употребить термин «первичная материя», поскольку, хотя для ученого ума слово «эфир» выражает совершенно определенное понятие, не существует ясности относительно структуры этой среды. Излучаемая материя не обнаруживается с помощью спектрального анализа и, очевидно, не производит какого-либо поддающегося оценке механического или даже теплового эффекта, не реагирует и на электромагнит; все эти аргументы указывают на то, что она не может состоять из молекул какого-либо известного вещества. Излучения производят мощное воздействие на фотографическую пластину или флюоресцирующий экран, но я рассматриваю эти явления в качестве очевидных последствий энергетического взаимодействия.

Из различных приемлемых версий относительно образования этих потоков вне трубки наиболее обоснованной, по моему мнению, является предположение, что должен происходить выброс расщепленного катодного вещества сквозь стенки колбы. Доказано, что внутри колбы присутствуют частицы достаточно малой величины, и любая скорость, вплоть до многих тысяч километров в секунду, не только возможна, но и вероятна, и даже если бы частицы не расщеплялись при ударе о стенки или другое сравнительно непрозрачное тело внутри колбы, они, несомненно, проходили бы сквозь значительные слои большинства веществ. Мои опыты в этой области доказали, что весь процесс расщепления практически происходит при первом столкновении с непроницаемым в различной степени препятствием внутри колбы, при этом вторичное столкновение, по-видимому, почти не дает эффекта, что можно объяснить, исходя из общепринятых принципов механики. Я также обнаружил, что место первого и самого сильного взаимодействия, будь то анод, катод или стенка колбы, неизменно является основным источником излучений, или потоков. К тому же в полном соответствии с принципами механики проникающая способность тем больше, чем полнее расщепление. Так, например, прохождение лучей сквозь непрозрачные предметы значительной толщины приводит, по-видимому, к дальнейшему расщеплению частиц, и лучи гораздо легче пронизывают плотные вещества. Тот же эффект был получен в исследованиях профессора Райта, который первым в Соединённых Штатах опубликовал достоверные результаты. Я прихожу к заключению, что толстостенные трубки обеспечивают излучения с большей проникающей силой. Конечно, это не следует понимать так, что имею в виду большую силу удара. В основном именно упомянутое выше обстоятельство делает более вероятным предположение, что выбрасываемая материя не есть однородный поток, но состоящий из частиц разнообразной величины, движущихся с различными скоростями, так как, будь все частицы одинаковы, проникающая способность зависела бы главным образом от скорости. Следовательно, для практического применения рентгеновских потоков представляется очень важным найти способ их фильтрации и превращения в однородные, поскольку, только применяя этот метод, мы можем рассчитывать на получение точных результатов в их исследовании. Потоки с идеально равномерной скоростью и одинаковыми свойствами, если только получить их, были бы более пригодны для научных исследований.

Поскольку разрушение электродов, особенно алюминиевых, происходит так медленно, что никакого существенного уменьшения веса не выявляется даже после длительного использования, отсюда следует, что материя, образующая рентгеновские потоки, до такой степени тонка, что ее не удается обнаружить. Несколько трубок, которые я использовал в течение ряда месяцев, продемонстрировали, что бомбардируемое место на стекле было полностью пропитано частицами алюминиевого электрода, однако потребовались бы, вероятно, годы непрерывной эксплуатации, чтобы собрать какое-либо поддающееся оценке количество материи снаружи трубки. В этой связи, относительно трубки с алюминиевым электродом, выявляется заслуживающий внимания факт, что при правильной настройке качество электрода не ухудшается, а, напротив, по всей видимости, улучшается; тогда как применение платинового электрода укорачивает срок службы трубки вследствие того, что вещество электрода осаждается на стенках, и этот налет, как я уже объяснял в связи с другим вопросом, затрудняет выход потока. То есть как только частицы наталкиваются на пленку из вещества электрода, они сообщают ей свой заряд, и это вызывает отталкивание поступающих частиц. В результате заметно возрастает сопротивление трубки. Вышеупомянутый недостаток платинового электрода, несмотря на его эффективность, заставляет отказаться от него.

Высказывалось предположение, что рентгеновские лучи обусловлены простым распространением электростатического напряжения, но, исходя из этой посылки, трудно представить себе, как могут генерироваться лучи в тех случаях, когда стеклянная стенка нагревается до высокой температуры и, как следствие, обретает проводимость, или когда экранная пластина, или барьер, изготовлена из металла и заземлена. Недавно Стоукс рассматривал вероятность того, что воздействие катодного потока на одну сторону барьера может вызвать молекулярное движение без обязательного пролета частиц сквозь перегородку. Согласно этому суждению, которое я не так давно изучал, дело представляется таким образом, что потоки материи могут возникать на внешней стороне стенки трубки, и в таком случае только воздух несет всю ответственность за последствия, и этим в какой-то степени объяснится тщетность исследования методом спектрального анализа. Но разве нельзя с большей вероятностью предположить реальность прохождения и дробления материи, как на это указывают все факты? Учитывая мнение профессора Стоукса, который предполагает, что возмущение носит непериодический характер и тем не менее способно вызывать явления, свойственные поперечным колебаниям чрезвычайно высокой частоты, для меня это выглядит вопросом серьезного выбора. Отнюдь не старые ньютоновы выводы о природе света следует пересматривать, а, скорее, беспочвенное умозаключение, что неизвестные ранее явления, открытые Рентгеном, обусловлены поперечными колебаниями, и это при экспериментальной недоказанности данного и при отсутствии приемлемого объяснения, как катодный удар может вызвать волны более высокой частоты, чем частота света.

Будучи твердо убежден в существовании материальных потоков, считаю, что неудача попыток продемонстрировать фактическое прохождение материи объясняется или незначительностью количества, или же структурой материи, но первое предпочтительнее, поскольку на это указывают все характерные особенности потоков. По моему мнению, исследователям не стоит отказываться от проведения экспериментов с применением рентгеновских лучей, опасаясь их пагубного действия, поскольку есть все основания считать, что потребуются столетия, чтобы аккумулировать достаточное количество такого вещества, способного причинить вред жизнедеятельности человека. Моя же цель — доказать исключительно качественную природу их действий. Например, рискуя поощрить шарлатанов, до которых, возможно, дойдет мое утверждение, хотел бы сказать, что абсолютно уверен в получении доказательства их бактерицидного действия. Кроме следствий физиологического характера, на которые уже обращалось внимание читателя, совсем недавно, работая с мощными трубками, я отметил появление болезненного ощущения в области лба выше линии глаз сразу после подключения к току. Это ощущение весьма сходно с тем, которое испытывает человек, когда выходит из темной комнаты на ослепительно яркий солнечный свет или какое-то время идет по полю, покрытому свежевыпавшим снегом.

Что касается пагубных воздействий на кожу, о чем по-разному пишут в отчетах, обращаю внимание на ошибочное истолкование этих проявлений. Они известны мне с некоторых пор, но неотложные дела не давали возможности подробно остановиться на этом предмете. Дело здесь не в рентгеновских лучах, а единственно в озоне, который порождается при соприкосновении с кожей. Азотистая кислота также может в незначительной степени оказывать влияние. Образовавшийся в большом количестве озон поражает кожу, наиболее энергично воздействуя на многие органические субстанции и полностью их разрушая, при этом эффект, несомненно, усиливается из-за повышения температуры и влажности кожи. Например, после облучения в течение некоторого времени кисти руки кожа теряет эластичность, что вызывает стянутость и боль и как следствие — воспаление и образование волдырей. Обычно это случается только на близком расстоянии от лампы, но может проявиться и на большем расстоянии при облучении лампой с одним электродом или, главным образом, лампой с высокой степенью разрежения, в которой электроды действуют автономно. Поэтому я всегда принимаю меры предосторожности, когда делаю снимки под рентгеновскими лучами, закрывая человека ширмой из алюминиевых проводов, которая должна быть заземлена — и желательно через конденсатор. Однако радикальным средством предотвращения воздействий такого рода является исключение доступа воздуха к коже во время экспозиции, например, путем погружения в масло. Так как во многих случаях это может оказаться неудобным, в целях защиты можно прибегнуть к металлической ширме. Действие озона на некоторые вещества, помещенные вблизи лампы таким образом, что на их поверхности порождается этот газ, столь сильно, что они разрушаются за несколько минут. Для провода, имеющего толстую резиновую изоляцию и подсоединенного к зажиму высокочастотной катушки, иногда достаточно облучения в течение лишь одной минуты, чтобы резиновая изоляция пришла в полную негодность. Некоторые изоляционные составы, выпускаемые промышленностью, разрушаются еще быстрее, но не собираюсь перечислять их, поскольку это может нанести ущерб их производителям. Гуттаперча, пчелиный воск и парафин успешно противостоят агрессивному воздействию, и для высокочастотных катушек следует использовать провода с такой изоляцией. Я впервые наблюдал такое мощное действие озона около двух лет тому назад в ходе эксперимента, который проводил в моей лаборатории в присутствии многих людей. Опыт заключался в том, что человек, стоявший на изолированном стенде, получал заряд с потенциалом около полутора миллионов вольт и с частотой несколько сотен тысяч чередований в секунду. В таких условиях светящиеся потоки вспыхивают на всех частях тела, особенно сильно на конечностях, волосах, на носу и ушах. Я много раз подвергал себя этому испытанию, которое, казалось, не предвещало иного риска, за исключением возможного разрыва кровеносного сосуда при условии очень большой сухости кожи и ее непроводимости. Тогда-то и отметил на себе и других последствия, выявившиеся позднее, которые во многом напоминают те, что считаются характерными при воздействии рентгеновских лучей. С токами, полученными с помощью усовершенствованных осцилляторов (их описание представлено в «Electrical Review» от 30 сентября 1896 года), озон образуется в таком изобилии, что достаточно включить ток лишь на несколько секунд, чтобы сильно озонировать атмосферу большого зала. Данные токи способны создавать химические соединения, важнейшее из которых — соединение атмосферного азота с кислородом. Это открывает беспредельные возможности, к достижению которых я всеми силами стремился в течение долгого времени, а именно: получение азотных соединений из атмосферы в промышленном масштабе фактически без иных материальных затрат, кроме механической энергии. Если производить этим способом только удобрения для почвы, польза для человечества была бы неизмеримой. Из упомянутого выше действия озона следует, что экспериментатор должен воспользоваться указанными мерами предосторожности, поскольку если в малых количествах озон является дезинфицирующим средством, то генерированный в больших количествах, он небезопасен.

Выполняя неприятную обязанность, скажу в этой связи несколько слов относительно «прозревания слепых» с помощью рентгеновских лучей. Упомянутая сенсация получила широкое распространение в газетах. Но разве не жестоко вселять подобные надежды, когда для этого нет никаких оснований? Ибо доказано лишь, что лучи не являются поперечными колебаниями. Если бы они оказались таковыми, мы обязательно нашли бы способ их преломления, чтобы стало возможным спроецировать достаточно малое изображение на сетчатку глаза. В действительности же реально спроецировать только тень очень небольшого предмета. Какую пользу можно извлечь из применения лучей с такой целью? В конечном счете с помощью отпечатка на сетчатой оболочке глаза контур небольшого предмета может быть опознан, но чтобы получить такое ощущение, чувства осязания более чем достаточно. Известно, что световые ощущения вызываются двумя способами — посредством механического удара и прохождения электрического тока. Оба эти процесса, полагаю, присутствуют в рентгеновских потоках, и, следовательно, можно предположить такого рода воздействие на зрительный нерв. Должен, однако, признаться, что я не могу подтвердить некоторые эксперименты, о которых сообщалось. Например, если держать руку перед закрытыми глазами, тень от нее легко различима, почти так же, как перед зажженной свечой; но когда закрыта трубка и проникновение света из нее совершенно исключено, мне не удается получить такое же ощущение. Следовательно, второй опыт объясняется прежде всего обычным светом, или же мои трубки работают иначе по сравнению с трубками других экспериментаторов. Будет, вероятно, уместно напомнить в этой связи, что при обычном ярком солнечном свете, особенно в южном климате, легко различать тени предметов и даже их примерные очертания с закрытыми глазами.

Исходя по-прежнему из посылки, что мы действительно имеем дело с материальными потоками, важно выяснить, при каких условиях лучше всего производить отпечатки на чувствительный экран или пластину. Прежде всего экспериментатор отметит, что, работая с определенной лампой и катушкой, он имеет две возможности для улучшения четкости отпечатков. Одна из них, если можно так выразиться, находится в лампе, другая — в катушке. Катушка, обычно состоящая из множества витков тонкого провода, очень чувствительна к изменению электрической емкости тел, подключенных к ее клеммам. Следовательно, электрическая емкость этих тел в значительной степени определяет разность потенциалов в такой катушке. При определенной степени разрежения эта емкость достигает такой величины, что напряжение возрастает до максимума, а это приводит к наибольшей скорости катодного потока и, как следствие, наиболее интенсивному излучению. Но при высокой степени разрежения катодные потоки, возможно, будут недостаточно обильными, как обычно и происходит. Чтобы добиться наилучшего результата, необходимо в целях согласованного взаимодействия этих двух факторов тщательно определять размеры лампы, а это практически весьма сложно сделать ввиду того, что экспериментатор вынужден использовать промышленные лампы, которые далеко не всегда являются самыми подходящими для его катушки. Такой несложный анализ указывает на огромное преимущество катушки, не имеющей тонких проводов и способной вырабатывать во вторичном контуре ток, превышающий потребности даже самой большой лампы.

После того как врач научится умело обращаться со своим аппаратом, он отметит, что для получения наилучшей резкости изображения, которая зависит главным образом от расстояния и степени непрозрачности исследуемого предмета, ему придется поддерживать определенное напряжение на клеммах трубки. Само собой разумеется, что резкость изображения тем выше, чем меньше площадь места, из которого исходят лучи, но это верно лишь для тех случаев, когда снимки делают с очень небольшого расстояния. Когда расстояния большие, использовать совсем маленькую излучающую поверхность невыгодно, поскольку в этом случае плотность излучения уменьшается до такой степени, что его действие крайне слабое. Разобравшись с этим вопросом, мы понимаем: при интенсивном излучении более плотные части тела тоже проницаемы и многие подробности теряются, хотя и при менее интенсивном излучении снимок может быть в целом слишком слабым, чтобы выявить существенные подробности.

Чтобы наглядно проиллюстрировать, как следует действовать наилучшим образом, я воспользуюсь простейшим примером. Предположим, что между двумя кусками черного сукна находится инородное тело, это может быть монета, и требуется определить ее местонахождение. Мы можем сделать это, поместив, к примеру, кусок картона позади ткани и затем выстрелив с определенного расстояния зарядом из мелкой дроби по сукну в то место, где предположительно находится монета. Дробь пройдет сквозь сукно во всех точках попадания, кроме того места, где находится монета, и на расположенном позади сукна картоне оно четко обозначится отсутствием отметин. Точно так же мы поступаем, направляя рентгеновские лучи на местонахождение подобного тела. Рентген вооружил нас ружьем, чтобы стрелять из него, — поистине замечательным ружьем, стреляющим пулями, проникающая способность которых тысячекратно превышает возможности пушечного ядра, и посылающим их, вероятно, на расстояние многих миль со скоростью, которая больше не может быть достигнута ни одним известным нам способом. Эти пули так малы, что мы можем стрелять ими по нашим тканям в течение дней, недель, месяцев и лет, по всей видимости, без пагубных последствий. Вместо картона, показывающего траекторию полета пуль, он дал нам то, что, по сути, называется экраном Рентгена, который начинает светиться во всех тех местах, куда попадают пули. Там, где они не могут попасть в экран из-за вмешательства непрозрачного тела, встающего на их пути, экран не светится, и мы видим теневой отпечаток предмета. Достаточно просто спроецировать теневое изображение предмета таким способом, но когда требуется показать более мелкие структурные детали предмета, возникают трудности. Сразу же обнаружится, что для достижения этой цели с наилучшим результатом необходимо в той или иной степени осуществить два условия. Во-первых, экран требуется изготовить из материала, способного засветиться от самого незначительного удара; и, во-вторых, все пули должны быть одинаковыми по величине и двигаться с одной скоростью. Ни одно из этих условий до сих пор не осуществлено на практике, потому что для всех известных нам веществ требуется сильный удар, чтобы вызвать свечение, и пока не найден способ, позволяющий добиться единообразия в скорости и величине гипотетических пуль. Не нужно долгих размышлений, чтобы прийти к заключению, что пули должны лететь с определенной скоростью, которая при всех условиях даст наибольшую степень изображения. Эта скорость легко определяется опытным путем. Резкость изображения будет, очевидно, наилучшей, если пули, проходящие сквозь наиболее плотные части тела, поражают экран так слабо, что не вызывают его свечения, в то время как пули, проходящие сквозь области с несколько меньшей плотностью, наталкиваются на экран с достаточной силой, чтобы заставить его слабо светиться. Чем более чувствителен экран к столкновению, то есть чем слабее удар, заставляющий экран светиться, тем больше деталей будет выявлено. Отсюда следует, что для высокоточного применения рентгеновских лучей наиболее подходящим является вещество не с наибольшим свечением, но с наибольшей чувствительностью.

Изложенные выше соображения убедили меня взять на вооружение следующий метод, который на поверку оказался весьма успешным. Сначала экран Рентгена прикладывается к предмету, который подлежит исследованию, при этом напряжение на клеммах трубки сильно понижено. Затем напряжение медленно и постепенно повышается. Некоторое время спустя вы увидите, что при определенном напряжении теневое изображение исследуемого предмета будет наиболее отчетливым. Но поскольку вакуум продолжает возрастать, напряжение, как правило, поднимается, и изображение теряет четкость, хотя экран начинает светиться более ярко. Как только четкость немного снижается, экспериментатор должен на короткое время изменить направление тока, что приведет к некоторому уменьшению вакуума. Когда ток опять начнет идти в том же направлении, в каком он шел сначала, то есть в направлении, при котором вакуум медленно и постепенно усиливается, изображение вновь становится четким, и с помощью такой несложной манипуляции можно добиться наилучшего результата. Впрочем, этот прием несет в себе еще одно преимущество, ибо частое реверсирование движения тока на обратное приводит к более яркой фосфоресценции экрана. Производя съемку, нам следует наблюдать за работой лампы по экрану и умело пользоваться переключателями, как описано выше.

В качестве практического примера эффективности этой процедуры могу лишь сослаться на один из случаев, привлекших мое внимание. Несколько месяцев тому назад я занимался историей болезни г-на Корнелиуса Мака из Уотертауна, штат Массачусетс. Много лет тому назад при исполнении служебного долга г-н Мак был ранен пулей, которая застряла где-то в грудной клетке, и оказалось невозможно определить ее местонахождение. Я много раз тщетно всматривался в экран, поскольку, хотя лучи с такой легкостью пронизывали тело, что заставляли расположенный позади него экран светиться голубовато-белым светом и обнаруживали все кости, не мог найти на нем изображение засевшей пули. Затем, прибегнув к указанному выше способу, сразу же с легкостью определил точное местонахождение искомого предмета, между лопаточной костью и одним из ребер, и пулю успешно извлекли.

«Electrical Review», 1 декабря 1896 г.

22

О вредном воздействии трубок Ленарда и Рентгена

Из-за быстрого расширения сферы применения трубок Ленарда и Рентгена, а также ламп Крукса, которые врачи используют в качестве медицинского оборудования, а исследователи в качестве лабораторных приборов, учитывая возможности нанесения вреда тканям человеческого организма, настоятельно требуется исследование природы этих воздействий, чтобы выяснить обстоятельства, при которых они могут возникнуть, и (что наиболее важно для практикующих профессионалов) сделать невозможным нанесение вреда при соблюдении определенных правил и применении надежных мер противодействия. Как я уже констатировал в одной из предыдущих статей (см. «Electrical Review», 2 декабря 1896 года), исследователи не должны ограничивать себя в применении рентгеновских лучей из опасения их отравляющего или травмирующего воздействия, и будет величайшей ошибкой давать повод для таких высказываний, которые чреваты замедлением прогресса и созданием предвзятого мнения об уже сейчас в высшей степени полезном и еще более обещающем открытии, но нельзя не признать, что неосмотрительно не обращать внимание на риск теперь, когда мы знаем, что при определенных обстоятельствах он действительно существует. Я считаю: быть готовым к этим опасностям тем более важно, что очевидна перспектива повсеместного применения нового аппарата, способного вырабатывать лучи несравнимо большей мощности. В научно-исследовательских лабораториях приборы обычно находятся в руках людей, искушенных в управлении ими и способных дать близкую к действительности оценку значимости полученных результатов, но врачи, которые очень хорошо понимают, какие огромные преимущества дает при правильном использовании новый подход к лечению больных, и многочисленные дилетанты, восхищенные достоинствами новых явлений, — все страстные поклонники экспериментирования в недавно открытых областях, но многие из них, естественно, не вооружены специальными знаниями в области электротехники — все они очень нуждаются в достоверной информации специалистов, и нижеследующие строки написаны главным образом для них. Однако ввиду того, что мы еще не владеем полнотой знаний об этих лучах, я хотел бы, чтобы над нижеизложенными высказываниями не довлела авторитетность и они воспринимались иначе, чем то, что основано на добросовестности моих исследований и убежденности в безошибочности моих восприятий и наблюдений.

С тех пор как стало известно об открытии профессора Рентгена, я проводил исследования с применением усовершенствованных аппаратов, генерирующих лучи гораздо большей интенсивности, чем можно было получать на обычных устройствах. Как правило, мои лампы обладали способностью демонстрировать теневое изображение кисти руки на фосфоресцирующем экране на расстоянии 40 или 50 футов или даже более того; мы с ассистентами подвергались многочасовым сеансам облучения этими лампами, но, несмотря на то что облучения происходили ежедневно, не наблюдалось ни малейшего пагубного воздействия до тех пор, пока применялись определенные меры предосторожности. Напротив, явилось это совпадением или следствием воздействия лучей, или результатом какого-то производного источника, сопровождающего работу ламп (как, например, образование озона), мое собственное здоровье и здоровье двух сотрудников, которые ежедневно в той или иной степени испытывали на себе воздействие лучей, существенно улучшилось; и какова бы ни была причина, очевиден факт, что мучительный кашель, который постоянно беспокоил меня, совсем прекратился, при этом такое же улучшение наблюдалось и у другого человека.

В процессе получения фотографических отпечатков или исследования лучей с применением фосфоресцирующего экрана я использовал пластину из тонкого алюминия или сетку из алюминиевой проволоки, которая помещалась между лампой и человеком и соединялась с землей напрямую или через конденсатор. И предпринял эту меру предосторожности, потому что мне уже давно известно, что от очень сильных стримеров, которые образуются на теле человека вследствие электростатического воздействия переменного тока высокого напряжения, главным образом на малых расстояниях от клеммы, возникает раздражение на коже. Я убедился, что появление этих стримеров и вредных для здоровья последствий от их воздействия полностью исключалось благодаря применению токопроводящего объекта в виде пластины или проволочной сетки, установленной и заземленной, как описано выше. В ходе исследований, однако, выяснилось, что упомянутые пагубные воздействия вовсе не уменьшались постепенно, как ожидалось, с увеличением расстояния между человеком и клеммой, а сразу же прекращались, и я не мог найти никакого иного объяснения появлению раздражения на коже, столь же убедительного, как высказанное мною раньше; то есть раздражение обязано своим появлением озону, который образуется в больших количествах. Резкое прекращение образования озона при увеличении расстояния от клеммы до определенной величины также подтверждает эту точку зрения и наглядно доказывает, что совершенно необходима определенная интенсивность воздействия, как это происходит в процессе электролитического разложения.

Проводя более глубокие исследования, я последовательно вносил некоторые изменения в конструкцию, а также режим работы аппарата и незамедлительно мог наблюдать пагубные последствия облучения. Анализируя сейчас внесенные мною тогда изменения, я пришел к заключению, что сделал три отступления от программы действий, намеченной к исполнению: во-первых, не использовал алюминиевый экран; во-вторых, в лампе в качестве электрода или мишени вместо алюминия применялась платина; в-третьих, расстояния, с которых проводилось облучение, были менее обычных.

Вскоре выяснилось, что защитная алюминиевая пластина является весьма эффективным средством предотвращения телесных повреждений, поскольку с ней кисть руки можно облучать в течение долгого времени, не вызывая покраснения кожи, которое было постоянным и наступало очень быстро, если не применялся защитный экран. Данное обстоятельство убедило меня в том, что, каков бы ни был характер вредных воздействий, он в значительной степени зависит или от электростатического действия, т. е. электризации, или от вызываемых им побочных эффектов, подобных тем, что сопровождают образование стримеров. Эта точка зрения позволяла понять, почему исследователь может работать с лампой как угодно долго; и в течение всего времени, пока он держит руку перед собой, исследуя ее с помощью флюоресцирующего экрана, никакие части его тела не подвергаются облучению, за исключением кисти руки. Она также объясняла, почему в некоторых случаях появлялись ожоги на теле с противоположной стороны, примыкающей к фотографической пластине, в то время как области непосредственно облучаемой части тела, находящейся гораздо ближе к лампе и, следовательно, подвергающейся воздействию намного более сильных лучей, оставались непораженными. Становилось понятно, почему испытуемый ощущал покалывание на облучаемой части тела всякий раз, когда происходило вредоносное действие. И в конечном счете это не противоречило многочисленным результатам научных наблюдений, из которых явствовало, что пагубные воздействия совпадали с наличием воздуха, при этом одежда, какой бы плотной она ни была, не защищала, тогда как они практически прекращались, если в качестве профилактического средства применялся слой жидкости, совершенно не препятствовавший прохождению лучей, но полностью исключавший контакт воздуха с кожей.

Затем, проводя вторую серию исследований, я сравнивал лампы, в которых применялся только алюминий, с теми, где использовалась и платина, обычно в качестве экрана, принимающего на себя удар, и вскоре в моем распоряжении было достаточно доказательств, чтобы развеять все сомнения относительно того, что последний из указанных металлов наносит гораздо больший ущерб здоровью. Для доказательства этого утверждения можно сослаться на один из опытов, который в то же время может проиллюстрировать необходимость применения надлежащих мер предосторожности в работе с лампами очень большой мощности. Для проведения сравнительных испытаний изготовили две трубки по образцу усовершенствованной трубки Ленарда, совпадающие по размерам и большинству других характеристик. Обе трубки имели вогнутый катод, или отражатель, диаметром около двух дюймов, и обе снабдили алюминиевой заслонкой, или диафрагмой. В одной из трубок катодная фокусировка настраивалась на совпадение с центром заслонки, в другой катодный поток фокусировался несколько впереди диафрагмы на платиновой проволоке, которая находилась на стеклянном стержне вдоль осевой линии трубки, и в обоих случаях металл в центральной части и заслонки, и диафрагмы утончался до такой степени, чтобы только выдерживать давление находящегося внутри воздуха. Изучая действие трубок, я облучал одну руку трубкой, в которой использовался только алюминий, а другую руку — трубкой с платиновой проволокой. Включив первую трубку, с удивлением обнаружил, что алюминиевая диафрагма издавала отчетливый звук, совпадающий с ритмическими импульсами катодного потока. Помещая руку в непосредственной близости от диафрагмы, явственно ощущал, как что-то теплое било мне в руку. Ощущение было безошибочным и, не говоря уже о теплоте, очень сильно отличалось от покалывания, вызываемого стримерами или мельчайшими разрядами. Затем я исследовал трубку с платиновой проволокой. От алюминиевой заслонки не исходило никаких звуков, вся энергия удара уходила, по-видимому, в платиновый провод, который сильно раскалялся, или же вещество катодного потока было настолько расщеплено, что тонкая металлическая пластина не представляла собой никакой существенной преграды для его прохождения. Если происходит выброс больших частиц на крупноячеистую проволочную сетку, возникает значительное давление на последнюю, если же, к примеру, частицы очень малы по сравнению с ячеями, давление может не проявляться. Но, несмотря на то что диафрагма не вибрировала, я всё-таки ощущал, и при этом довольно отчетливо, что нечто наталкивалось на мою руку, а ощущение тепла было сильнее, чем в предыдущем случае. В воздействии на экран трубки не проявили очевидных различий, обе заставляли его очень ярко светиться, и резкость теневых изображений оказалась одинаковой, насколько можно было судить. Облучая кисть руки второй лампой, я лишь несколько раз посматривал на лампу сквозь экран, когда что-либо отвлекало мое внимание; не прошло и 20 минут, как отметил, что рука сильно покраснела и опухла. Посчитав, что повреждение произошло случайно, вновь принялся за исследование свойств трубки с платиной, помещая ту же руку быстрым движением и на короткое время близко к диафрагме, при этом незамедлительно чувствовал боль, которая усиливалась при каждом приближении руки к алюминиевой диафрагме. Необычным казалось ощущение, что боль возникает не на поверхности, а глубоко в тканях или даже в костях руки. Хотя в совокупности она облучалась не более чем полминуты, в течение нескольких дней после этого мне пришлось претерпевать сильные боли, а через некоторое время я увидел, что на поврежденной руке выпали волосы и снова росли ногти.

После этого опыты с лампой, в которой была платина, проводились с большей осторожностью, и вскоре выявилась ее относительная безопасность, поскольку если она и вызывала покраснение кожи, то повреждение оказывалось не столь сильным, как в экспериментах с другой трубкой. Приобретенный таким образом опыт сводился к следующему: очевидно, что облучаемая конечность бомбардируется чем-то горячим; боль возникает незамедлительно; повреждение образуется непосредственно после облучения, и усиление пагубного воздействия объясняется, по всей вероятности, присутствием платины.

Спустя некоторое время, экспериментируя с мощными трубками Ленарда на очень небольших расстояниях, я отметил другие удивительные проявления. Например, экспонирование руки вблизи диафрагмы в течение всего нескольких секунд вызывает ощущение стянутости кожи, и даже мышцы напрягаются, так что приходится преодолевать их сопротивление при сжатии кулака, но после нескольких сжиманий и разжиманий это ощущение исчезает, не оставляя, по-видимому, пагубных последствий. Кроме того, наблюдалось несомненное воздействие на носовые органы выделения, подобное тому, что происходит при простуде. Но наиболее интересен в этом отношении следующий результат: когда исследователь в течение некоторого времени наблюдает за работой такой мощной лампы и его голова находится совсем рядом с ней, он вскоре начинает испытывать ощущение столь необычное, что его нельзя не заметить, если хоть раз проделать это, так как оно почти так же реально, как прикосновение. Представьте себе: вы рассматриваете в опасной близости что-то вроде патрона, который вот-вот взорвется, — и получите точное представление о возникающем ощущении. Только в случае с патроном вам трудно понять, где возникает это чувство, поскольку оно, кажется, растекается по всему телу и указывает на то, что вызывается оно всеобъемлющим осознанием опасности, вытекающим из предшествующего разнородного опыта, а не из предчувствия неприятного последствия непосредственно для одного из органов, например, для глаза или уха. Однако в случае с лампой Ленарда вы можете сразу и точно определить местонахождение этого ощущения: оно в голове. Тогда это наблюдение, возможно, и не представляло какой-либо ценности, за исключением специфичности и остроты ощущения, если бы не то обстоятельство, что точно такое же ощущение возникало при работе в течение некоторого времени с шумящим искровым разрядником или вообще в условиях, когда ухо подвергается испытанию резкими звуками или взрывами. В этой связи невозможно, по-видимому, представить, что последние (взрывы) могут вызывать такого рода ощущение каким-либо иным способом, кроме непосредственного воздействия на органы слуха. Я пришел к заключению: рентгеновская трубка или трубка Ленарда, работающие совершенно бесшумно, всё же производят интенсивные взрывы и сотрясения, которые, будучи неслышимыми, оказывают значительное воздействие на костные структуры головы. Эти не воспринимаемые ухом эффекты можно с достаточной степенью обоснованности объяснить, предположив, что к их распространению причастен не воздух, а некая более тонкая среда.

Но именно в третьей, завершающей серии исследований природы этих вредоносных воздействий, в частности, в процессе изучения влияния расстояния, открылось наиболее значимое обстоятельство. Чтобы наглядно проиллюстрировать это, скажу, что трубка Рентгена действует в точности, как мощный источник тепловой энергии.

Если вы приблизите руку к раскаленной докрасна печи, то сразу можете обжечься. Если вы будете держать руку на небольшом расстоянии, вы, пожалуй, сможете выдержать в течение нескольких минут или немного дольше, и всё-таки при длительном тепловом воздействии ожог возможен; но если вы отступите хотя бы немного подальше, чтобы жар был чуть слабее, вы сможете противостоять ему как угодно долго, не испытывая неудобств и не получая никаких повреждений, поскольку на таком расстоянии излучения слишком слабы, чтобы причинить вред жизненным процессам в коже. Лампа действует абсолютно таким же образом. На определенном расстоянии не происходит никакого вредного воздействия на кожу вне зависимости от продолжительности облучения. Ожоги имеют такой же характер, как от высокотемпературного теплового источника. При всём уважении к мнению других исследователей я утверждаю, что те, кто приравнивает воздействие на кожу и ткани к солнечным ожогам, истолковывают их ошибочно. Что касается этих явлений, в них нет никакого сходства, за исключением имеющих место покраснения и отслаивания кожи, чему может быть бесчисленное множество причин. Незначительные ожоги до некоторой степени напоминают нечто подобное у людей, работающих около сильного огня. Но если поражение серьезное, оно, судя по всему, похоже на то, которое возникает при контакте с огнем или с раскаленным докрасна железом. Инкубационного периода может и не быть вообще, что очевидно из вышесказанного, излучение поражает непосредственно, если не сказать незамедлительно. При сильном ожоге кожа становится очень красной, а в некоторых местах темной и обезображенной, образуются зловещие волдыри; поверхностные плотные покровы разверзаются, обнажая незащищенную плоть, которая некоторое время кровоточит. Жгучая боль, озноб и тому подобные симптомы являются, конечно, лишь естественным дополнением. Я имел несчастье стать свидетелем такого рода поражения брюшной области у любимого и прилежного помощника, и это оказался единственный несчастный случай, когда-либо происходивший с кем-нибудь, кроме меня, за всю мою лабораторную практику. Случилось всё до того, как были обретены эти и другие навыки, сразу после облучения платиновой трубкой под очень высоким напряжением в течение пяти минут на довольно безопасном расстоянии 11 дюймов; при этом защитный алюминиевый экран, к несчастью, не использовался, и это обстоятельство вызывало во мне самые мрачные предчувствия. К счастью, постоянные теплые ванны, обильное применение вазелина, очищающие процедуры и общий уход вскоре залечили всё нарушенное вредоносным воздействием, и я вздохнул с облегчением. Если бы тогда знать об этих пагубных воздействиях больше, такая неудачная съемка не проводилась бы; а если — меньше, она могла быть проведена на меньшем расстоянии, и это привело бы к серьезному и, наверное, неизлечимому поражению.

Я пользуюсь любой возможностью, чтобы исполнить свой тяжкий долг и сообщить об этом несчастном случае. И надеюсь, что другие поступят так же, дабы в скором времени получить самые полные сведения об этих опасных воздействиях. Мои дурные предчувствия вылились в намерение, сопровождаемое более живым интересом, чем наблюдалось бы при других обстоятельствах, выяснить, какова вероятность того, что при таком состоянии пострадавшего его внутренние ткани серьезно поражены. Я пришел к весьма утешительному выводу, что, невзирая на представления о природе этих лучей, вся их разрушительная энергия изливается на поверхности тела, не поражая, по всей вероятности, внутренние ткани, если только не помещать лампу совсем рядом с кожным покровом, или если лампа не генерирует излучение гораздо большей интенсивности, чем производимое ныне. Есть много доводов, объясняющих, почему дело должно обстоять таким образом, некоторые из которых, возможно, покажутся очевидными в связи с вышесказанным относительно природы вредоносных факторов, но я, пожалуй, смогу привести дополнительные результаты исследований в защиту этой точки зрения. В рассматриваемом случае имеется существенная деталь, о которой следует упомянуть. Отмечено, что в трех местах, прикрытых массивными пуговицами из слоновой кости, кожа оказалась совершенно здоровой, в то же время под каждым из маленьких отверстий в пуговицах кожа была сильно поражена. Так вот, как показало исследование, исходящие из лампы лучи не могли добраться до этих точек прямолинейно, и этот факт с очевидностью доказывает, что не всё пораженное пространство является результатом воздействия рассматриваемых здесь лучей, или излучений, которые, несомненно, распространяются прямолинейно, и ответственность за это несут, по крайней мере частично, сопутствующие процессы. Дополнительное экспериментальное доказательство этого явления можно получить следующим образом: экспериментатор должен довести лампу до надлежащей и весьма небольшой степени возбуждения, способной заставить флюоресцентный экран светиться с достаточной интенсивностью на расстоянии, скажем, семи дюймов. Затем он подвергает кисть руки облучению на этом расстоянии, и спустя некоторое время кожа покраснеет. Теперь он должен резко увеличить мощность лампы, так чтобы на расстоянии 14 дюймов экран светился ярче, чем до этого, когда расстояние составляло половину теперешнего.

Очевидно, хотя расстояние увеличено, лучи обладают большей силой, но экспериментатор может подвергать руку облучению в течение очень долгого времени и, несомненно, убедится в том, что не будет травмирован. Нет сомнений, что можно найти доводы, которые лишали бы силы приведенное выше доказательство. Так, можно утверждать, что воздействия лучей на экран или фотографическую пластину не дают нам представления о плотности и других количественных свойствах лучей, поскольку эти воздействия характеризуют лучи всецело с качественной стороны. Если допустить, что излучения образуются, как я считаю, из потоков материальных частиц, то для видимого отпечатка на экране или фотопленке, вероятно, совершенно не имеет значения, падает ли один триллион частиц на квадратный миллиметр чувствительного слоя или, к примеру, только один миллион; но с воздействием на кожу дело обстоит по-другому: оно должно обязательно и весьма существенно зависеть от величины потоков.

Как только отдали должное вышеупомянутому обстоятельству, а именно факту, что на определенном расстоянии даже мощнейшие лампы не способны причинить вред вне зависимости от продолжительности облучения, встала задача определить безопасное расстояние. Анализируя свои предыдущие опыты, я обнаружил, что часто использовал трубки, которые на расстоянии 12 футов, например, давали контрастный снимок грудной клетки человека при экспозиции несколько минут; и много раз люди подвергались облучению из этих трубок на расстоянии от 18 до 24 дюймов, при этом время экспозиции варьировалось между 10 и 45 минутами, и ни разу не было замечено ни малейшего следа вредоносного воздействия. С такими трубками я проводил даже длительные облучения на расстоянии 14 дюймов, всегда обязательно применяя защитный экран из тонкого алюминиевого листа или проволочной сетки из алюминия, соединив их с землей, и в каждом случае соблюдая меры предосторожности, чтобы металл не искрил, когда человек дотрагивался до него рукой, как это иногда может произойти при чрезвычайно высокой частоте электрических колебаний, и в таком случае следует прибегнуть к заземлению через конденсатор надлежащей емкости. Во всех этих случаях использовались лампы только с алюминием, и поэтому я пока еще не располагаю достаточными данными, чтобы составить точное представление о безопасном расстоянии для платиновой трубки. Из приведенного выше примера мы видим, что чреватое последствиями поражение происходило на расстоянии 11 дюймов, но я считаю, что при использовании защитного экрана поражение, если бы вообще имело место, было очень незначительным. Вся моя исследовательская работа убеждает меня в том, что не может произойти никакого серьезного поражения, если расстояние превышает 16 дюймов и снимок делается описанным мной методом.

Добившись успеха в некоторых направлениях исследовательской деятельности, имеющей отношение к этой новой научной отрасли, я теперь могу составить более полное представление о работе ламп, которое скоро, надеюсь, примет вполне законченный вид. Пока же достаточно следующего краткого изложения. Согласно полученным данным, работающая лампа испускает поток мелких материальных частиц. Некоторые эксперименты как будто свидетельствуют о том, что эти частицы стартуют от внешней стенки трубки; другие, как видно, доказывают, что фактически имеет место пронизывание стенки, и в случае с тонкой алюминиевой диафрагмой у меня теперь нет ни малейшего сомнения в том, что некоторая часть всё-таки расщепленной катодной материи действительно выталкивается наружу. Эти потоки могут выбрасываться на большое расстояние, при этом скорость постепенно уменьшается без образования каких бы то ни было волн, иначе они, вероятно, вызывали бы сотрясения и продольные волны. При рассмотрении данной проблемы это совершенно неважно, но, допуская существование потоков таких частиц, химических или физических, выбрасываемой материи, мы должны рассмотреть следующие конкретные проявления.

Первое: имеет место тепловой эффект. Температура электрода или объекта динамического воздействия никоим образом не дает нам представления о степени нагрева частиц, но если мы рассмотрим только вероятные скорости, то окажется, что они соотносятся с температурой, которая может достигать 100 000° Цельсия. И может быть, достаточно лишь высокой температуры частиц для причинения вреда, и действительно многие признаки указывают на подобное. Но это опровергается тем обстоятельством, что мы не можем доказать экспериментальным путем такую теплопередачу, и пока еще не найдено удовлетворительного объяснения, хотя, проводя исследования в этом направлении, я добился определенных результатов.

Второе: проявление электрического эффекта в чистом виде. Мы располагаем абсолютным экспериментальным доказательством того, что частицы, или, говоря обобщенно, излучения, переносят огромное количество электричества, и я даже нашел способ оценки и измерения этого количества. Тогда точно так же можно допустить, что простой фактор высокой электризации этих частиц достаточен, чтобы вызвать разрушение ткани. Безусловно, при контакте с кожей будут выделяться электрические разряды, и они могут вызвать сильные и разрушительные локальные токи в мельчайших каналах ткани. Результаты экспериментов согласуются с этой точкой зрения, и, продвигаясь в своих изысканиях в этом направлении, я всё-таки добился большего успеха, чем в первом случае. К тому же, поскольку эта точка зрения, как ранее и предполагалось, наилучшим образом объясняет действие на чувствительный слой, данный эксперимент доказывает, что когда предполагаемые частицы пронизывают заземленную пластину, они не лишаются электризации, другого приемлемого объяснения не найдено.

Третье явление, ждущее своего рассмотрения, носит электрохимический характер. Заряженные частицы вызывают обильное образование озона и других газов, а они, как мы знаем по опыту, разрушают даже такое вещество, как резина, и, следовательно, становятся наиболее вероятным фактором в разрушении кожи, и в этом отношении наиболее убедительными являются результаты опытов в этой сфере, когда тонкий слой жидкости, предотвращающей контакт газообразного вещества с кожей, по всей видимости, блокирует все воздействия.

Последнее, что необходимо принять во внимание, целиком относится к сфере механики. Вполне допустимо, что материальные частицы, движущиеся с огромной скоростью, при простом механическом ударе и неизбежном при таких скоростях нагревании могут быть достаточно активными, чтобы повреждать ткани, и в таком случае возможно поражение также и более глубоких слоев, хотя весьма вероятно, что ничего подобного не случится, если придерживаться каких-либо вышеприведенных рекомендаций.

Обобщая свой опыт экспериментальной работы и полученные выводы, очевидно, целесообразно: во-первых, отказаться от использования ламп, содержащих платину; во-вторых, заменить их должным образом сконструированной трубкой Ленарда, в составе которой лишь беспримесный алюминий; трубка такого рода имеет еще и то преимущество, что может быть изготовлена с большой механической точностью и, следовательно, способна производить гораздо более контрастные отпечатки; в-третьих, использовать защитный экран из алюминиевого листа, как предлагается, или вместо него использовать мокрую тряпку или слой жидкости; в-четвертых, производить экспозицию на расстоянии по крайней мере 14 дюймов и отдавать предпочтение более долгой экспозиции на большем расстоянии.

«Electrical Review», 5 мая 1897 г.

23

Об источнике рентгеновских лучей, практическом исполнении и безопасной эксплуатации трубок Ленарда

В последнее время я живу с ощущением, что несколько советов относительно практического исполнения трубок Ленарда улучшенной конструкции, великое множество которых я недавно представил Нью-Йоркской академии наук (6 апреля 1897 г.), могли бы быть своевременны и полезны, особенно ввиду того, что при соответствующей конструкции и подходящем режиме работы большую часть риска, сопутствующего экспериментированию с лучами, можно избежать. Элементарные меры предосторожности, предложенные мной в предыдущих статьях, были, по-видимому, проигнорированы, и о случаях травмирования пациентов пресса сообщает почти ежедневно. И даже если бы не было других причин, нижеследующие строки, касающиеся данного вопроса, были бы уже давно написаны, не препятствуй мне в осуществлении этого намерения неотложные и неизбежные обязанности. Теперь, когда возникла краткая, если можно так выразиться, хоть в высшей степени и нежелательная приостановка в работе, такая возможность появилась. Однако поскольку такие удобные случаи представляются нечасто, я воспользуюсь настоящей возможностью, чтобы в нескольких словах остановиться на некоторых других моментах, имеющих отношение к этой теме, и, в частности, на важном результате, полученном мной некоторое время тому назад с помощью трубки Ленарда и который я только отчасти могу считать своим, поскольку профессор Рентген фактически изложил то же самое другими словами в своем недавнем сообщении в Берлинской академии наук. Результат, о котором идет речь, имеет отношение к широко дискутируемому вопросу об источнике рентгеновских лучей. Как известно, в первом сообщении о своем открытии Рентген высказал мнение, что лучи, оказывающие воздействие на чувствительный слой, исходят от светящегося пятна на стеклянной стенке колбы, другие ученые переложили ответственность на катод; третьи — на анод, в то же время кое-кто посчитал, что лучи исходят исключительно от покрывающих поверхности флюоресцирующих порошков… Количество гипотез, большей частью необоснованных, множится столь быстро, что в отчаянии хочется воскликнуть вместе с поэтом:

Блажен, кто вырваться на свет
Надеется из лжи окружной.[8]

(Перевод Б. Пастернака)

В результате своих экспериментов я пришел к пониманию того, что, независимо от местоположения, основным источником этих лучей является место первого столкновения выбрасываемого потока частиц внутри колбы. Это сказано исключительно в общем смысле, а утверждение профессора Рентгена соотносится с этим высказыванием как частный случай, так как в его первых экспериментах флюоресцирующее пятно на стеклянной стенке было, по случайному совпадению, местом первого столкновения катодного потока. Исследования, проводившиеся вплоть до настоящего времени, лишь подтвердили безошибочность приведенного выше мнения, и место первого столкновения потока частиц — будь то анод или изолированный объект, стеклянная стенка или алюминиевая мембрана — непременно окажется основным источником лучей. Но, как мы увидим, это не единственный источник.

Сразу же после того, как был зафиксирован вышеописанный факт, я направил свои усилия на поиск ответов на следующие вопросы: во-первых, должно ли тело, попавшее под поток, непременно находиться внутри трубки? Во-вторых, обязательно ли, чтобы препятствие на пути катодного потока было представлено твердым или жидким телом? И, в-третьих, до какой степени скорость потока обусловливает генерирование и влияет на характер испускаемых лучей?

Чтобы выяснить, может ли тело, помещенное снаружи трубки на пути потока частиц или в направлении их движения, порождать такое же специфическое явление, как и объект, помещенный внутри трубки, необходимо было, как оказалось, сначала доказать, что частицы действительно проникают сквозь стенку, или, другими словами, что предполагаемые потоки, какова бы ни была их природа, достаточно явно выражены во внешнем пространстве вблизи стенки колбы, производя действия, свойственные катодному потоку. Не составило труда, работая с должным образом подготовленной трубкой Ленарда, имевшей чрезвычайно тонкую мембрану, получить множество, на первый взгляд, неожиданных свидетельств такого рода. Я уже указывал на некоторые из них, и, думается, сейчас достаточно сослаться еще на одно, которое я наблюдал позднее. В пустотелую алюминиевую заглушку А трубки, показанной на схеме (ил. 1), которая будет подробно описана, я вложил серебряную 50-центовую монету, закрепив ее на небольшом расстоянии от мембраны и параллельно ей, или дну заглушки, с помощью кусочков слюды таким образом, чтобы она не касалась металла трубки и вокруг нее было воздушное пространство. После пребывания лампы в состоянии возбуждения в течение примерно 30–45 секунд под воздействием разряда вторичной обмотки мощной катушки нового типа, ныне широко известного, обнаружилось, что серебряная монета нагрелась до такой степени, что даже обжигала руку, но алюминиевая мембрана, которая представляла собой весьма незначительное препятствие для катодного потока, была лишь умеренно теплой. Таким образом было доказано, что серебряный сплав вследствие своей плотности и толщины забирал большую часть энергии удара, испытывая такое же воздействие частиц, как если бы он находился внутри лампы, и к тому же в процессе изучения теневых отпечатков выявились признаки того, что монета вела себя подобно второму поставщику лучей, так как очертания теневого изображения не были контрастными и четкими, какими они были, когда полудолларовая монета изымалась, а размытыми. Для главной цели исследований не имело большого значения выяснение с помощью более точных методик, пронизывают ли катодные частицы мембрану на самом деле или от внешней стенки мембраны отбрасывается другой отдельный поток. По моему мнению, нет ни малейшего сомнения в том, что на деле происходит первое, так как в отношении этого явления я могу предъявить многочисленные дополнительные доказательства, на которых я, возможно, подробно остановлюсь в ближайшем будущем.

Ил. 1. Схема трубки Ленарда, с помощью которой Тесла выявил подлинный источник рентгеновских лучей

Затем я постарался выяснить, есть ли необходимость в том, чтобы наружная преграда была, как в данном случае, твердым телом или жидким, или, в более общем смысле, телом с поддающимся измерению объемом, и именно в этом направлении исследований я неожиданно пришел к результату, на который ссылался в предваряющих эту статью констатациях. А именно: я обратил внимание (до некоторой степени случайно, хотя и придерживался системы в своих исследованиях) на явление, показанное на схеме (ил. 1). Здесь представлена трубка Ленарда, состоящая из трубки Т из толстого стекла, которая сужается у открытого конца, образуя горловину n, из вмонтированной в нее алюминиевой заглушки А, из сферической формы катода е, укрепленного на стеклянном стержне v, и платиновой проволоки w, впаянной, как обычно, в противоположный конец трубки. Алюминиевая заглушка А фактически не соприкасается со стенкой из кварцевого стекла, а находится на небольшом расстоянии, отделенная от него сплошным узким станиолевым кольцом r. Наружное пространство между стеклом и заглушкой А заполняется герметизирующим веществом с способом, который я опишу позже. F — защитный экран, обычно используемый при проведении научных наблюдений.

Так вот, глядя на экран в направлении от F к T, мы увидели, что на светящемся фоне проступают темные линии, воспроизведенные в нижней части схемы. Кривая e и прямая w были, конечно, сразу же опознаны как очертания катода e и дно заглушки А соответственно, хотя из-за оптического обмана они выглядели значительно ближе друг к другу, чем в действительности. Например, если расстояние между e и о составляло пять дюймов, то на экране эти линии, казалось, находились в двух дюймах одна от другой. Эта иллюзия легкообъяснима и совершенно не важна, за исключением того, что это явление может иметь значение для врачей и о нем следует помнить, проводя обследование с использованием экрана, так как по причине вышеописанного эффекта, который иногда проявляется в немыслимых искажениях, можно получить совершенно ошибочное представление о расположении различных органов обследуемого, грозящее ненужным хирургическим вмешательством. Но если линии e и w были легкообъяснимы, то кривые t, g, а поначалу озадачивали. Вскоре, однако, выяснилось, что расплывчатая линия а была тенью края алюминиевой заглушки, значительно более темная линия g — тенью от края стеклянной трубки T, a t — тенью станиолевого кольца r. Эти тени на экране F определенно доказывали, что фактор воздействия на флюоресцирующий экран исходил из пространства вне лампы по направлению к алюминиевой заглушке и главным образом из зоны, через которую проходили основные возмущения или потоки, излучаемые трубкой через мембрану; его появление нельзя объяснить более правдоподобно, чем предполагая, что частицы воздуха и пыли выбрасываемых потоков препятствуют их прохождению и вызывают удары и столкновения, распространяющиеся по воздуху во все стороны, постоянно порождая таким образом новые источники излучений. Именно этот факт привел Рентген в своем недавнем сообщении, которое уже упоминалось. Так по крайней мере я истолковывал его официальное заявление о том, что лучи исходят из облученного воздуха. Теперь остается проверить, способен ли воздух, тщательно очищенный от всех инородных частиц, вести себя как объект динамического удара и быть источником излучений, определить, зависит ли генерирование последних от присутствия в воздухе частиц, размеры которых можно определить. У меня есть основание считать, что так оно и есть.

Зная об этом явлении, мы теперь можем сформировать более полное представление о процессе генерирования излучений, открытых Ленардом и Рентгеном. Идею можно сформулировать, утверждая, что потоки мельчайших материальных частиц, отбрасываемых от электрода с огромной скоростью, наталкиваются на препятствия, где бы они ни были — внутри лампы, в воздухе или другой среде, или в самих чувствительных слоях, и дают начало излучению, или лучеиспусканию, которое обладает многими свойствами того, что нам известно как свет. Если этот физический процесс генерирования таких лучей будет бесспорно доказан как истинный, он будет иметь огромное практическое значение, так как побудит врачей критически пересмотреть многие явления, которые в настоящее время приписываются поперечным эфирным волнам, и, возможно, приведет к радикальному изменению существующих взглядов и теорий относительно этих явлений, если и не сути этих явлений, то по крайней мере способа их образования.

Мои усилия по поиску ответа на третий из перечисленных выше вопросов привели к установлению с помощью подлинных фотографий тесного родства между лучами Ленарда и Рентгена. Фотографии, имеющие отношение к этой теме, были представлены на заседании Нью-Йоркской академии наук (о котором уже упоминалось) в апреле 1897 года, но, к сожалению, краткость моего выступления и сосредоточенность на других вопросах привели к тому, что я упустил наиболее важное — описание способа получения этих фотографий. Эту оплошность я смог лишь отчасти исправить на следующий день. Воспользовавшись возможностью, я представил иллюстрации и рассказал об экспериментах, в которых была доказана отклоняемость рентгеновских лучей под воздействием магнита, что устанавливает еще более тесное родство, если не идентичность лучей, названных именами этих двух первооткрывателей. Однако подробное описание этих экспериментов, а также других исследований и полученных результатов в рамках темы, представленной мной тогда научному обществу, появится в более подробном сообщении, над которым я без спешки работаю.

Чтобы ясно представить значение рассматриваемых фотографий, я хочу напомнить, что в некоторых из своих предыдущих статей в адрес научных обществ я старался рассеять существовавшее до этого распространенное мнение, что явления, известные как феномены Крукса, и зависят от высокой степени разрежения, и указывают на нее. С этой целью я продемонстрировал, что свечение и большинство явлений в лампах Крукса могут быть получены при более высоком давлении газов в лампах с использованием значительно более высоких или более стремительных электродвижущих импульсов. Имея на вооружении этот полностью доказанный факт, я подготовил трубку, воспользовавшись методом Ленарда, описанным в его первом известном научном сообщении. Из трубки откачивался воздух до средней степени разрежения, и оказалось: когда трубка была подключена к обычной катушке высокого напряжения с низкой скоростью изменения тока, ни одного из двух типов излучений не было отмечено даже тогда, когда трубка была до такой степени напряжена, что сильно нагревалась за считанные мгновения. Тогда я предположил, что существенное увеличение скоростных характеристик импульсов, проходящих через лампу, могло бы вызвать излучения. Для проверки этой идеи я применил катушку неоднократно описанного мной типа, в которой первичный контур возбуждался под воздействием разрядов конденсатора. С таким устройством можно добиться любой желаемой частоты импульсов, в этом отношении практически не существует ограничений, так как энергия, аккумулированная в конденсаторе, является самой быстрой взрывообразной действующей силой из известных нам, и мы можем получить любой потенциал, или электрическое напряжение. Действительно, я убедился, что возрастание скоростных характеристик импульсов, проходящих через трубку, сопровождаемое, однако, не увеличением, а скорее уменьшением совокупной энергии, сообщаемой ей, привело к возникновению свечения и появлению лучей Ленарда, а затем, при дальнейшем форсировании выброса импульсов на достаточное расстояние рентгеновских лучей большой мощности, дало мне возможность получить фотографии, на которых видны тончайшие костные структуры. Тем не менее та же самая трубка, вновь подключенная к обычной катушке с низкой скоростью чередований тока в первичном контуре, практически не испускала лучей, даже когда через нее проходило гораздо больше энергии, о чем можно было судить по степени нагрева. Этот опыт, а также тот факт, что, используя огромные электрические напряжения, получаемые с помощью специально сконструированного для этой цели устройства, удалось получить отпечатки в атмосферном воздухе, убедили меня, что лучи Ленарда и рентгеновские лучи обязательно образуются во время разрядов молнии при обычном атмосферном давлении.

В настоящий момент, внимательно перечитывая написанное ранее, я понимаю, что мой научный интерес доминирует над практическим и что следующие заметки следует посвятить важнейшей цели этой статьи, а именно сообщению исходных данных для конструирования тем, кто занят производством трубок, и, возможно, практикующим врачам, которые заинтересованы в такой информации. Как бы то ни было, всё вышеизложенное не было напрасным и способствовало достижению цели, так как эксперименты показывают, насколько полученный результат зависит от соответствующей конструкции приборов, потому что с обычными устройствами бoльшая часть описанных выше результатов научных исследований не была бы получена.

Ил. 2. Усовершенствованная трубка Ленарда

Я уже дал описание внешнего вида трубки, показанной на иллюстрации 1, а на иллюстрации 2 представлена другая, усовершенствованная конструкция. В этом втором примере алюминиевая заглушка А имеет сферическую форму дна, а не прямую, как раньше, при этом центр сферы совпадает с центром электрода e, который сам сфокусирован на центр мембраны заглушки А, как показано пунктирной линией на иллюстрации 1. Алюминиевая заглушка А имеет станиолевое кольцо r, как на иллюстрации 1, или же металл заглушки можно развальцевать в этом месте, что позволит иметь небольшую опорную поверхность между металлом и стеклом. Это важная подробность, имеющая практическое значение, так как если площадь опорной поверхности невелика, то давление на единицу площади возрастает и образуется более плотное смыкание. Кольцо необходимо сначала развальцевать и затем отшлифовать, чтобы оно плотно прилегало к горловине колбы. Если остановить выбор на станиолевом кольце, то его можно вырезать из обычной станиолевой заглушки, которую можно найти в продаже, обращая при этом внимание на то, чтобы кольцо было гладким.

Ил. 3. Устройство с улучшенной двухфокусной трубкой, которое уменьшает вредные воздействия

На иллюстрации 3 показана модифицированная трубка, которая так же, как и два описанных выше типа трубки, входила в коллекцию, представленную на выставке. Как видите, это двухфокусная трубка с ударными пластинами из иридиевого сплава и с расположенной напротив алюминиевой заглушкой А. Трубка демонстрируется не по причине оригинальности конструкции, а лишь для того, чтобы проиллюстрировать особенности ее применения. Вы, наверное, заметили, что алюминиевая заглушка в описываемых трубках вставлена внутрь горловины, а не надета на нее снаружи, как это зачастую делается. Долгий опыт работы доказывает, что практически невозможно поддерживать глубокий вакуум в трубке с наружной заглушкой. Единственный способ, с помощью которого я смог сохранить вакуум в полной мере, состоял в охлаждении заглушки, например, сильной струей воздуха и в соблюдении следующих мер предосторожности: сначала пускается слабая воздушная струя и после этого трубка подключается к питанию. Затем ток, проходящий через трубку, а также давление воздуха постепенно усиливаются и доводятся до нормальных рабочих показателей. По завершении эксперимента давление воздуха и напряжение тока в трубке постепенно снижаются, и управление обоими процессами осуществляется таким образом, чтобы не возникло большой разницы в температуре между стеклом и алюминиевой заглушкой. Если не соблюдать эти предосторожности, то вследствие неодинакового расширения стекла и металла от вакуума не останется и следа.

С трубками, о которых здесь идет речь, совершенно не обязательно соблюдать эту меру предосторожности, если уделить должное внимание подготовительному этапу. Устанавливая заглушку, ее следует сначала охладить до разумного предела, не подвергая опасности стекло, и затем осторожно протолкнуть в горловину трубки, следя за тем, чтобы не было перекоса.

Однако наиболее важными операциями в процессе изготовления такой трубки являются две: утончение алюминиевой мембраны и герметичное закрепление заглушки. Толщина металла заглушки может составлять одну тридцать вторую или даже одну шестнадцатую дюйма, и в таком случае с помощью конического зенкера диаметром около четверти дюйма можно уменьшить толщину центральной части, насколько это возможно, не допуская прорыва листа. Дальнейшее утончение производится вручную с помощью шабера; и на последнем этапе металл следует подвергнуть осторожной ковке таким образом, чтобы надежно закрыть пустоты, которые могли бы допустить постепенную утечку. Вместо того чтобы проделывать всё это, я применил заглушку с отверстием в центре, которое я закрыл листом чистого алюминия толщиной в несколько тысячных дюйма, приклепав ее к заглушке посредством кольца из толстого металла, но результат не вполне удовлетворил меня.

Герметизацию заглушки я произвожу следующим образом: трубка закрепляется на насосе в соответствующем положении и из нее откачивается воздух до достижения устойчивого состояния. Степень разрежения является мерой безупречности соединения. Утечка обычно бывает значительной, но это не такой серьезный изъян, как может показаться. Теперь трубка подвергается постепенному тепловому воздействию с помощью газовой горелки, пока температура не достигнет точки плавления сургуча. Затем пространство между заглушкой и стеклом заполняется высококачественным сургучом, и когда он начинает плавиться, температуру следует снизить, чтобы сургуч в полости мог застыть. Затем температура нагрева вновь возрастает, и этот процесс нагревания и остывания повторяется несколько раз, до тех пор, пока вся полость после очередного снижения температуры не окажется заполненной сургучом и не исчезнут все воздушные пузыри. Затем сверху накладывается еще немного сургуча, и откачивание воздуха продолжается еще в течение часа или около того, в зависимости от мощности насоса, с применением умеренного нагревания — значительно ниже точки плавления сургуча.

Подготовленная таким образом трубка будет хорошо сохранять вакуум и прослужит очень долго. Не используемая в течение нескольких месяцев, она может постепенно терять высокий вакуум, но его можно легко восстановить. Однако если после длительной эксплуатации возникнет необходимость почистить трубку, это легко осуществить: осторожно нагреть трубку и удалить заглушку. Сначала можно почистить кислотой, затем сильно разбавленной щелочью, далее дистиллированной водой и, наконец, чистым ректифицированным спиртом.

Эти трубки, должным образом подготовленные, дают значительно более резкие отпечатки и выявляют гораздо больше подробностей, чем трубки обычного типа. Для четкости отпечатков важно, чтобы электрод имел соответствующую форму и чтобы фокус в точности совпадал с центром заглушки или был немного внутри нее. При установке заглушки следует как можно точнее измерить расстояние от электрода. Следует также отметить, что чем тоньше мембрана, тем выше резкость отпечатков, но не рекомендуется делать мембрану слишком тонкой, так как она может моментально расплавиться при подключении тока.

Ил. 4. Схема компоновки с использованием трубки Ленарда для безопасной работы на более близком расстоянии

Такие трубки имеют и другие преимущества, кроме описанных выше. Они также лучше приспособлены для проведения обследования хирургами больных, особенно если трубки используются таким образом, как показано на схемах (ил. 3 и 4), которые не требуют разъяснений. Вы видите, что в обоих случаях заглушка заземлена. Это, несомненно, уменьшает вредное действие, а также дает возможность получать отпечатки при очень короткой экспозиции всего лишь в несколько секунд и с близкого расстояния. Во время работы лампы вы можете нечаянно задеть ее, но благодаря заземлению не почувствуете неудобства. Схема компоновки, показанная на иллюстрации 4, выгодно отличается формой единственного вывода, катушку которого я описывал по другому поводу и который представлен в виде схемы, где P — первичный контур, a S — вторичный, и в данном случае вывод высокого напряжения соединен с электродом, тогда как заглушка заземлена. Трубка может быть размещена, как показано на рисунке, под рабочим столом и в непосредственной близости или даже в контакте с телом пациента, если для получения отпечатка требуется лишь несколько секунд, как, например, при исследовании отдельных участков конечностей. Я сделал много отпечатков с помощью таких трубок и не наблюдал никаких вредоносных воздействий, но я бы советовал на очень коротких расстояниях не облучать больше двух или трех минут. В этой связи экспериментатору следует принять во внимание выводы, сделанные мной в предыдущих сообщениях. Во всяком случае, поступая описанным образом, вы, несомненно, достигаете еще большей безопасности, а процесс получения снимков значительно убыстряется. Для охлаждения лампы можно использовать струю воздуха, как ранее указывалось, или же каждый раз, когда делается снимок, в заглушку можно налить немного воды. Вода лишь слегка ослабит действие трубки, в то же время она поддерживает безопасную для мембраны температуру. Могу добавить, что трубки можно усовершенствовать, снабдив заднюю часть электрода металлическим покрытием С, как показано на иллюстрациях 1 и 2.

«Electrical Review», 11 августа 1897 г.

24

Использование свечения вакуумной трубки в фотографии

Несколько лет тому назад я приступил к проведению серии экспериментов с целью выяснения пригодности света, излучаемого фосфоресцирующей вакуумной трубкой, для обычной фотографии. Вскоре результаты экспериментов показали, что даже с трубкой, дающей не более света, чем эквивалент мощностью не более чем в полсвечи, можно беспрепятственно фотографировать предметы при экспозиции в несколько минут, и это время можно сколько угодно сокращать, доводя силу свечения в трубке до максимальных значений. Тогда же были сделаны фотографии людей, и, если я не ошибаюсь, это были первые портретные изображения, полученные при таком освещении. Весьма любопытная особенность фотографий, полученных с трубками умеренной световой мощности, состояла в том, что освещенные и теневые места получались необыкновенно ярко выраженными, как при очень короткой экспозиции со вспышкой магния, но контуры были нерезкими, и практически никакие детали рассмотреть было невозможно. Разрабатывая трубки со значительно большей силой света, я добился существенного улучшения в этом отношении, и этот успех побудил к дальнейшим усилиям в этом направлении, которые в итоге привели меня к созданию трубки, излучающей свет, сила которого равна силе сотен или даже тысяч обычных вакуумных трубок. Более того, я считаю, что не достиг предела в количестве света, которое возможно получить, и уверен, что этот способ освещения будет рано или поздно применен в маяках. Это явит собой, вероятно, самый необычный и самый непредвиденный результат в процессе развития вакуумной трубки.

Тесла демонстрирует качество снимка

Настоящее сообщение задумано главным образом для того, чтобы разобраться, в какой мере мы приблизились к решению рассматриваемой здесь проблемы. Фотографирование проводилось с помощью трубки с излучающей поверхностью, равной примерно двумстам квадратным дюймам. Частота колебаний, получаемых от эдисоновской питающей цепи постоянного тока, составляла, по моим подсчетам, около двух миллионов в секунду. Мощность светового излучения трубки равнялась приблизительно тысяче свечей, а экспозиция длилась от двух до пяти секунд, при этом объект находился на расстоянии четырех-пяти футов от трубки. Возможно, возникнет вопрос, почему при такой большой световой мощности экспозиция не может быть моментальной. Я не имею ни малейшего желания подробно отвечать на вопрос, который недавно задал мне один ученый. Конечно, можно фотографировать с моментальной выдержкой, но уже доказано, что более долгая экспозиция на большем расстоянии от трубки предпочтительнее. Полученные до настоящего времени результаты делают очевидным факт, что эта разновидность света будет иметь большое значение для фотографии не только по причине качества проработки деталей, но и потому, что опытный исследователь будет иметь возможность полностью регулировать условия в каждом эксперименте таким образом, чтобы добиться наилучшего результата, что невозможно с обычным светом. Таким образом, исследователь совершенно не будет зависеть от дневного света и сможет заниматься своей работой в любое время дня и ночи. Возможно, этот свет будет иметь значение и для художников, хотя я всё же считаю его применение в этой области проблематичным.

«Public Opinion». Нью-Йорк, 20 января 1898 г.

25

Очищающее свойство электричества

Еще одно применение электрического осциллятора, над усовершенствованием которого я сейчас работаю, дает возможность направлять электрические токи огромного напряжения в тело человека. Это будет целебное средство, отнюдь не разрушающее здоровье.

Я проводил опыты на себе, принимая в себя ток высокого напряжения в 2 000 000 вольт с частотой колебаний в 300 000 или 400 000 раз в секунду. Это всего лишь процесс накачивания и выкачивания электричества из человеческого организма, проходящий с огромной скоростью.

Подвергаясь воздействию тока в этом эксперименте, тело испускает яркие электрические искры во всех направлениях. Другой человек, стоящий поблизости на полу, может вызывать отрыв искровых разрядов длиной в три и четыре фута от пациента, принимающего сеанс электротерапии. Эти огромные разряды неопасны, но они вызывают неприятное ощущение у человека, от которого они отделяются.

Механизм действия этого лечения очень прост. Имеется изолированная металлическая платформа, на которой стоит человек и держит электрод, который соединен проводом с генератором переменного тока. Это и есть тот инструмент, который преобразует обычный ток в ток с огромным потенциалом и делает его переменным.

Я проводил свои эксперименты в этом направлении исключительно в научных целях и представил результаты в прошлом месяце, выступая перед Электротерапевтическим обществом в Буффало. Не будучи врачом, не готов сказать точно, для лечения каких именно болезней предназначено это мощное средство электротерапии. Оставим это за представителями медицинской профессии.

«New York City Journal», 9 октября 1898 г.

26

О прерывателях тока

Для стимулирования энтузиазма рьяных экспериментаторов, верящих в революционный характер этого открытия, было бы неплохо предложить их вниманию пару несложных устройств для прерывания тока. Например, весьма примитивное приспособление такого рода состоит из кочерги — да, обычной кочерги, соединенной посредством гибкого провода с одним из питающих выходов генератора, и ванны, наполненной электропроводящей жидкостью и подключенной каким-либо подходящим способом через первичный контур индукционной катушки с другим выходом генератора. Если экспериментатор имеет желание сделать снимок в рентгеновских лучах, он нагревает концевую часть кочерги до белого каления и, сунув ее в ванну, сразу же становится свидетелем поразительного явления, при котором в бурлящей и кипящей жидкости проходит прерывистый ток с высокой частотой пульсации, а порождаемые им мощные лучи тотчас же убеждают его в огромном практическом значении этого открытия. Могу дать совет — для более удобного нагревания кочерги использовать сварочный аппарат.

Другое устройство, в полной мере автоматическое и, вероятно, пригодное для применения в пригородных районах, состоит из двух изолированных металлических пластин, закрепленных каким-либо способом очень близко одна к другой. Эти пластины подключены через первичный контур индукционной катушки к клеммам генератора и соединены с помощью двух подвижных контактов, соединенных гибким проводом. Эти два контакта прикрепляются к ногам петуха значительных размеров, который стоит одной ногой на первой пластине, другой — на второй. При подаче тепла на пластины в ногах петуха происходят сокращения мышц, в результате чего в индукционной катушке образуется прерывистый ток. Можно запастись любым количеством петухов и можно соединять контакты последовательно или, если будет такое желание, параллельно дуге, увеличивая таким образом частоту импульсов. Таким способом можно получать сильные искровые разряды и применять их в случаях, где в них есть потребность, и вакуумная трубка может заработать, а эти изобретательские ухищрения будут считаться значительным шагом вперед по сравнению с надежными прерывателями тока доброго старого времени. С помощью таких затей несколько лет тому назад два предприимчивых журналиста подрядились совершить революцию в системе электрического освещения. Сегодня предприимчивые журналисты поумнели. Их можно поздравить, а также их читателей, научные общества и всех ученых — всех следует поздравить, и — «Всё хорошо, что хорошо кончается». Внимательный наблюдатель не может не заметить, что жестокие разряды пугают петухов, вызывая у них сильные судороги и мышечные сокращения, что, в свою очередь, усиливает свирепость разрядов, а в ответ происходят еще более сильный испуг петухов и увеличение скорости прерываний. Поистине, всё идет по Киплингу:

Взаимосвязь во всём, закон, как запись на роду
Пахать при всякой кочке и на любом ходу.[9]

Но оставим шутки и вновь обратимся к вопросу об электрическом прерывателе. Устройство прекрасно мне известно, так как двумя или тремя годами ранее я проводил с ним множество экспериментов. Это одно из многих устройств, изобретенное мной в попытке создать экономичный прибор такого рода.

По правде говоря, он не имеет названия, поскольку в нем может быть использована любая жидкость с природной или приобретенной любым способом электропроводимостью, например, путем создания кислотной или щелочной среды или путем нагревания. Я даже нашел возможность работать при определенных условиях с ртутью. Устройство чрезвычайно простое, но огромный расход энергии, затрачиваемой на его работу, и некоторые другие недостатки делают его совершенно непригодным для какого-либо полезного применения на практике; что же касается тех случаев, когда требуется небольшое количество энергии, то можно добиться гораздо лучших результатов, используя должным образом сконструированный механический прерыватель тока. Экспериментаторы, скорее всего, впадают в заблуждение, находя, что индукционная катушка дает более длинные разряды, когда это устройство устанавливается в цепь обычного прерывателя, но это объясняется исключительно тем, что прерыватель сконструирован неправильно. Из всей энергии, поступающей из сети, доходит едва ли четверть этого количества, с которым правильно сконструированный прерыватель справляется во вторичной цепи, и хотя я разработал множество улучшенных вариантов, пришел к выводу, что существенно увеличить экономичность невозможно. Тем не менее для тех, кто использует это устройство, могу упомянуть два усовершенствования, которые в то время считал необходимым предложить. Как можно без труда заметить, небольшая клемма окружена газовым облаком, в котором происходит замыкание и размыкание цепи, в большинстве случаев нерегулярно благодаря жидкости, нагнетаемой к клемме в определенный момент. Силой, нагнетающей ее, является, очевидно, давление столба жидкости, и увеличенное любым способом давление с большой скоростью гонит жидкость к клемме, в результате чего возрастает частота. Другое необходимое усовершенствование имело целью не допустить попадания кислоты и щелочи в атмосферу, что часто происходит в большей или меньшей степени, даже если столб жидкости имеет порядочную высоту. В начале своих опытов с этим устройством я не проявил предусмотрительности и заметил, что кислота разъела все приборы в моей лаборатории. Экспериментатору будет нетрудно внедрить эти улучшения, если он воспользуется длинной стеклянной трубкой, скажем, от шести до восьми футов длиной и с выходным отверстием для возможной замены жидкости и установит прерыватель около основания трубки. Высота столба не позволит парам испортить воздух в помещении, а возросшее давление даст существенную прибавку в эффективности работы. Если столб жидкости будет, скажем, в девять раз выше, то сила, направляющая жидкость к контакту, увеличится в девять раз, и она будет способна при тех же условиях нагнетать жидкость в три раза быстрее, значит, частота увеличится в той же пропорции, но фактически в несколько большей, так как газовое облако, испытывая сжатие, уменьшается, и жидкость, следовательно, преодолевает меньшее расстояние. Электрод должен быть, несомненно, очень небольшим, чтобы обеспечить бесперебойность работы, и необязательно сделан из платины. Давление, однако, можно увеличивать и другими способами. Экспериментируя в этой области, я получил интересные результаты.

Как отмечалось выше, это устройство весьма неэкономично, и хотя его можно использовать в некоторых случаях, считаю, что оно не имеет большого или вообще никакого практического значения. Я буду рад убедиться в обратном, но думаю, что не ошибаюсь. Мои главные доводы в пользу этого утверждения состоят в том, что есть много других способов получения гораздо лучших результатов с помощью столь же несложных, если не более простых, устройств. Здесь я могу упомянуть одно из них, основанное на другом принципе, несравнимо более эффективное, более целесообразное, в конечном счете более простое. Устройство состоит из тонкой струи токопроводящей жидкости, которая должна вытекать с любой желаемой скоростью из жиклера, соединенного с одним полюсом генератора через первичный контур индукционной катушки, на другой терминал генератора, находящегося на небольшом расстоянии. Это устройство производит разряды, отличающиеся скоростью прохождения, а частоту можно установить в приемлемых пределах почти на любом желаемом уровне. Я применяю это устройство в течение долгого времени, подключая его к обычным катушкам и к катушке моей собственной конструкции, и получаю результаты, во всех отношениях превосходящие те, что дает обсуждаемый вид прерывателя.

«Electrical Review», 15 марта 1899 г.

27

Беспроводная передача электрической энергии

К концу 1898 года планомерные исследования, проводившиеся в течение ряда лет с целью разработки способа передачи электрической энергии в естественной среде, привели меня к осознанию необходимости решения трех важных задач: во-первых, создать передатчик большой мощности; во-вторых, разработать метод индивидуализации характеристик энергии и выделения энергии; и в-третьих, выяснить закономерности распространения токов в земле и в атмосфере. Разные причины, не последней из которых была помощь, предложенная моим другом Леонардом Куртисом и электрической компанией «Колорадо-Спрингс», склонили меня к выбору для экспериментальных исследований обширного плато на высоте двух тысяч метров над уровнем моря по соседству с восхитительным курортом, куда я добрался в конце мая 1899 года. Не прошло и нескольких дней моего пребывания там, как я поздравил себя с удачным выбором и приступил к работе, к которой давно готовился, с чувством благодарности, полный вдохновляющих надежд. Идеальная чистота воздуха, бесподобная красота неба, впечатляющий вид высокого горного хребта, безмолвие и покой этого места — всё способствовало созданию идеальных условий для научных исследований. Ко всему этому нужно добавить бодрящее действие прекрасного климата и необыкновенную обостренность восприятий. В таких местах органы чувств испытывают ощутимые физические изменения: глаза обретают исключительную зоркость, слух очищается и становится более восприимчивым к звукам. Здесь можно явственно различать объекты на таких расстояниях, что предпочитаю, чтобы их засвидетельствовал кто-нибудь другой; я слышал — и за это готов ручаться — раскаты грома с расстояния в семьсот или восемьсот километров. Причем мне удавалось воспринимать их с опережением по времени (если бы ожидание прихода звука не было еще столь утомительным), которое с точностью определял электрический контрольный прибор, и оно составляло почти целый час.

Экспериментальная лаборатория в Колорадо-Спрингс

В середине июня, пока шли приготовления к новой работе, я установил один из принимающих трансформаторов с целью определения новым экспериментальным методом электрического потенциала земного шара и изучение его циклических и казуальных колебаний. Эти опыты являлись частью тщательно и заблаговременно разработанного плана. Во вторичную обмотку был подключен высокочувствительный саморегулирующийся прибор для управления самописцем, в то время как первичный контур был соединен с землей и с надземным терминалом, положение которого можно было регулировать. Колебания потенциала вызывали электрические импульсы в первичной обмотке, которые генерировали вторичные токи, а те, в свою очередь, воздействовали пропорционально их интенсивности на чувствительный прибор и записывающее устройство. Земля, как выяснилось, буквально наполнена электрическими вибрациями, и вскоре эти интересные исследования поглотили всё мое внимание. Более благоприятных возможностей для таких исследований, какие я намеревался провести, невозможно было найти ни в каком ином месте. Земля Колорадо известна демонстрациями природных сил электричества. В ее сухой и разреженной атмосфере солнечные лучи обладают жестким поражающим воздействием. Я нагнетал пар в цилиндр, наполненный концентрированным соляным раствором, доводя давление до опасной черты, и станиолевая обшивка нескольких надземных терминалов сморщивалась в жарком огне. У экспериментального высоковольтного трансформатора, неосторожно оставленного под лучами заходящего солнца, расплавилась большая часть изоляционного покрытия, и он стал непригодным. Из-за сухости и разреженности воздуха вода превращается в пар, как в паровом котле, и в изобилии образуется статическое электричество. Разряды молнии, соответственно, происходят очень часто, и иногда они невероятно сильны. Однажды за два часа случилось приблизительно двенадцать тысяч разрядов, и все они были в радиусе определенно менее пятидесяти километров от лаборатории. Многие молнии напоминали исполинские огненные деревья, стволы которых направлялись вверх или вниз. Я никогда не видел огненных шаров и в качестве вознаграждения за этот пробел позднее преуспел в разгадке способа их образования и их искусственном воспроизведении.

Во второй половине того же месяца я несколько раз замечал, что разряды, происходившие на больших расстояниях, воздействовали на мои приборы сильнее, чем те, что были поблизости. Это меня сильно озадачило. В чем причина? Ряд наблюдений подтвердил, что такое не может происходить из-за разницы в интенсивности отдельных разрядов, и я без труда убедился, что это явление не было результатом разного соотношения между периодами моего принимающего контура и периодами земных возмущений. Однажды вечером, когда я с ассистентом шел домой, размышляя об этих явлениях, меня вдруг осенила мысль. Много лет тому назад, когда я писал главу своей лекции для выступления перед Институтом Франклина и Национальной ассоциацией электрического освещения, она уже приходила мне в голову, но тогда я отверг ее как абсурдную и неосуществимую. И теперь я ее вновь отбросил. Тем не менее моя интуиция была разбужена, и чутье подсказывало: я близок к большому открытию.

Это было третье июля — я никогда не забуду этот день, — когда я получил первое бесспорное экспериментальное доказательство истины потрясающего значения для прогресса человечества. В тот день на западе скопилась плотная масса мощно заряженных туч, и к вечеру разразилась неистовая гроза, которая, растратив большую часть своей ярости в горах, с огромной скоростью проносилась над равниной. Мощные и продолжительные разряды рождались почти с регулярными интервалами. Теперь моим исследованиям в немалой степени способствовало их оснащение, и благодаря приобретенному опыту они стали более точными. Я мог быстро управлять своими приборами и был хорошо подготовлен. Самописец был хорошо отрегулирован, и по мере удаления грозы его показания становились всё слабее и слабее, пока совсем не прекратились. Я продолжал наблюдать в напряженном ожидании. В самом деле, вскоре его показания возобновились, стали всё более усиливаться и после прохождения максимума постепенно уменьшились и опять прекратились. Это повторялось много раз через регулярные промежутки времени, пока гроза, двигавшаяся, как показывают несложные расчеты, с почти постоянной скоростью, не отдалилась на расстояние около трехсот километров. Но и тогда эти необычные действия не прекратились, а продолжали проявляться с неослабевающей силой. Позднее сходные результаты наблюдений получил и мой ассистент г-н Фриц Лоуэнстайн, а вскоре представилось еще несколько великолепных возможностей, которые убедительно и очевидно выявили истинную природу удивительного явления. Не оставалось никаких сомнений: я наблюдал стоячие волны.

Центральная электростанция и передающая башня для «Всемирного телеграфа» в Лонг-Айленде, Нью-Йорк

Так как источник возмущений отдалился, принимающий контур сталкивался последовательно (попеременно) с их подъемами и спадами. Как бы невероятным это ни выглядело, наша планета, несмотря на ее громадный объем, вела себя подобно проводнику ограниченных размеров. Колоссальное значение этого явления для передачи энергии с помощью моей системы стало совершенно ясным для меня. Открылась возможность не только посылать телеграфные сообщения на любое расстояние без проводов, как я это уже давно представлял, но и донести до любой точки земного шара тонкие модуляции человеческого голоса и, более того, передавать энергию в неограниченных количествах на любое земное расстояние и почти без потерь.

Экспериментальная лаборатория в Колорадо-Спрингс

Видя такие изумительные возможности и имея экспериментально подтвержденное свидетельство того, что отныне их осуществление — лишь вопрос специальных знаний, настойчивости и умения, я энергично взялся за разработку усиливающего передатчика, однако не столь большой мощности, как я думал первоначально, моей целью было изучение и подбор наиболее подходящего передатчика. Это по существу должен быть контур с очень высокой степенью самоиндукции и малым сопротивлением, который по своему устройству, способу возбуждения и действия может считаться диаметральной противоположностью передающей цепи, типичной для телеграфии, с помощью герцовых, или электромагнитных, излучений. Трудно сформулировать мысль, адекватно передающую суть удивительной возможности этого уникального устройства, с помощью которого возможно преобразование земного шара.

Когда электромагнитные излучения уменьшены до ничтожной величины и сохранены подходящие условия для резонанса, контур действует подобно огромному маятнику, непрерывно аккумулирующему энергию первичных возбуждающих импульсов, а воздействия на землю и ее электропроводную атмосферу делают однородными гармоничные колебания такой интенсивности, которая, как действительно показали испытания, могут усиливаться настолько, что превысят интенсивность природных проявлений статического электричества.

Одновременно с этими опытами постепенно налаживались средства индивидуализации и изоляции. Этому вопросу придавалось большое значение, поскольку выяснилось, что простой настройки недостаточно, чтобы отвечать жестким условиям действительности. Основополагающую идею применения ряда особых взаимосвязанных элементов устройств с целью выделения обособления переданной энергии я связываю непосредственно с внимательным прочтением логичной и наводящей на размышления работы Спенсера, в которой он изложил устройство человеческого нерва. Влияние этого действующего начала на передачу информации и электрической энергии вообще до сих пор не может быть оценено, поскольку эта технология всё еще находится в зачаточном состоянии, но передача тысяч и тысяч синхронных телеграфных и телефонных сообщений по одному проводящему каналу, естественному или искусственному, и к тому же без существенных взаимопроникновений, безусловно, осуществима, в то же время вероятна передача миллионов таких сообщений. С другой стороны, можно гарантировать любую желаемую степень индивидуализации благодаря применению большого количества взаимодействующих элементов, произвольного изменения их характерных особенностей, а также их расположения в той или иной последовательности. Очевидно, что этот подход будет также чрезвычайно актуален для увеличения расстояния передачи энергии, сигнала.

Работа продвигалась хотя и медленно, но верно и неуклонно, поскольку то, к чему я стремился, находилось в сфере моих постоянных теоретических и практических занятий. Поэтому неудивительно, что к концу 1899 года я закончил работу, решив стоявшую передо мной задачу, и достиг результатов, которые изложил в статье, опубликованной в июньском номере «Century Magazine» за 1900 год, тщательно выверив каждое ее слово.

Здание экспериментальной лаборатории в Колорадо-Спрингс. Лето 1899 года

Многое уже сделано для того, чтобы моя система стала доступной и выгодной в передаче энергии в небольших количествах для специальных целей, а также в промышленном масштабе. Полученные результаты сделали мою систему передачи информации, для которой предложено название «Всемирная телеграфия», легкоосуществимой. По принципу действия, использованным средствам и возможностям применения она, как я считаю, представляет собой радикальный и эффективный отход от того, что было создано до этого. Я нисколько не сомневаюсь, что она окажется весьма эффективной в просвещении масс, особенно в нецивилизованных странах и труднодоступных регионах, и что она внесет существенный вклад в дело всеобщей безопасности, создания хороших жизненных условий и сохранения мирных отношений. Она предполагает применение сети станций, совместная работа которых сделает возможной передачу индивидуализированных сигналов в самые отдаленные пределы Земли. Желательно, чтобы каждая из них располагалась вблизи какого-либо значительного центра цивилизации, и те сообщения, которые она получит по любому каналу, будут мгновенно переданы во все точки земного шара. Это дешевое и простое устройство умещается в кармане, его можно установить в любом нужном месте на море и на суше, и оно примет сообщение мирового значения или послания исключительно частного характера. Таким образом, вся Земля превратится в своего рода огромный мозг, поддающийся управлению в каждой из своих частей. Так как отдельная станция мощностью всего лишь в сотню лошадиных сил может приводить в действие сотни миллионов механизмов, вся система будет иметь поистине неограниченную работоспособность — она обязательно в огромной степени облегчит и удешевит передачу информации.

Первая из таких центральных станций могла бы быть уже построена, если бы не непредвиденные отсрочки, которые, к счастью, не имеют ничего общего с чисто техническими вопросами. Но эта потеря времени, хотя и досадная, может в конечном счете оказаться скрытым благом. Мой наилучший проект, как мне известно, одобрен, и передатчик испускает комплексно-сопряженную волну с совокупной максимальной мощностью в десять миллионов лошадиных сил, одного процента которой более чем достаточно, чтобы «опоясать земной шар по экватору». Огромные возможности передачи энергии, приблизительно в два раза превышающей совокупную энергию Ниагарского водопада, достижимы всего лишь с помощью некоторых изобретений, о которых я сообщу в свое время.

За возможность выполнить к настоящему времени большую часть работы я признателен великодушной щедрости г-на Дж. Пирпонта Моргана, которая была тем более своевременной и вдохновляющей, что она изливалась в то время, когда те, кто ранее обещал больше всего, стали самыми большими скептиками. Я также должен поблагодарить моего друга Стенфорда Уайта за большую, бескорыстную и чрезвычайно полезную помощь. В настоящее время эта работа значительно продвинулась, и хотя результаты могут опаздывать, они обязательно придут.

Между тем к передаче энергии в промышленном масштабе проявляется интерес. Канадская Ниагарская энергетическая компания сделала мне великолепное предложение, и наряду с успешным внедрением этого способа передачи энергии оно принесет мне глубочайшее удовлетворение от возможности сделать их концессию рентабельной в финансовом отношении. В этой первой энергетической установке, которую я разрабатывал в течение долгого времени, я предполагаю передавать энергию мощностью в десять тысяч лошадиных сил при напряжении в сто миллионов вольт, которую я могу получать и управлять, не подвергаясь риску.

Эта энергия накапливается по всему земному шару, желательно в небольших количествах, в диапазоне от одной доли до нескольких лошадиных сил. Одно из важнейших ее назначений — освещение отдельных домов. Затраты энергии на освещение жилых домов вакуумными лампами, работающими на токах высокой частоты, очень невелики, и в каждом отдельном случае достаточно будет установить над крышей терминал. Другим важным применением энергии может быть приведение в действие часов и других приборов. Такие часы будут чрезвычайно просты, будут показывать точное время и не будут требовать к себе много внимания. Идея введения на Земле американской системы отсчета времени вызывает интерес и, вероятно, станет популярной. Имеется бесчисленное множество всевозможных приборов, которые или применяются в настоящее время, или могут быть подключены; приводя их в действие описанным способом, я смогу предложить всему миру огромные преимущества применения станции мощностью не более десяти тысяч лошадиных сил.

Центральная энергетическая станция, передающая башня и лаборатория «Всемирной телеграфии» в Уордерклиффе, Лонг-Айленд

Введение этой системы откроет такие возможности для изобретательства, какие никогда ранее и не мыслились.

Имея представление о далеко идущем значении этой первой попытки и о ее влиянии на будущее развитие, я буду продолжать работать без спешки и с большой осмотрительностью. Опыт научил меня назначать срок для реализации проектов, завершение работы над которыми не в полной мере зависит от моих собственных возможностей и усилий. Но я настроен оптимистически и верю, что осуществление этих великих замыслов не за горами, и я знаю, что, когда первый из них будет завершен, за ним с математической неизбежностью последуют остальные.

Когда замечательная истина, открытая случайно и доказанная экспериментально, состоящая в том, что наша планета во всей своей потрясающей беспредельности является по отношению к электрическим токам по существу не более чем небольшим металлическим шаром, будет признана, и что благодаря этому обстоятельству многие перспективы, каждая из которых будоражит воображение и непредсказуема по последствиям, станут неизбежно достижимыми, когда первая станция будет торжественно введена в действие, и мы убедимся, что телеграфное послание, почти так же сохраняемое в тайне и не имеющее помех, как и мысль, можно передать на любое земное расстояние, и при этом звук человеческого голоса со всеми его интонациями и модуляциями будет точно и незамедлительно воспроизведен в любой точке земного шара, когда энергия водопада станет доступной для передачи света, тепла или движущей энергии в любое место — на море, на суше или высоко в воздухе, — человечество уподобится разворошенному палкой муравейнику. Вы увидите, какое волнение тогда начнется!

«The Electrical World and Engineer», 5 марта 1904 г.

28

Влияние атмосферных помех на беспроводную связь

Некоторые высказывания относительно этих явлений, приводимые в ответ на запрос журнала «Electrical Experimenter», могут оказаться полезными в настоящее время ввиду растущего интереса к этому вопросу и его значения.

Применение этого метода в промышленности привело к созданию более крупных передатчиков, а также увеличению их количества. Появилась настоятельная потребность в преодолении всё больших расстояний и в применении высокочувствительных принимающих устройств, каких ранее не существовало. Все эти и другие новые потребности, объединившись, выявили проблему, существенно ослабили надежность и ухудшили качество этих станций. Дело приняло такой оборот, что консервативные бизнесмены и финансисты пришли к заключению, что этот способ передачи информации предлагает весьма ограниченные возможности, и правительство сочло целесообразным взять руководство на себя. Такого плачевного состояния дел, фатального для капиталовложений и здоровой конкуренции, можно было бы избежать, если бы инженеры-электрики не оставались по сей день в плену у вводящей в заблуждение теории и если бы практикующие пропагандисты этого достижения не допустили, чтобы смелое начинание лишилось технического обеспечения.

С публикацией знаменитых исследований д-ра Генриха Герца стал очевидным вывод о том, что невидимые лучи, исследованием которых он занимался, можно применять для подачи сигнала подобно тому, как для этого служат световые лучи в голографии, и первые шаги в этом направлении были сделаны с помощью его аппарата, который в 1896 году оказался способным привести в действие приемное устройство на расстоянии в несколько миль. Однако за три года до этого, выступая с лекциями перед Институтом Франклина и Национальной ассоциацией электрического освещения, я описал беспроводную систему, принципиально противоположную системе Герца, поскольку она основана на токах, проходящих сквозь землю, а не от излучений, как предполагалось, прямолинейно распространяющихся через атмосферу.

Статический заграждающий фильтр Теслы, запатентованный и применявшийся им более двадцати лет тому назад. Он будет подробно описан в ближайшем номере «Electrical Experimenter»

Аппарат, кратко описанный тогда мной, состоял из передающего устройства, в состав которого входит первичный контур, возбуждаемый от генератора переменного тока или эквивалентного источника электрической энергии, и вторичного резонансного контура высокого напряжения, соединенного своими выходами с землей и с надземной емкостью, и из соответственно настроенного приемного контура, включая действующее устройство. В том своем выступлении, пользуясь случаем, я уверенно высказался по поводу возможности импульсной передачи таким способом не только сигналов на любое земное расстояние, но и энергии в неограниченных количествах для всевозможных промышленных назначений. Сделанные открытия и полученные экспериментальные данные обязаны своим появлением беспроводной энергетической станции, сооруженной в 1899 году; некоторые из них были изложены в «Century Magazine» в 1900 году, а несколько патентов, предоставленных мне впоследствии в Соединённых Штатах, впечатляюще, как я считаю, подтвердили мое предположение. Между тем установки Герца постепенно улучшались, один за другим устранялись недостатки, так что теперь невозможно обнаружить их следа, а моя система из четырех согласованных (взаимонастроенных) контуров признана повсеместно, при этом приняты не только ее основные принципы, но и каждый элемент системы: искрогаситель, зуммер, тиккер, фоническое колесо, высокочастотный генератор и генератор вращающегося поля, формы разрядников и ртутные прерыватели, преобразователи частоты, катушки, конденсаторы, стабилизирующие системы с приборами и т. д. Это обстоятельство могло бы доставить мне величайшее удовлетворение, если бы не электротехники, которые, ошибочно истолковывая сущность этих явлений, в такой степени нарушают конструкцию и режим работы станции при производстве монтажных работ, что это исключает возможность реализации великого начинания, которое могло быть вполне доступным при должном внимании к основным принципам, один из которых — самый востребованный в настоящее время — полное устранение всех атмосферных и других помех.

За последние несколько лет появлялись различные сообщения, категорично утверждавшие, что найдено идеальное решение этой проблемы, но после внимательного прочтения этих публикаций выяснялось, что открыватели истин игнорируют некоторые факты, тесно связанные с этим вопросом, и пока дело обстоит таким образом, что никакие заявления такого рода не могут считаться обоснованными. В свое время я добился успеха, неукоснительно учитывая эти моменты, и с самого начала безошибочно двигался в нужном научном направлении.

Я, возможно, внесу ясность, ответив на вопрос, заданный мне редакцией журнала «Electrical Experimenter» со ссылкой на опубликованное в последнем номере сообщение, что сигналы можно принимать в любой точке земного шара, — достижение, осуществимость которого я в полной мере доказал экспериментально восемнадцать лет тому назад.

Вопрос поставлен таким образом: как могут электромагнитные волны передаваться на такое расстояние, принимая во внимание кривизну поверхности Земли? Достаточно нескольких слов, чтобы доказать абсурдность утвердившегося мнения, представленного в учебных пособиях.

Мы живем на токопроводящем шаре, окруженном тонким изоляционным слоем воздуха, над которым находится разреженная и токопроводящая атмосфера. Если представить Землю в виде сферы с радиусом в 12? дюймов, то слой, который можно рассматривать в качестве изолятора для высокочастотных токов высокого напряжения, будет иметь толщину менее 1/64 дюйма. Принято считать, что волны Герца, исходящие от передатчика, доходят до отстоящего на расстоянии приемника с помощью последовательных отражений. Абсолютная невозможность этого станет очевидной, когда после несложного расчета будет доказано, что количество полученной энергии, даже если бы можно было собрать ее всю, составит бесконечно малую величину, и даже увеличение этого количества во многие миллионы раз не сможет привести в действие самый чувствительный из известных приборов. Дело в том, что эти волны не оказывают ощутимого воздействия на приемник и при гораздо меньшем расстоянии. Более того, следует помнить, что со времени первых опытов длина волн возрастала, пока по моей рекомендации не стали применяться волны такой длины, у которых этот вид излучений уменьшен до одной миллиардной.

Когда контур, соединенный с землей и с надземной емкостью, возбуждается, то следствием этого являются два ярко выраженных и независимых эффекта: волны Герца распространяются в направлении, перпендикулярном оси симметрии проводника, и при этом ток проходит сквозь землю. Первый из упомянутых распространяется со скоростью света, второй — со скоростью, пропорциональной косекансу угла, величина которого изменяется по мере прохождения тока от начальной до противолежащей точки земного шара — от нуля до 180. Иными словами, вначале скорость бесконечно велика, и она начинает уменьшаться, сначала быстро, затем медленно, пока не будет пройдена четверть круга, когда ток приобретает скорость света. С этого места скорость постепенно возрастает, достигая бесконечно нарастающей величины в противоположной точке земного шара. В патенте, предоставленном мне в апреле 1905 года, я обобщил эту закономерность распространения: выход всех полуволн на оси симметрии движения идентичен, это означает, что полуволны, пусть даже разной длины, охватывают в своей последовательности точно такую же территорию. В ближайшем будущем благодаря использованию этого явления мы увидим множество замечательных достижений.

Существует огромное различие между этими двумя видами волнового движения в их влиянии на передачу энергии. Волны Герца представляют собой энергию, которая излучается и не возвращается. С другой стороны, энергия электрического тока накапливается и может, по крайней мере теоретически, полностью регенерироваться. Если специалисты освободятся от иллюзий, сопровождающих их работу, они обнаружат, что для преодоления атмосферных помех не требуется ничего иного, кроме должным образом сконструированных передатчика и приемника без каких-либо дополнительных устройств и предохранительных мер. Тем не менее я разработал несколько типов приборов, устраняющих атмосферные помехи даже при использовании теперешнего несовершенного беспроволочного оборудования, когда помехи многократно усиливаются. Изучая эти явления в течение ряда лет, я выяснил, что имеются девять или десять разных причин, ведущих к их усилению, и в свое время представлю полное описание сделанных мной различных усовершенствований в «Electrical Experimenter».

Пока же я только отмечу, что для полного устранения атмосферных помех необходимо переделать всю беспроволочную аппаратуру, которая сейчас применяется. Чем скорее это будет осознано, тем лучше будет для дальнейшего развития этого направления.

«Electrical Experimenter», 1 января 1919 года.

29

Электрические генераторы переменного тока

Научные направления, исследования в которых оказались так же плодотворны, как в области токов высокой частоты, немногочисленны. Уникальные свойства этих токов и поразительная природа явлений, которые они продемонстрировали, незамедлительно завладели всеобщим вниманием. Интерес к исследованиям в этой области проявили ученые, перспективой их промышленного применения заинтересовались инженеры, а врачи увидели в них долгожданное средство эффективного лечения телесных заболеваний. С того момента, когда были опубликованы мои первые научно-исследовательские работы в 1891 году, написаны сотни томов на эту тему, сделано бесчисленное множество выводов в связи с этим новым явлением. Тем не менее это научно-техническое направление находится в периоде становления, и будущее хранит в своих недрах нечто несравнимо более значительное.

Я с самого начала осознавал настоятельную необходимость создания эффективных приборов, отвечающих быстрорастущим требованиям, и в течение восьми лет, последовательно выполняя высказанные ранее обещания, разработал не менее пятидесяти типов преобразователей, или электрических генераторов, переменного тока, безупречных во всех отношениях и доведенных до такой степени совершенства, что и сейчас ни в один из них не смог бы внести каких-либо существенных улучшений. Если бы я руководствовался практическими соображениями, возможно, открыл бы великолепное и приносящее доход дело, оказывая попутно значительные услуги человечеству. Но сила обстоятельств и невиданные ранее перспективы еще более значительных достижений направили мои усилия в другое русло. И теперь всё идет к тому, что в скором времени на рынке будут продаваться приборы, которые, как это ни странно, были созданы двадцать лет тому назад!

Эти генераторы специально предназначены для того, чтобы работать в осветительных сетях постоянного и переменного тока, создавать затухающие и незатухающие колебания с частотой, амплитудой и напряжением, устанавливаемыми в широком диапазоне. Они компактны, автономны, в течение долгого времени не нуждаются в обслуживании и будут считаться очень удобными и полезными в различных областях, например, для беспроволочного телеграфа и телефона; для преобразования электрической энергии; для образования химических соединений путем слияния и присоединения; для синтеза газов; для производства озона; для освещения, сварки, санитарной профилактики и дезинфекции муниципальных, лечебных и жилых помещений, а также для многих других целей в научных лабораториях и на промышленных предприятиях. Хотя эти преобразователи никогда ранее не были описаны, общие принципы их устройства изложены в полном объеме в моих публикациях и в патентах, более подробно в датированых 22 сентября 1896 года, и поэтому, думается, несколько прилагаемых фотографий и сопутствующее краткое пояснение дадут исчерпывающую информацию, если таковая потребуется.

Основными частями такого генератора являются конденсатор, катушка самоиндукции для накопления высокого потенциала, прерыватель и трансформатор, который питается от периодических разрядов конденсатора. Устройство включает в себя как минимум три, а обычно четыре, пять или шесть элементов настройки; регулирование эффективности осуществляется несколькими способами, чаще всего с помощью простого юстировочного винта. При благоприятных условиях можно получить КПД до 85 %, то есть можно сказать, что энергия, поступающая от источника питания, может быть регенерирована во вторичном контуре трансформатора. Если главное достоинство аппарата такого типа явно обусловлено замечательными возможностями конденсатора, то определенные специфические качества являются следствием образования последовательного контура при условии соблюдения точных гармонических соотношений и минимизации потерь на трение, а также иных потерь, что и является одной из основных целей этого проекта.

Говоря обобщенно, приборы можно разделить на два класса: один, в котором прерыватель имеет твердые контакты, и другой, в котором замыкание и размыкание осуществляются с помощью ртути. Иллюстрации с 1 по 8 включительно демонстрируют первый тип, а остальные — второй. Первые способны достигать более высокой эффективности с учетом того, что потери от замыкания и размыкания снижены до минимума, и переходное сопротивление, вызывающее затухание колебаний, мало. Вторые предпочтительнее использовать в тех случаях, когда требуется большая мощность на выходе и большое число размыканий в секунду. Двигатель и прерыватель потребляют, конечно, определенное количество энергии, доля которой, однако, будет тем меньше, чем больше мощность установки.

Ил. 1. Генератор, созданный для экспериментальных целей

На иллюстрации 1 представлен один из первых типов генераторов, построенный для экспериментальных целей. Конденсатор помещен в ящик прямоугольной формы из красного дерева, на который монтируется катушка самоиндукции, витки которой, подчеркиваю, разделены на две секции, соединяемые параллельно или последовательно в зависимости от напряжения питания в 110 или 220 вольт. Из ящика выступают четыре медных стержня с укрепленной на них пластиной с пружинными контактами и регулировочными винтами; над ящиком помещены два массивных вывода, соединенных с первичной обмоткой трансформатора. Два стержня предназначены для соединения с конденсатором, а два других используются для подсоединения к клеммам выключателя перед катушкой самоиндукции и конденсатором. Первичная обмотка трансформатора состоит из нескольких витков медной ленты, к концам которой припаяны короткие штыри, точно соответствующие предназначенным для них выводам. Вторичная обмотка состоит из двух частей, намотанных таким образом, чтобы максимально снизить собственную емкость и в то же время дать возможность катушке выдерживать очень высокое напряжение между ее выводами в центре, которые соединены с клеммами на двух выступающих резиновых стойках. Порядок соединений в цепи может несколько варьироваться, но обычно они таковы, как схематично представлены в майском номере «Electrical Experimenter» на странице 89, где идет речь о моем трансформаторе, предназначенном для работы в генераторах переменного тока, фотоснимок которого помещен на странице 16 того же номера журнала. Принцип действия устройства заключается в следующем. Когда выключатель включен, ток от источника питания устремляется через катушку самоиндукции, намагничивая железный сердечник внутри нее и разъединяя контакты прерывателя. Наведенный ток заряжает конденсатор до высокого напряжения, и после замыкания контактов аккумулированная энергия сбрасывается через первичную обмотку, вызывая продолжительную серию колебаний, которые возбуждают настроенную вторичную обмотку.

Устройство оказалось чрезвычайно полезным в проведении всевозможных лабораторных экспериментов. Например, при исследовании явлений импеданса трансформатор был снят, а к выводам подключена согнутая медная пластина. Пластина часто заменялась большим кольцевым витком, чтобы продемонстрировать явления индукции на расстоянии, то есть способность возбуждать резонансные контуры, используемые в различных исследованиях и измерениях. Трансформатор, пригодный для любого применения, можно легко изготовить и присоединить к любым входам, тем самым достигалась большая экономия времени и труда. Вопреки предположениям состояние контактов прерывателя не доставляло больших неприятностей, несмотря на то, что сила тока, проходившего через них, была большой, то есть при наличии резонанса сильный ток возникал только в том случае, когда контур был замкнут, и исключалась возможность образования разрушительной дуги. Первоначально я применял платиновые и иридиевые контакты, позднее заменил материал метеоритным веществом и в конце концов остановился на вольфраме. Последний принес наибольшее удовлетворение, поскольку допускал непрерывную работу в течение многих часов и дней.

Ил. 2. Малый генератор колебаний Теслы, разработанный как запальник для газовых двигателей

На иллюстрации 2 представлен малый генератор, спроектированный для некоторых специальных целей. В основу разработки легла идея получения больших энергий за очень короткий промежуток времени после сравнительно длительной паузы. Для этой цели использовались катушка с большой самоиндукцией и прерыватель быстрого действия. Благодаря такому построению конденсатор заряжался до высокого потенциала. Во вторичной обмотке были получены быстропеременный ток и искровые разряды большой величины, пригодные для сварки тонких проводов, для засвечивания ламп накаливания, для запала взрывчатых смесей и других подобных применений. Этот прибор был также приспособлен для питания от батарей, и эта модификация оказалась весьма эффективной в качестве запальника для газовых двигателей, на которую мне был предоставлен патент за номером 609250 от 16 августа 1898 года.

Ил. 3. Большой генератор колебаний Теслы, предназначенный для проведения экспериментов по беспроводной передаче

Иллюстрация 3 представляет большой генератор первого класса, предназначенный для экспериментов в области беспроводной передачи, получения рентгеновских лучей и других научных исследований. Он состоит из ящика и двух помещенных внутри него конденсаторов, имеющих такую емкость, какую могут выдержать заряжающая катушка и трансформатор. Автоматический прерыватель, ручной выключатель и соединительные клеммы смонтированы на передней панели катушки самоиндукции так же, как и одна из контактных пружин. Корпус конденсатора имеет три вывода, из которых два крайних служат только для соединения, в то время как средний снабжен контактной пластинкой с винтом для регулирования интервала, во время которого контур замкнут. Вибрирующую пружину, единственная функция которой состоит в том, чтобы вызывать периодические размыкания, можно настраивать, изменяя степень ее сжатия, а также расстояние от железного сердечника, находящегося в центре заряжающей катушки, с помощью четырех регулировочных винтов, которые видны на верхней панели, что обеспечивает любой желаемый режим механической настройки. Первичная обмотка трансформатора выполнена из медной полосы, и в соответствующих точках сделаны выводы для произвольного варьирования числа витков. Так же, как в осцилляторе, представленном на иллюстрации 1, катушка самоиндукции имеет двухсекционную обмотку, чтобы прибор мог работать от сети напряжением в 110 и 220 вольт; было также предусмотрено несколько вторичных обмоток, соответствующих волнам различной длины в первичной обмотке. Мощность на выходе составляла приблизительно 500 ватт при затухающих колебаниях около 50 000 периодов в секунду. Незатухающие колебания появлялись на короткие промежутки времени при сжимании вибрационной пружины, которая плотно прижималась к железному сердечнику, и при разъединении контактов с помощью регулирующего винта, который выполнял и функцию ключа. С помощью этого генератора я произвел ряд важных наблюдений, и именно одна из таких машин была представлена на лекции в Нью-Йоркской академии наук в 1897 году.

Ил. 4. Генератор Теслы генерирует незатухающие колебания

Иллюстрация 4 демонстрирует тип трансформатора, во всех отношениях идентичный тому, что был представлен в уже упоминавшемся майском номере «Electrical Experimenter» за 1919 год. Он состоит из тех же самых основных деталей, размещенных аналогичным образом, но он специально сконструирован для источников питания от 220 до 500 вольт и выше. Настройка осуществляется путем установки контактной пружины и перемещения железного сердечника вверх и вниз внутри индукционной катушки с помощью двух регулировочных винтов. Для предотвращения повреждений от короткого замыкания в линию питания включены плавкие предохранители. Во время фотосъемки прибор работал, генерируя незатухающие колебания, от осветительной сети в 220 вольт.

Ил. 5. Более поздняя модификация трансформатора Теслы

Иллюстрация 5 представляет более позднюю модификацию трансформатора, предназначавшегося главным образом для замены катушек Румкорфа. В этом случае применяется первичная обмотка со значительно большим числом витков, а вторичная находится в непосредственной близости от нее. Токи, образующиеся в последней, напряжением от 10 000 до 30 000 вольт используются обычно для зарядки конденсаторов и питания автономной высокочастотной катушки. Механизм управления устроен несколько иначе, но обе детали — и сердечник, и контактная пружина — регулируются, как и прежде.

Ил. 6. Малый генератор для получения озона

Иллюстрация 6 демонстрирует небольшой прибор из серии такого рода устройств, предназначенный, в частности, для производства озона или дезинфекции. Для своих габаритов он в высшей степени эффективен и может быть подключен к сети напряжением в 110 или 220 вольт постоянного или переменного тока, первое предпочтительнее.

Ил. 7. Большой трансформатор Теслы

На иллюстрации 7 показан более крупный трансформатор этой серии. Конструкция и компоновка составных частей остались прежними, но в корпусе имеются два конденсатора, один из которых входит в цепь катушки, как и в предыдущих моделях, в то время как другой подключен параллельно к первичной обмотке. Таким образом, в последней образуются токи большой силы и, следовательно, усиливаются эффекты во вторичной цепи. Введение дополнительного резонансного контура дает также другие преимущества, но настройка оказывается более трудным делом, и поэтому желательно использовать прибор такого рода для получения токов заданной постоянной частоты.

Ил. 8. Преобразователь с роторным прерывателем, используемый для экспериментов в области беспроводной передачи

Иллюстрация 8 показывает трансформатор с роторным прерывателем. В корпусе имеются два конденсатора одинаковой емкости, которые могут соединяться последовательно или параллельно. Заряжающие индуктивности имеют форму двух длинных бобин, на которых помещаются два вывода вторичного контура. Для приведения в действие специально сконструированного прерывателя применяется небольшой мотор постоянного тока, число оборотов которого может варьироваться в широких пределах. По другим характеристикам этот генератор подобен модели, представленной на иллюстрации 3, и из вышесказанного легко можно понять, как он работает. Этот трансформатор использовался мной в опытах по беспроводной передаче и часто для освещения лаборатории моими вакуумными трубками, а также экспонировался во время упомянутой выше лекции, которую я читал перед Нью-Йоркской академией наук.

Ил. 9. Трансформатор и ртутный прерыватель

Теперь перейдем к машинам второго класса, одной из которых является преобразователь переменного тока, показанный на иллюстрации 9. В его схему входят конденсатор и заряжающая индукционная катушка, которые помещены в одну камеру, трансформатор и ртутный прерыватель. Конструкция последнего была впервые описана в моем патенте № 609251 от 16 августа 1898 года. Он состоит из приводимого в движение электродвигателем полого барабана с небольшим количеством ртути внутри него, которая отбрасывается центробежной силой на стенки полости и увлекает за собой контактный диск, периодически замыкающий и размыкающий конденсаторную цепь. С помощью регулировочных винтов над барабаном можно по желанию менять глубину погружения лопастей, следовательно, продолжительность каждого контакта, и таким образом регулировать характеристики прерывателя. Этот вид прерывателя удовлетворял всем требованиям, так как исправно работал с токами силой от 20 до 25 ампер. Число прерываний в секунду составляло обычно от 500 до 1000, но возможна и более высокая частота. Всё устройство имеет габариты 10 дюймов ? 8 дюймов ? 10 дюймов, и выходная мощность составляет приблизительно ? кВт.

Ил. 10. Большой преобразователь Теслы с герметичной камерой и ртутным контроллером

В описанном здесь преобразователе прерыватель подвержен воздействию атмосферы и происходит постепенное окисление ртути. От этого недостатка избавлен прибор, представленный на иллюстрации 10. Он имеет перфорированный металлический корпус, внутри которого размещаются конденсатор и заряжающая индукционная катушка, а над ним находятся мотор прерывателя и трансформатор. Тип ртутного прерывателя, который будет описан, действует по принципу реактивной струи, которая, пульсируя, создает контакт с вращающимся диском внутри барабана. Неподвижные детали закреплены внутри камеры на штанге, проходящей по всей длине полого барабана, и ртутный затвор используется для герметичного закрытия камеры, внутри которой находится прерыватель. Прохождение тока внутрь барабана осуществляется посредством двух скользящих колец, расположенных сверху, которые соединены последовательно с конденсатором и первичной обмоткой. Исключение кислорода является бесспорным усовершенствованием, которое устраняет окисление металла и связанные с этим трудности и постоянно поддерживает рабочий режим.

Ил. 11. Генератор Теслы с герметично закрытым ртутным прерывателем, сконструированным для генераторов низкого напряжения

На иллюстрации 11 показан генератор с герметически закрытым ртутным прерывателем. В этом устройстве неподвижные части прерывателя внутри барабана укреплены на трубке, сквозь которую пропущен изолированный провод, присоединенный к одному выводу выключателя, в то время как другой вывод подключен к резервуару. Это делало ненужными скользящие кольца и упрощало конструкцию. Прибор сконструирован для генераторов с низким напряжением и частотой, что требует сравнительно небольшого тока в первичной обмотке, использовался для возбуждения резонансных контуров.

Ил. 12. Усовершенствованный трансформатор Теслы с герметичным ртутным прерывателем

Иллюстрация 12 представляет усовершенствованную модель генератора колебаний, описание которой дано к иллюстрации 10. В этой модели была ликвидирована несущая штанга внутри полого барабана, и устройство, нагнетающее ртуть, удерживается на месте под действием силы тяжести. Более подробное описание будет приведено в связи с другой иллюстрацией. И емкость конденсатора, и количество витков первичного контура можно менять, чтобы иметь возможность генерировать колебания в нескольких частотных режимах.

Ил. 13. Другой вид преобразователя переменного тока с герметично запаянным ртутным прерывателем

Ил. 14. Схема и компоновка деталей модели, представленной на иллюстрации 13

Иллюстрация 13 являет собой фотографическое изображение еще одного типа генератора переменного тока с герметически закрытым ртутным прерывателем, а иллюстрация 14 представляет собой схему цепей и компоновку частей, которые воспроизведены из моего патента № 609245 от 16 августа 1898 года, где описывается именно это устройство. Конденсатор, индукционная катушка, трансформатор и прерыватель размещены, как и прежде, но последний имеет конструктивные отличия, что станет ясным после рассмотрения этой схемы. Полый барабан а соединен с осью с, которая смонтирована с вертикальным подшипником и проходит через постоянный электромагнит возбуждения d двигателя. Внутри барабана на подшипниках качения укреплено тело h из магнитного вещества, защищенного колпаком b в центре пластинчатого железного кольца, с полюсными наконечниками оо, на которых имеются подключенные к току спирали p. Кольцо поддерживается четырьмя стойками, и в намагниченном состоянии оно удерживает тело h в одном положении во время вращения барабана. Последний изготовлен из стали, а колпак лучше сделать из нейзильбера, черненного кислотой или никелированного. Тело h имеет короткую трубку k, согнутую, как показано, для улавливания жидкости в процессе ее вращения и выбрасывания на зубья диска, прикрепленного к барабану. Диск имеет изоляцию, а контакт между ним и внешним контуром осуществляется посредством ртутной воронки. При быстром вращении барабана струя жидкого металла выбрасывается на диск, замыкая и размыкая таким способом контакт приблизительно 1 000 раз в секунду. Прибор работает бесшумно и благодаря отсутствию окисляющей среды остается неизменно чистым и в отличном состоянии. Возможно тем не менее добиться гораздо большего числа колебаний в секунду для того, чтобы сделать токи пригодными для беспроводной телефонии, и других подобных целей.

Ил. 15 и 16. Преобразователь Теслы с герметично закрытым ртутным прерывателем, работа которого регулируется силой тяжести; узлы электродвигателя и прерывателя

Модифицированный тип генератора колебаний представлен на иллюстрациях 15 и 16, первая является фотографическим изображением, а вторая — схемой, показывающей компоновку внутренних частей регулятора. В данном случае вал b, несущий пустотелый контейнер а, опираясь на подшипники качения, соединен со шпинделем j, к которому прикреплен груз k. Изолированный от последнего, но механически с ним соединенный, согнутый кронштейн L служит опорой свободновращающемуся диску прерывателя с зубцами. Диск подсоединен к внешнему контуру посредством ртутной воронки и изолированного штепселя, выступающего из верхней части вала. Благодаря наклонному положению электродвигателя груз k удерживает диск прерывателя на месте силой тяжести, и, поскольку вал вращается, контур, состоящий из конденсатора и первичной катушки, быстро замыкается и размыкается.

Ил. 17. Преобразователь Теслы с прерывающим устройством в виде струи ртути

Иллюстрация 17 демонстрирует идентичный прибор, в котором прерыватель представляет собой струю ртути, бьющую в изолированное зубчатое колесо, которое находится на изолированном штыре в центре колпака барабана, как это видно на снимке. Соединение с конденсатором осуществляется посредством щеток, находящихся на этой же крышке.

Ил. 18. Преобразователь Теслы с ртутным прерывателем с применением диска

Иллюстрация 18 — тип преобразователя с ртутным прерывателем с применением диска, модифицированного в некоторых деталях, которые необходимо внимательно рассмотреть.

Здесь представлено лишь несколько преобразователей переменного тока, работа над которыми завершена, и они составляют малую часть высокочастотной аппаратуры, подробное описание которой я надеюсь представить позже, когда буду свободен от неотложных обязательств.

«Electrical Experimenter», июль 1919 г.

30

Электрические разряды молнии

Феномены грозовых разрядов в течение многих лет представляют собой особый объект моих исследований в области электричества. Сначала меня привлекала исключительно грандиозность проявлений, но спустя некоторое время, когда я приступил к исследованию атмосферного электричества, меня заинтересовала молния по причине той удивительной роли, которую она играет в структуре мироздания. Обычному человеку даже в голову не может прийти, что своим существованием мы обязаны этой действующей силе, так как она служит средством управления выпадением осадков. Солнце превращает воды океана в пар, а воздушные потоки переносят эти крошечные капли в отдаленные регионы, где они пребывают в состоянии тонкой взвеси до тех пор, пока электрические силы не заставят их соединиться в плотные массы облаков. Когда напряжение становится избыточным, происходят вспышки и в результате выпадают обильные дожди. Итак, всё сводится к тому, что молния поддерживает круговорот воды и, следовательно, саму жизнь.

Не хочу быть превратно понятым, утверждая, что если бы не молния, не было бы дождя. Однако то, что она является главной регулирующей силой, — достоверный факт.

Когда-то давно считалось, что человек невластен генерировать силы электрического взаимодействия и возмущения, сравнимые с теми, свидетелями которых мы являемся в определенных условиях. Но путем постепенного усовершенствования методов и приборов в сфере электричества мы достигли такого уровня, когда становится очевидным, что человек будет обладать способностью превращать пустыни в плодородные земли и создавать озера и реки в каких угодно местах, открывая, таким образом, неисчерпаемый источник энергии и многократно увеличивая плодородие почвы.

В отношении энергии молний существует много широко известных концепций, дающих неправильное представление. Начиная эти исследования, я был убежден, что разряд молнии располагает мощностью не более чем в несколько лошадиных сил, но, углубив свои знания, я убедился, что ее мощность огромна. Обычно считается, что напряжение разряда молнии, а также электрического тока, проходящего через дугу, составляет среднюю величину, но в действительности напряжение зачастую достигает сотен миллионов вольт, а сила тока нередко составляет несколько миллионов ампер.

Энергия молнии составляет половину того, что может дать электрическая емкость облака, и на нее затрачивается четверть электрического потенциала. Когда происходят разряды, весьма значительная часть энергии рассеивается в виде электромагнитных волн, еще одна существенная часть энергии проявляется в тепловом эффекте, а еще одна часть — в звуке и в свете. Возможно, вы получите представление об энергии, содержащейся в молнии, если я скажу, что иногда одной лишь звуковой волны, в которую вовлечена очень небольшая часть энергии, хватило бы, чтобы мотор мощностью в 200 л.с. работал в течение года. Однако совокупная энергия разряда молнии такова, что двигатель в 5 000 л.с. мог бы работать на полную мощность в течение года, а в некоторых случаях количество энергии намного больше. Причина очень большого напряжения в облаке может быть объяснена тем фактом, что кривизна нижней поверхности облака очень мала, так что требуется огромное напряжение, чтобы пробить слой воздуха. Для иллюстрации: если бы большая поверхность была сферой с радиусом около 40 сантиметров, то потребовалось бы более 3 миллионов вольт, чтобы создать электрический стример, напряжение возрастает прямо пропорционально радиусу сферы, так что разряд, исходящий из такого тела, как облако, нижняя поверхность которого в сущности плоская, потребует напряжения в миллиарды вольт.

Существует распространенное мнение, что молния всегда ударяет из облака в землю, но на самом деле самые мощные разряды исходят от земли по направлению к облаку. Я видел несколько таких разрядов, которые на расстоянии пятнадцати миль от точки наблюдения выглядели подобно гигантским огненным деревьям с бесчисленными ветвями, расходившимися от очень мощного ствола, уходившего в землю. Согласно моим расчетам, основанным на экспериментальных данных, полученных с помощью радиопередатчика, я пришел к выводу, что сила тока на земле должна составлять несколько миллионов ампер.

В здешних краях грозы случаются сравнительно редко, но есть места, где они происходят более чем часто. Чтобы не быть голословным, приведу один пример: 3 июля 1899 года мои приборы зафиксировали почти 13 000 разрядов в течение двух часов, и все они произошли в радиусе каких-нибудь, скажем, пятнадцати миль от моей радиостанции в Колорадо-Спрингс. Энергия грозовых разрядов за время их проявления достигала нескольких миллиардов л.с., но я позволю себе упомянуть примечательный факт, вызвавший мой особый интерес: иногда случаются грозовые разряды, которые не содержат в себе энергии более чем в несколько л.с. В двух или трех случаях я наблюдал такие слабые разряды, что путь крошечной искры от облака до земли был едва видим, а произведенный при этом звук вообще нельзя было сравнить даже со слабым щелканьем хлыста. Когда мы представляем себе молнию, мы не можем не вспомнить великого человека, на чьем надгробии написано: «Он вырвал у неба молнию, и затем у тиранов — скипетры». Но Франклин допустил одну ошибку, возможно, единственную в жизни: он считал, что остроконечные выступы якобы разрядят грозу в землю и тем самым уберегут здание, оборудованное таким громоотводом. В те времена у него не было никаких оснований для таких умозаключений, кроме результатов наблюдений, полученных в опытах с электростатической машиной, которая, как он представлял, будет разряжаться благодаря остроконечному выступу. Истина как раз в обратном. Остроконечный выступ побуждает щетку ионизировать окружающий воздух и притягивает молнию, так что здание, оборудованное такого рода стержнем, будет поражаться гораздо чаще, чем если бы у него не было этого средства «защиты», но, к счастью, Франклин был прав во второй части своей теории, а именно в том, что молния будет уходить в землю, не причиняя большого вреда. Как правило, это так, но время от времени, когда разряд слишком мощный, он минует громоотвод, причиняя разрушения. Данные исследований мощных электрических разрядов, проведенных с беспроводным передатчиком, построенным на принципиально иной основе, дали мне возможность разработать тип молниеотвода, который практически действует безотказно. В основе устройства лежит принцип недопущения аккумулирования электричества, так что молния ударит в любое иное место, предпочтя его тому, которое, таким образом, будет защищено. Это устройство, вне всяких сомнений, доказало свою эффективность, так как до сих пор ни одно сооружение, оберегавшееся таким способом, не было поражено, а путем исчисления вероятностей можно доказать, что возможность даже прямого поражения объекта приближается к бесконечно малой величине. Подавляющее большинство людей боятся молнии и вообще не знают, что делать в случае опасности. Этим людям следует знать, что прежде всего в городах подобных нашим, где здания практически полностью построены из стальных конструкций, абсолютно невозможно получить травму, какой бы сильной ни была гроза, но на открытом пространстве за городом, если вы идете пешком или едете в автомобиле, необходимо незамедлительно принять меры предосторожности при приближении грозы. Вы всегда будете в полной безопасности, если предпочтете впадину в земле и будете держаться подальше от деревьев и высоких строений. Не следует разводить костер или оставаться на открытом месте, а если вы находитесь в деревянном доме, вам следует быть в центре помещения и как можно дальше от металлических предметов.

«New York Evening Post», 29 июня 1921 г.

31

Мировая система беспроводной передачи энергии

Передача энергии без проводов — не теория и не просто вероятность, как это представляется большинству людей, но явление, которое я экспериментально демонстрировал в течение ряда лет. Сама идея появилась у меня не сразу, а в результате длительного и постепенного развития и стала логическим следствием моих исследований, которые были убедительно продемонстрированы в 1893 году, когда я впервые представил миру схему моей системы беспроводной передачи энергии для всевозможных целей. В нескольких показательных лекциях, прочитанных перед научными обществами в течение предыдущих трех лет, я объяснял, что необязательно использовать два провода для передачи электрической энергии, что с таким же успехом можно использовать только один. Мои опыты с токами высокой частоты были первыми за всё время, проведенными публично, и они вызвали острейший интерес по причине тех возможностей, которые они открывали, а также поразительной природы самих явлений. Немногие из специалистов, знакомых с современной аппаратурой, по достоинству оценят трудность задачи, когда у меня в распоряжении были примитивные устройства, и в каждом эксперименте требовалась точная настройка на резонанс.

Когда была доказана возможность передачи энергии посредством одинарного провода без обратного, мне пришло в голову, что, вероятно, можно обойтись и без того единственного провода, а для перемещения энергии от передатчика к приемнику можно использовать землю.

Высокочастотные динамо-машины и катушка Теслы

Очевидно, что токи, которые обычно применялись в экспериментальных лабораториях и в промышленности, не годятся для высокочастотных машин, и мне пришлось создать специальные генераторы и преобразователи для получения импульсов требуемой частоты.

Сначала я усовершенствовал высокочастотные динамо-машины двух типов, одну с возбуждением магнитного поля постоянным током, и другую, в которой электромагнит возбуждается от переменных токов, отличающихся по фазе и генерирующих вращающееся магнитное поле. Обе из них нашли свое применение в системе беспроводного вещания. Первая представленная мной машина давала 90 процентов КПД, но она должна была работать в обогащенной водородом среде или в разреженном воздухе, чтобы минимизировать возникающие потери из-за сопротивления воздуха и уменьшить оглушительный шум.

Чтобы преодолеть ограничения, выявившиеся в работе таких машин, я в дальнейшем сосредоточил свои усилия на усовершенствовании специального преобразователя, состоявшего из настроенных в индуктивной зависимости нескольких контуров, которые получали первичную энергию от колебательных разрядов конденсаторов. Этот аппарат, изначально названный моим именем и считавшийся, по мнению ведущих ученых, моим лучшим достижением, используется ныне во всем мире в каждом радиопередатчике и радиоприемнике. Он дал мне возможность получать токи любой желаемой частоты, электродвижущей силы и в любом количестве и вызывать огромное множество электрических, химических, термальных, световых и других явлений, генерировать рентгеновские, катодные и другие лучи трансцендентной интенсивности. Я использовал его в исследованиях состава вещества и радиоактивности, результаты которых публиковались в 1896–1898 годах в «Electrical Review». Эти исследования предшествовали открытию радия мадам Складовской и Пьером Кюри и доказали, что радиоактивность есть обычное свойство вещества и что оно излучает маленькие частицы различных размеров, обладающие огромными скоростями, — представление, воспринимавшееся с недоверием, но в итоге признанное истинным. Аппарат нашел бессчетное число применений и стал для некоторых пользователей настоящей лампой Аладдина.

Когда я думаю о самых первых своих катушках, которые были не более чем забавой от науки, то последовавшие за ними разработки представляются мне абсолютной удачей.

Усиливающий передатчик и резонанс земли

Хотя я и был с самого начала абсолютно убежден, что в конечном итоге успех будет достигнут, это произошло не ранее, чем была разработана схема путем последовательных усовершенствований так называемого усиливающего передатчика, что стало для меня убедительным свидетельством осуществимости беспроводной передачи энергии в больших количествах для всевозможных промышленных целей.

Главное открытие, которое принесло мне полное удовлетворение, поскольку воплотило мой замысел, было сделано в 1899 году в Колорадо-Спрингс, где я проводил испытания генератора мощностью в сто пятьдесят киловатт и убедился, что при определенных условиях ток приобретает способность проходить сквозь весь земной шар, достигая противолежащей точки, и возвращаться к исходной точке, при этом сила тока не уменьшается. Полученный результат оказался столь невероятным, что сначала это открытие почти ошеломило меня. В мгновение ока я осознал, что с помощью должным образом настроенной аппаратуры на передающих и принимающих станциях можно перемещать энергию в практически неограниченных количествах через землю на любое расстояние, ограниченное лишь физическими размерами земного шара, с коэффициентом полезного действия, достигающим девяноста девяти с половиной процентов.

Способ прохождения токов от передатчика через земной шар является в высшей степени экстраординарным, если принять во внимание характер распространения электризации поверхности. На старте волна имеет теоретически беспредельно большую скорость, которая начинает снижаться сначала очень быстро, а затем с меньшей интенсивностью, до тех пор пока расстояние не составит около шести тысяч миль, после чего она продолжает двигаться со скоростью света. С этого момента она опять увеличивает скорость, сначала медленно, затем всё быстрее, достигая противолежащей точки со скоростью, приближающейся к бесконечно большой величине. Такую закономерность движения можно объяснить тем, что на поверхности земли волны исходят через равные промежутки времени, распространяясь на равные площади, но необходимо иметь в виду, что ток проникает глубоко внутрь Земли, а воздействие, оказываемое на приемные устройства, носит такой характер, как если бы весь поток локализовался на земной оси, соединяя передатчик с противолежащей точкой. Таким образом, средняя поверхностная скорость составляет около 471 200 километров в секунду, что на пятьдесят семь процентов больше, чем скорость так называемых радиоволн, и эти волны, если таковые существуют, должны распространяться со скоростью света. Ту же константу обнаружил видный американский астроном капитан Дж. Т.Т., проводя математические исследования мельчайших частиц эфира, которые он называет эфиронами. Но если — в свете его теории — эта скорость является физической реальностью, то распространение токов по земной поверхности более напоминает мимолетное скольжение лунной тени по земному шару.

Большинству людей, занятых практическим делом, будет трудно оценить или даже сформулировать адекватное представление об интенсивности воздействия и о получаемой энергии, исходя из той части моей работы, которая вошла в историю. У меня есть все основания считать себя одним из самых удачливых людей, так как я постоянно испытываю чувство невыразимого удовлетворения, оттого что моя система переменного тока применяется повсеместно для передачи и распределения тепла, света и электроэнергии, а также оттого что моя беспроводная система со всеми ее основными свойствами применяется во всем мире для передачи информации. Но мои новаторские работы в последней из упомянутых областей всё еще понимаются совершенно превратно.

Коротковолновое радиовещание и направленная передача

Ничто не иллюстрирует это лучше, чем последние демонстрационные опыты с очень короткими волнами, которые были проведены рядом специалистов и в результате которых сложилось мнение — в конечном итоге энергия будет передаваться именно таким способом. На самом же деле опыты подобного рода полностью отрицают возможность экономичной передачи энергии. В течение нескольких лет я проводил эксперименты, исследуя этот частный случай, с волнами длиной в один миллиметр и убедился, что даже они не подходят для этой цели, не говоря уже о том, что их получение связано с большими затратами.

Никола Тесла в период первых успешных испытаний беспроводной передачи энергии в Колорадо-Спрингс

Чтобы добиться положительных результатов с помощью этого метода, будет, по-видимому, необходимо применять излучения с длиной волны несравнимо меньшей, чем излучаемое рефлектором лучистое тепло, световые, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Вопреки моим неоднократным разъяснениям специалисты, по-видимому, не понимают, что посредством рефлекторов такая концентрация энергии, какую я получаю с помощью беспроводной энергетической установки, не может и не будет когда-либо достигнута, поскольку при передаче энергии таким способом приемник может улавливать лишь количество энергии, пропорциональное облучаемой площади, т. е. подвергающейся воздействию лучей, в то время как в моей системе он вбирает в себя энергию из безмерного резервуара в несравнимо большем количестве.

Такого рода соображения касаются и направленной передачи с помощью коротких отраженных волн, или лучей. Если бы мы могли экономически выгодно производить электрические колебания, частота которых приближалась бы к частоте волн лучистого тепла, изготовлять эффективные отражатели, не допускающие значительного рассеивания и предупреждать абсорбцию, то такой способ передачи энергии мог бы иметь большое значение. Но попытки довести этот замысел до конца со сравнительно низкими частотами окажутся, безусловно, тщетными. Более двадцати пяти лет тому назад следствием моих попыток передавать большие количества энергии через атмосферу стало многообещающее изобретение, названное впоследствии «Смертельный луч» и приписанное д-ру Грин делу Метьюзу, изобретательному и опытному английскому электротехнику. Основная идея состояла в том, чтобы сделать воздушное пространство проводящей средой с помощью соответствующих ионизирующих излучений и передавать токи высокого напряжения по траектории лучей. Широкомасштабные эксперименты доказали, что при напряжении во многие миллионы вольт возможно перебросить практически неограниченные количества энергии на короткое расстояние, например, в несколько сот футов, что могло бы быть очень экономичным, а оборудование менее дорогостоящим. С тех пор я добился значительного прогресса и открыл новый принцип, который можно с успехом и беспрепятственно применять в различных мирных и военных целях.

Если я правильно понял отчеты, при «лучевой передаче» с длиной волны в несколько метров колебательный контур, состоящий из прямого вертикального проводника, помещается на фокальной линии параболической поверхности, на которой смонтировано множество вторичных прямых проводов, параллельных первичному проводнику. Если это так, то такая диспозиция полностью ошибочна и по всем признакам неэффективна, так как вторичная система не функционирует как параболический рефлектор, а производит лишь беспорядочное эхо. Для правильного монтажа требуется, чтобы первичный и вторичный проводники располагались на двух вертикальных параллельных плоскостях, разделенных расстоянием в четверть длины волны. Но даже в таком максимально улучшенном виде этот передатчик может иметь сомнительное практическое значение. Два волновых цуга после отражения, или, скорее, повтора, неполностью нейтрализуются, и имеет место значительное поперечное рассеивание. Энергия первичной системы уменьшается на квадрат расстояния, и это так же верно и для вторичной системы, полезные волны которой будут претерпевать энергетические потери пропорционально биквадрату своей длины. Это означает, что возможно применение только очень короткой волны, которая, кроме того, стабильна и не поддается изменению. Нужно быть близоруким, чтобы не увидеть: наилучшие результаты будут получены, если весь капитал инвестировать в одну ориентированную систему соответствующей конструкции, поскольку достигаемая производительность растет гораздо быстрее, чем затраты на оборудование. Даже если допустить, что лучевая установка работает абсолютно идеально, это всё равно будет плохой вариант, поскольку необходимую лучистую энергию можно получать с малыми затратами на одной-единственной установке, что имеет дополнительные преимущества, состоящие в том, что она применима к волнам любой длины и в равной степени эффективна в двух направлениях, и, следовательно, имеет большую производительность. Ошибочность предлагаемой [коротковолновой] схемы столь очевидна, что я никак не могу понять, как она могла миновать тщательную проверку таких компетентных специалистов, как д-р В.Л. Остин и Джон Стоун Стоун.

«Мировая система»

С тех пор как в 1899 году началось строительство моей первой энергетической установки, я постоянно высказывался относительно этого проекта и планов, которые предварительно формулировал через печать в следующих изданиях: «Electrical Review», «Electrical World», «Electrical Experimenter», «Science and Invention» и других, особенно в «Century Magazine» за июнь 1900 года, в котором я опубликовал пространную статью «Проблемы увеличения энергии человечества», теперь некоторые обстоятельства требуют разъяснений. Во-первых, коренное различие между применяемой сейчас трансляционной системой и системой, которую я надеюсь ввести, состоит в том, что в настоящее время передатчик излучает энергию во всех направлениях, тогда как в разработанной мной системе в любую точку Земли передается только силовое поле, а энергия как таковая перемещается по определенной, заранее обусловленной траектории. Поразительный факт: энергия перемещается в основном по кривой, то есть по кратчайшему пути между двумя точками на поверхности земного шара и достигает приемного устройства без малейшего рассеивания, так что приемник улавливает несравнимо большее количество [энергии], чем это возможно при использовании излучений. Таким образом, я предложил идеальный способ передачи энергии в любом желаемом направлении, намного более экономичный и не имеющий таких качественных или количественных ограничений, какие неизбежно повлекло бы за собой применение рефлекторов.

Моя установка отличается еще и тем, что она полностью основана на резонансе, в то время как сейчас резонанс используется главным образом для усиления во вспомогательных устройствах, состоящих в основном из разного рода вакуумных трубок, которые доведены до совершенства. Фундамент к их использованию заложил сэр Уильям Крукс, который в 1876 году обнаружил, что раскаленный проводник испускает наэлектризованные частицы. В 1882 году молодой французский электротехник по фамилии Висьер заметил, что от нити лампы накаливания исходит электрический ток, и произвел тщательные измерения с помощью специально подготовленных ламп, некоторые из которых я в то время имел возможность наблюдать в Иври-сюр-Сен, пригороде Парижа. Но эти явления не находили технического применения до тех пор, пока в 1892 году я не создал датчик вакуумных трубок, чувствительность которого была выше, чем у любых других известных мне образцов. С тех пор был достигнут поразительный прогресс, но неприменение современных вакуумных детекторов и усилителей задерживает продвижение вперед в нужном направлении, и множество проблем в радиовещании объясняется именно этой причиной. До совсем недавнего времени переданным волнам не хватало однородности, что делало невозможной точную настройку. Этот недостаток отчасти устраняется управлением с помощью кристаллов кварца, и теперь впервые стало возможным проводить значительные усовершенствования с целью улучшения эксплуатационных качеств.

Одно из моих первых изобретений — электромеханический способ генерирования изохронных (равномерных) колебаний, и я с большим успехом применял его во многих случаях. Применение этого способа для управления существующими установками дает значительные преимущества, но, несмотря на это и на другие усовершенствования, изменение в устройстве эксплуатируемого оборудования и в способе радиовещания с каждым днем становится всё более насущным, и поэтому я настойчиво продолжаю внедрение своей «Мировой системы» с ее высокоэффективными радиопередатчиками новейшей конструкции и элементарно простыми приемными устройствами. В моих аппаратах синхронность доведена до такого совершенства, а настройка настолько точна, что в процессе передачи речи, изображений и при выполнении других подобных операций частота, или длина, волны изменяется, если требуется, лишь в очень незначительных пределах, не превышающих одной сотой процента. Электростатические явления и все другие помехи полностью устранены, и никакие погодные, сезонные и внутрисуточные изменения не оказывают влияния на эксплуатационные качества. Эта установка наилучшим образом подходит для «Всемирной радиотелефонной и радиотелеграфной связи», поскольку позволяет поддерживать практически постоянную силу тока в передатчике, а управление осуществляется с помощью простого микрофона без применения существующих сейчас хитроумных приспособлений. Метод телеграфии позволяет осуществлять одновременную передачу любого целесообразного количества не интерферирующих (не смешивающихся) сообщений, при этом скорость передачи достигает многих тысяч слов в минуту. Те же принципы применимы и к проводному, и к кабельному управлению. В 1903 году я предложил Западному союзу и Почтовой телеграфной компании такую многоканальную передачу для их линий связи, но не получил поддержки главным образом потому, что их деловые операции не предусматривали такого большого объема передач. Спустя некоторое время моя усовершенствованная аппаратура была представлена как «Проводная радиосвязь» — совершенно несоответствующее название, так как волны, излучаемые проводом, безвозвратно рассеиваются и не оказывают никакого воздействия на приемник.

Мой проект строительства энергетической установки доведен до стадии осуществления, но всё еще не могу сказать, когда начнутся практические работы. Уже нет тех трудностей, что стояли передо мной с самого начала, так как в то время я был один; теперь многие убедились в целесообразности и осуществимости моего предприятия. Нет нужды говорить, что я делаю всё возможное, чтобы как можно скорее представить миру свое лучшее и наиболее значительное изобретение — совершенно безукоризненное и не имеющее слабых мест. Я наметил ряд участков, которые представляются вполне подходящими для этой цели, но более всего мне хочется осуществить передачу энергии от Ниагарского водопада, где впервые успешно заработала моя установка переменного тока.

Важнейшее применение беспроводная энергия найдет, несомненно, в запуске летательных аппаратов, энергоснабжение которых можно легко осуществлять без соединения на корпус, так как, несмотря на то, что токи в своем движении притягиваются к земле, электромагнитное поле создается в окружающей ее атмосфере. Если аэроплан имеет проводники или контуры, точно настроенные и должным образом расположенные, энергия будет отобрана этими контурами, как это произошло бы с жидкостью, стекающей в проделанное в контейнере отверстие. На промышленной установке большой мощности таким способом можно получать достаточно энергии для приведения в движение каких бы то ни было летательных аппаратов. Я всегда считал это наилучшим и рассчитанным на долгое время решением проблемы полетов. Не потребуется никакого топлива, так как используется легкий электродвигатель с большим числом оборотов. Тем не менее, ускоряя последовательный ход развития, я разрабатываю новый тип летательного аппарата, который, как мне кажется, удовлетворит насущную потребность в безопасном, небольшом и компактном «воздушном извозчике», способном осуществлять вертикальные взлет и посадку.

Телевидение, каким я его замышлял в 1893 году, будет еще одним, чрезвычайно полезным и своевременным научно-техническим новшеством. В то время я выдвинул идею, что создание четкого мысленного образа внешних объектов сопровождается рефлекторным действием на сетчатку глаза, что дает возможность читать мысли и даже проецировать представленные образы на экран и делать их видимыми для зрителей. Это привело бы к последствиям, влияние которых на человеческие взаимоотношения не поддается оценке, но эта идея не может быть реализована до тех пор, пока не будет найден способ понять строение сетчатой оболочки. Постоянные размышления на эту тему привели меня к созданию аппарата, моментально передающего изображение без применения каких-либо подвижных элементов, и к 1900 году я уже решил три из стоявших передо мной задач, а именно: индивидуализировать и обособить очень большое количество каналов, или «нервов»; передать на приемное устройство достаточное количество энергии и сделать зрительное восприятие движущихся образов независимым от расстояния. В конечном счете я также надеюсь преодолеть недостатки селенового фотоэлемента с помощью специального прибора.

Меня, однако, более всего интересует совершенствование радиовещания, которое сейчас осуществляется с негодной аппаратурой и коммерчески невыгодной технологией. Необходимо в значительной степени улучшить передатчики и упростить приемники, а при беспроводном способе передачи энергии для всевозможных целей можно использовать опыт телеграфных, телефонных и энергетических компаний, хотя способы их различны, но характеры схожи. Техническое творчество сродни архитектуре, и со временем специалисты придут к тем же выводам, какие сделал я в далеком прошлом. Рано или поздно моя энергетическая установка будет полностью принята и, поскольку я причастен к этому, вопросы и проблемы будут решены. Даже если бы я мучился сомнениями в возможности конечного успеха, я бы отбросил их, вспомнив слова великого философа лорда Кельвина, который, будучи очевидцем некоторых моих экспериментов, сказал мне со слезами на глазах: «Я уверен, Вы добьетесь успеха».

«Telegraph and Telephone Age», 16 октября 1927 г.

32

Энергия нашего будущего

Материальный, а также интеллектуальный прогресс человечества впадает во всё большую зависимость от сил природы и энергии, которые он ставит себе на службу, хотя, строго говоря, количество потребляемой энергии не является надежным критерием благосостояния и просвещенности, оно заслуживает доверия в качестве индикатора степени безопасности, благополучия и комфорта, без которых род человеческий всё в большей мере подвергался бы страданиям, испытывал всё большую нужду, а цивилизация могла бы погибнуть.

В сущности, все используемые нами виды энергии происходят от Солнца, и нашим величайшим достижением в использовании его неугасающего огня является укрощение водопадов. Гидроэлектрический технологический процесс, ныне повсеместно используемый, дает нам возможность получать до восьмидесяти пяти процентов солнечной энергии с помощью элементарно простых установок, которые, при условии внедрения новейших технологий и изобретений, в течение столетий могли бы выдерживать проверку временем. Эти преимущества носят совершенно исключительный характер, в то время как во всех других способах преобразования сил природы мы сталкиваемся с серьезными препятствиями и неизбежными огромными потерями. Следовательно, в интересах всего мирового сообщества желательно, чтобы этот совершенный источник энергии использовался максимально. Судя по среднему уровню осадков, выпадающих на совокупную поверхность материков, суммарная энергия воды на планете теоретически может составлять десять миллиардов лошадиных сил. Конечно, лишь часть ее пригодна для практического использования, а это довольно мало — возможно, двадцать пять процентов в наиболее передовых странах, в других — меньше, а есть такие, где даже землю не пашут. Известно о существовании мощных водопадов во многих недосягаемых районах земного шара, обнаруживаются новые — все они в конечном счете будут укрощены, когда наладится беспроводная передача энергии. Как бы то ни было, есть основания надеяться, что в будущем ограничения в количестве доступной нам энергии могут быть устранены. Три четверти поверхности Земли занимает океан, и атмосферные осадки над этим обширным пространством бесполезны для нашего замысла. Предлагается много способов искусственного вызывания дождя, но ни один из них не дает и малейшей надежды на успех. Кроме того, до сих пор предлагалось осадкообразование лишь в ограниченном регионе, при этом общее количество влаги всей суши оставалось неизменным, кроме тех случаев, когда содержание влаги уменьшается в результате естественного свойства океана притягивать к себе всё больше и больше воды с континентов. По-настоящему важная проблема, которую нам необходимо решить, состоит не в том, чтобы вызвать осадкообразование в каком-либо отдельном районе, но направить этот естественный процесс в обратную сторону — притягивать водяные испарения морей и таким образом увеличивать по мере надобности количество атмосферных осадков, выпадающих над сушей. Осуществимо ли это?

Солнце поднимает воду на высоту, где она пребывает в состоянии тонкой взвеси до тех пор, пока некое возмущение относительно небольшой энергии не вызовет конденсацию в месте, где легче всего нарушается равновесие. Однажды начавшись, действо распространяется подобно пожару, поскольку образуется вакуум, и устремляющийся туда воздух, охлаждаясь в результате разрежения, усиливает дальнейшую конденсацию в прилегающих массах — облаках. Вся жизнь на земном шаре всецело зависит от этого исполинского пускового механизма природы. И мои дальнейшие наблюдения доказали, что комплексное воздействие молнии является в большинстве случаев главным регулирующим агентом. Эта теория, сформулированная мной в 1892 году, была подтверждена в проведенных позднее экспериментах с искусственными грозовыми разрядами длиной более 100 футов, согласно которым представляется возможным с помощью мощных энергетических установок, размещенных надлежащим образом [территориально] и подключаемых в должное время, перемещать неограниченные количества воды из океанов на континенты. Механизмы будут приводиться в действие благодаря водопадам, вся работа будет выполняться солнцем, тогда как мы должны будем просто приводить в действие пусковой механизм. Таким способом мы смогли бы извлекать достаточно энергии из падающей воды, чтобы удовлетворить все наши потребности. Более того, мы могли бы создавать новые озера и реки, стимулировать появление богатой флоры и фауны и превращать даже безводные пески в пустынях в тучную, плодородную почву.

Но эта идея очень далека от полной реализации. Труднопреодолимым препятствием является то обстоятельство, что до тех пор, пока не открыты новые источники, нашей главной опорой будет оставаться энергия, получаемая от горючих веществ. Термодинамический процесс является расточительным и нецивилизованным, особенно в условиях сжигания угля, добыча которого всё еще сопровождается бесчисленными трудностями и опасностями для тех горемык, которые обречены выполнять тяжелую работу глубоко в недрах земли. В этом и в других отношениях нефть и природный газ в огромной степени предпочтительнее, и их применение быстро распространяется. Однако совершенно очевидно, что такое расточительство не может продолжаться бесконечно долго, поскольку геологические изыскания доказывают, что наши топливные запасы ограниченны. В последние годы их потребление идет столь интенсивно, что призрак их опустошения грозно маячит впереди, инженерная и изобретательская мысль повсеместно работает над повышением эффективности уже известных способов и поиском новых источников энергии.

Природа предусмотрела более чем достаточный запас энергии в разнообразных формах, которыми можно было бы пользоваться, если преуспеть в разработке надлежащих средств и способов. Солнечные лучи, падающие на земную поверхность, являют собой количество энергии столь огромное, что лишь небольшая ее часть могла бы удовлетворить все наши потребности. При перпендикулярном падении лучей интенсивность [излучения] в механическом эквиваленте составляет около 95 футо-фунтов на квадратный фут в секунду, или почти 7 300 лошадиных сил на акр суши. В экваториальных регионах средняя годовая интенсивность составляет приблизительно 2 326, а в наших широтах — 1 737 лошадиных сил на ту же площадь. Применение нагрева для генерирования пара и работа турбины в условиях глубокого вакуума могли бы, вероятно, дать 200 лошадиных сил на акр полезной мощности в средних широтах. Это был бы весьма удовлетворительный результат, если бы не стоимость аппарата, которая значительно возрастает из-за необходимости применения аккумулирующей электростанции, способной выдерживать нагрузку почти три четверти срока.

Энергию световых лучей, составляющую около 10 % всего излучения, можно было бы улавливать, подвергая фотоэлектрические элементы низкотемпературному воздействию, что по причине чрезвычайно высокой эффективности этого процесса могло бы придать ему большое практическое значение в будущем. В этом направлении уже достигнут некоторый прогресс. Но на данный момент точные расчеты показывают, что солнечная энергия, извлекаемая даже в тропиках, не открывает больших возможностей для ее рационального использования. Существующие препятствия будут в значительной степени устранены, когда войдет в действие беспроводной способ передачи энергии. Тогда многие станции, расположенные в жарком поясе, могли бы оперативно объединяться в огромную сверхмощную систему для непрерывной подачи энергии в любые точки земного шара.

Солнце, однако, излучает особую, обладающую огромной энергией радиацию, которую я обнаружил в 1899 году. Двумя годами ранее я занимался исследованиями радиоактивности, в результате чего пришел к выводу, что наблюдаемые явления объясняются не молекулярными силами, свойственными веществу как таковому, но вызываются космическим излучением с исключительной проникающей способностью. То, что оно исходит от Солнца, очевидный факт, так как, несмотря на то, что многие небесные тела, несомненно, обладают подобным свойством, совокупное облучение, получаемое Землей от всех солнц и звезд вселенной, составляет лишь немногим более четверти одного процента того, что она получает от светила. Следовательно, искать космические лучи в другом месте — почти то же самое, что искать вчерашний день. Мое предположение поразительным образом подтвердилось, когда я обнаружил, что от Солнца действительно исходит излучение, замечательное непостижимо малой величиной составляющих его частиц и скоростью их движения, безмерно превышающей скорость света. Это излучение, сталкиваясь с космической пылью, генерирует вторичное излучение, сравнительно слабое, но явно обладающее проникающей способностью, интенсивность которого почти одинакова во всех направлениях. Ученые в Германии, проводившие исследования этого излучения в 1901 году, предположили, что оно исходит от звезд, и с тех пор выдвигается идея, что его первоисточником является только что открытое вещество, постоянно образующееся в межзвездном пространстве! Можно с уверенностью сказать, что нигде во вселенной нет такого места, где возможно такое вопиющее нарушение физических законов, как вода, текущая в гору. Возможно, когда-нибудь в будущем, когда мы овладеем неизмеримо более совершенными способами познания, мы изыщем пути овладения и использования этой силы для достижения результатов, находящихся за пределами наших теперешних представлений.

Потоки воды часто рассматриваются в качестве источника движущей энергии, и немало инженеров одобрительно высказывались относительно их использования. Но энергия потока в большинстве случаев в сущности незначительна, например, использование водопада в качестве источника энергии на один акр земли приносит лишь немногим более одной лошадиной силы. Только в исключительных местностях использование энергии потока может оказаться выгодным.

Проект гигантской электрической станции будущего, в основе работы которой лежит использование тепловой энергии Земли. Вода, циркулируя в трубе, доходит до ее дна и поднимается вверх в парообразном состоянии, пар приводит в движение турбину, а затем он опять превращается в жидкость, и этот круговой процесс повторяется всё время. Внутренняя тепловая энергия Земли огромна и практически неисчерпаема в сравнении с вероятными человеческими запросами; масса горячих слоев Земли измеряется секстиллионами тонн

Многие изобретатели мечтают научиться использовать энергию океанской волны, которая составляет немалую величину. Но, несмотря на то, что предлагается бессчетное число проектов и проявляется большая изобретательность в разработке механических способов, до сих пор не получено никакого результата, имеющего практическое значение, а с учетом технических сложностей и изменчивой природы этого источника энергии перспективы ничтожны.

Нам гораздо легче поставить себе на службу силу ветра, ведь она находит практическое применение с незапамятных времен. Она неоценима как движущая сила для судов, а ветряную мельницу следует всерьез считать генератором энергии. Если себестоимость этого продукта массового спроса будет существенно снижена, мы, вероятно, будем лицезреть страны, сплошь покрытые этими освященными веками устройствами.

К сожалению, ценность всех этих источников энергии в очень большой степени снижается по причине периодических и бессистемных колебаний, и мы вынуждены искать источник постоянной и круглосуточно поступающей энергии, сравнимой с энергией водопада. Таким образом, мы склонны рассматривать земную теплоту в качестве возможного источника постоянного энергоснабжения.

В соответствии с грандиозным проектом, представленным на этой иллюстрации, энергия забирается из морских глубин. Теплота поверхностного слоя, вступающего во взаимодействие с другим, холодным, слоем, используется для получения энергии, приводя таким образом в действие крупные электрические станции. В этой чрезвычайно важной статье представлен анализ перспектив практического осуществления замысла, а также теоретические основы функционирования [установки]

Заслуживает внимания тот факт, что еще в 1852 году лорд Кельвин обратил внимание на естественную теплоту как на источник энергии, доступный человечеству. Но вопреки своему правилу обращаться к сути каждого предмета своих исследований он довольствовался всего лишь предположением. Впоследствии, когда сложилось представление о законах термодинамики, стали часто рассматриваться перспективы использования разницы температур в океане, в твердом грунте или атмосфере. Известно, что в тропических морях разница температуры воды на поверхности и на глубине трех метров составляет 50° по Фаренгейту. Температура верхнего слоя подвержена изменениям и достигает в среднем 82° F, в то время как температура глубинных слоев обычно составляет как минимум 32° F или около того, что является результатом постепенного притока очень холодного полярного течения. В земле, твердом теле, это соотношение имеет обратную зависимость: температура повышается примерно на один градус по шкале Фаренгейта через каждые 64 фута углубления в недра земли. Известно об очень больших температурных расхождениях в атмосфере, где она снижается по мере удаления от поверхности земли в соответствии со всем комплексом происходящих в ней процессов.

Но несмотря на то, что это было общеизвестно в течение по крайней мере 75 лет, а использование теплоты Земли для получения энергии было предметом глубоких исследований, никакой решительной попытки ее использования не было предпринято до тех пор, пока некий американский инженер, имя которого я не в состоянии выяснить, не предложил заставить двигатель работать на паре, генерируемом в глубоком вакууме из теплого поверхностного слоя воды и конденсируемого холодной водой из глубин. Такой проект, в полном объеме и тщательно разработанный, подкрепленный чертежами и расчетами, он представил на рассмотрение видным капиталистам и бизнесменам Нью-Йорка около 50 лет тому назад. Он не только предполагал производство и распределение энергии для всеобщего потребления, но даже планировал приводить в движение суда с помощью энергии, получаемой таким способом, где в качестве рабочей жидкости предпочтительнее применять эфир. По причине его смерти или по другим причинам проект не был доведен до практического осуществления. Об этом я узнал намного позже, когда заинтересовал своим проектом переменного тока Альфреда С. Брауна, известного технического специалиста, приглашенного для оценки достоинств моих изобретений, и К.-Ф. Пека, знаменитого юриста, который создал компанию для их промышленного внедрения. Эти люди были одними из первых, к которым инженер обратился [в свое время] с предложением и которые сочли его проект целесообразным в принципе, но трубопроводы, насосы, двигатели, паровые котлы и конденсаторы требовали слишком больших затрат, и, кроме того, практически полезное размещение энергетической установки оказалось трудным вопросом, оставшимся без определенного ответа. Мое открытие вращающегося магнитного поля привело к изменению ситуации и отношения к ней с их стороны. Они полагали: если с помощью моей установки можно будет осуществлять рентабельную передачу энергии в отдаленные места, а стоимость океанской станции будет в значительной мере снижена, этот неисчерпаемый источник энергии можно успешно использовать. У г-на Пека были влиятельные знакомства, среди его клиентов был Джон С. Мур, основатель банкирского дома, носящего его имя. За исключением недавно умершего Дж. П. Моргана, который превосходил всех на Уолл-стрит и возвышался над другими людьми, подобно Самсону над филистимлянами, Мур был, вероятно, чрезвычайно сильной личностью. Мне дали понять, что если я смогу разработать проект, который удовлетворит г-на Брауна и других инженеров, то весь необходимый для этого широкомасштабного предприятия капитал будет безотлагательно предоставлен. Моим компаньонам не было нужды уговаривать меня взяться за решение этой задачи, так как идея с самого начала выглядела многообещающей, несмотря на то, что в этом не было ничего фундаментально нового.

Важнейшие условия, необходимые для работы паровой или другой термодинамической машины, были выполнимы, значительная разница температур имелась в наличии в любое время. Не было нужды в предъявлении доказательств того, что теплота будет непрерывно поступать с более высокого уровня на находящийся ниже и преобразовываться в механическую работу. Не требовалось также доказательств того, что вода поверхностного слоя, температура которого значительно ниже ее обычной точки кипения, равной 212° F, может с легкостью превращаться в пар под воздействием вакуума, вызывающего закипание при любой температуре, какой бы низкой она ни была. Общеизвестно, что вследствие того же фактора на высокогорье невозможно сварить бобы и яйца вкрутую. По той же причине выходят из строя турбины на паровых энергетических установках, в которых полностью отключаются котлы, когда слегка теплая вода в системе соединительных труб закипает под воздействием неосторожно примененного вакуума. Такое поведение воды, или вообще всякого рода жидкости, было прекрасно проиллюстрировано в широко известном устройстве, названном криофор, состоящем из двух сообщающихся сосудов, из которых откачан воздух и частично заполненных жидкостью, она выпаривается в одном сосуде и конденсируется в другом. Это изобретение принадлежит В.-Г. Вулластону, крупному английскому ученому и исследователю, впервые освоившему промышленное производство платины и имевшему в среде некоторых ученых репутацию открывателя (еще до Фарадея) вращения электромагнитного поля. В первом приборе, представленном в начале девятнадцатого века, один из сосудов был заполнен льдом, чтобы замораживать воду в другом. Согласно взглядам того времени бытовало мнение, что холод льда переносился на воду, поэтому прибору было дано греческое название, означающее «носитель холода». Но теперь мы знаем, что процесс протекает в противоположном направлении: охлаждение осуществляется путем переноса теплоты при парообразовании от теплого сосуда к холодному. Вы, естественно, придете к заключению, что процесс прекратится, как только замерзнет вода на поверхности, но, как ни странно, сам лед продолжает производить пар, и это именно то, отчего вся вода кристаллизуется. Можете представить, каким загадочным казался этот феномен более века тому назад!

Океанская электростанция, предложенная инженером, была не чем иным, как устройством Вулластона огромных размеров, приспособленным к непрерывной работе и имеющим двигатель, помещенный между двумя сообщающимися сосудами. Оценивая его термодинамические характеристики, я с блокнотом и карандашом в руках сразу же получил результаты, которые в какой-то степени привели меня в замешательство. Чтобы получить наглядное представление, предположим, что равные количества теплой и холодной воды, скажем, по полфунта, с температурой соответственно 82° и 32° по шкале Фаренгейта смешаны или приведены к одинаковой температуре другим способом. Тогда первая отдает второй 12,5 тепловых единиц, механический эквивалент которых равен 9 724 футо-фунтам — такое же количество работы было бы произведено при падении тела массой в один фунт с высоты, достигающей 9 725 футов. Мечтой моей жизни было использовать Ниагарский водопад в качестве источника электроэнергии, но здесь водопад был в шестьдесят раз выше и имел бесконечно большую массу. Чтобы поднять холодную воду на поверхность, какова бы ни была глубина, требовалось лишь незначительное усилие, и, поскольку другие расходы также представлялись ничтожно малыми, я пришел к заключению, что если только небольшая часть этого гипотетического водопада могла быть использована, то одна из величайших проблем, стоящих перед человечеством, была бы решена на все грядущие времена. Я понимал, что это было бы слишком хорошо, чтобы быть истиной, но все же в течение ряда лет преследовал эту призрачную надежду, пока постепенно, путем вдумчивых рассуждений, расчетов и экспериментов я не нашел твердую точку опоры в трясине своего неведения и сомнения. Тогда этот план использования океана для получения энергии открылся моему сознанию во всей его незрелости, какую только можно вообразить. Только для перемещения небольшого количества теплоты вода должна накачиваться и сбрасываться в количествах столь огромных, что крупная установка такого типа привела бы к новым проблемам в разработке и эксплуатации. Вопреки мнению, которое я ранее сформулировал, это повлекло бы за собой затраты огромного количества энергии. Затем я понял, что содержащиеся в воде газы могут быть извлечены лишь частично, и их придется постоянно удалять из конденсатора, чтобы предотвратить повышение противодавления, которое может снизить скорость и в конечном счете остановить двигатель. Кроме того, вследствие определенного рода обстоятельств вода из глубины моря будет поступать в трубу более теплой, чем она должна быть (по причине недостаточной глубины), так что разница температур в полной мере не может быть достигнута. Я обнаружил и другие специфические процессы, которые с течением времени могли бы серьезно повлиять на правильное функционирование механизма. Пар, добытый с поверхности воды, крайне низкого качества, это просто легкий туман под низким давлением, и его расход на выработку одной лошадиной силы в час должен быть, вероятно, в двадцать раз больше, чем на современных силовых установках. Как указывалось выше, на гидроэлектростанциях может быть задействовано восемьдесят пять процентов энергии падающей воды, в то время как в данном случае может быть использовано едва ли более двух десятых одного процента гипотетического напора воды. Хуже всего то, что размер и стоимость оборудования совершенно несоразмерны с максимально возможной отдачей. Я не мог не обратить внимания на эти и другие лимитирующие обстоятельства и трудности, когда занимался изучением проектов, как сначала и предполагалось.

Появление моей установки переменного тока положило начало борьбе за лучшие площадки для гидросиловых установок, и не было предпринято ни одной попытки использования океана в качестве источника энергии. У меня же это вызывало такой большой интерес, что я продолжил исследования и внес ряд усовершенствований, которые, думается, обладают рядом достоинств. Убежденный в том, что удерживать трубы с помощью буев или подвешивать их в морской бездне неосуществимо, я предложил использовать наклонный туннель с теплоизоляцией, что обеспечивало беспрепятственное и непрерывное прохождение воды из глубины моря. Я нашел способ упрощения и удешевления аппарата и повышения его эффективности, восстанавливая влажность пара и используя другие приемы, и эти усовершенствования со временем могут иметь практическое значение.

Ил. 1. Криофорный исследовательский аппарат, объясняющий принципы технологии замораживания

Чтобы облегчить понимание процесса развития океанской энергетической установки по системе криофора и природы некоторых из моих усовершенствований, можно воспользоваться чертежом, в котором иллюстрация 1 представляет первоначальный аппарат Вулластона, состоящий из двух вакуумных камер В и С, соответственно, парового котла и конденсатора, которые соединены посредством канала А. При условии, что первая из названных камер частично наполнена водой или другой жидкостью, а вторая помещена в охлаждающую смесь, вакуум вызовет бурное кипение слегка теплой воды, и будет наблюдаться общеизвестный эффект. Поскольку пар, генерируемый в котле, устремляется в конденсатор с огромной скоростью, он способен производить значительную механическую работу.

Ил. 2. Общий план установки, в которой при прохождении пара между двумя емкостями, имеющими разную температуру, приводится в движение якорь электрического генератора

Иллюстрация 2 показывает, как может осуществляться термодинамическое преобразование энергии для ее использования вовне. Предпочтение отдано именно такой особой компоновке, чтобы освободиться от необходимости подсоединения к внешней поверхности, что потребовало бы применения вакуумного насоса. Стальной ротор а почти такого же диаметра, что и диаметр канала А, соединяющий камеры В и С и имеющий профили в виде лопастей, закреплен на подшипниках качения b и с, практически не имеющих трения, конструкция последних предусматривает гашение ударов. Вокруг ротора турбины, в непосредственной близости к нему расположены выступы d и e из мягкого железа с обмотками f и g, представляющие собой часть постоянного магнита h. В результате быстрого вращения ротора возникает периодическое смещение магнитных силовых линий от одной до другой пары выступов, индуцируя таким образом в катушке токи, которые можно использовать.

Следующий шаг состоит в том, чтобы наладить непрерывную работу аппарата. Этого можно достигнуть двумя способами: путем подачи пара и конденсата непосредственно к камерам В и С или просто через передачу и извлечение теплоты через их стенки, и в этом случае рабочая жидкость полностью отделена и циркулирует по замкнутой цепи.

Ил. 3. Более точный эскиз термодинамической установки, в которой всасывающий насос E создаст необходимую степень вакуума

Общий вид представлен в виде схемы на иллюстрации 3. Цилиндрические камеры В и С соединены соответствующими трубопроводами. Всасывающий насос E, рассчитанный на создание очень высокого вакуума, присоединен к конденсатору С и может приводиться в движение турбиной посредством зубчатой передачи или, как указано, асинхронным двигателем, работающим на переменном токе, который подается от динамо-машины F, имеющей общий привод с турбиной. Вода, находясь под атмосферным давлением, потечет в вакуумные камеры со слишком большой скоростью, вызывая связанные с этим потери, и поэтому необходимо подавать и отводить ее посредством компенсирующих барометрических столбиков ii и kk достаточной высоты, обеспечивая тем самым требуемую циркуляцию, направление которой указано стрелками. Поскольку латентная (остаточная) теплота, поглощенная в процессе испарения и освобожденная в процессе конденсации, очень велика, через камеры должно пройти очень большое количество воды, чтобы не допустить изменений температуры, которые могут значительно снизить эксплуатационные качества аппарата. Кроме того, в представленных аппаратах необходимо использовать газоотделители для извлечения газов из воды перед тем, как она попадет в паровой котел и конденсатор. Здесь нельзя применять сепараторы центробежного типа, так как это повлечет за собой слишком большие потери энергии. Единственно возможным является тип, который применялся во времена зарождения современной гидравлики, действие которого основано на постепенном реверсировании направления потока и который осуществляет лишь частичную дегазацию. Необходимо отметить, что при быстром расширении и одновременном охлаждении газы чрезвычайно ухудшают качество пара, а также в некоторой степени снижают вакуум в камерах. В одной из моих модификаций вода подается через форсунку, как показано, что обеспечивает необходимое испарение и конденсацию, в то же самое время убирает газы, которые оказались бы в свободном состоянии, если бы вода поступала обычным способом.

Ил. 4. Вода или какая-либо другая жидкость приводит в действие турбину D внутри замкнутой системы, циркулируя через конденсаторы, погруженные в воду с разными температурами

Тщательное изучение проекта, представленного на иллюстрации 3, убедило меня, что он по целому ряду причин невыгоден и не так практичен, как проект, представленный на иллюстрации 4. В этом случае камеры В и С являются поверхностным конденсатором обычной конструкции, но с очень большой активной поверхностью, принимая во внимание чрезмерный расход пара и небольшую разницу рабочих температур. Они могут быть одного размера, поскольку, хотя передача тепловой энергии от горячей воды к холодной происходит через пар, здесь действует закон смесей и максимальная передача происходит при условии равного количества той и другой воды. Если бы не это, эксплуатационные качества можно было бы существенно улучшить путем подачи горячей воды, которая должна проходить лишь по коротким трубам, в большем количестве. Камеры соединяются через турбину D, соединенную общим приводом с генератором F, как и раньше, и, кроме всасывающего насоса E, используется глубинный для нагнетания конденсата в паровой котел. Вода должна быть пресной и тщательно дегазированной для получения пара высокого качества, что весьма облегчит работу насосов, а паровой котел и конденсатор должны быть полностью погружены в циркулирующую среду, чтобы минимизировать тепловые потери. Существенные реальные преимущества этого проекта состоят в том, что можно использовать любую подходящую рабочую жидкость и агрегаты очень большой производительности.

Технические эксперты, которые, возможно, рассмотрят достоинства проекта океанской силовой установки, будут склонны не обращать внимания на затраты энергии, идущей на продвижение горячей и холодной воды, которые в действительности могут быть весьма значительными с учетом подъема океанской воды выше среднего уровня. Выходные отверстия неизбежно очень велики, и если их центры находятся на высоте от трех до четырех футов над средним уровнем океана, то для нормального функционирования во время прилива потери при перекачке будут значительными. Более того, движение воды подвергается многократным изменениям как в направлении, так и в скорости и испытывает потери тепла при трении, особенно в длинном трубопроводе, что в совокупности может сравниться с затратами на дополнительный подъем на несколько футов, что может составить, скажем, 7 футов, если прикинуть с большим запасом. Так вот, в Мексиканском заливе, в кубинских территориальных водах, где мои компаньоны предполагали построить силовые установки, среднегодовая разность температур горячей и холодной воды вряд ли превысит 36° F, а с паром низкого качества, который можно получить в таких условиях, прокачка воды может составить 12 футов в секунду на каждую лошадиную силу. Следовательно, механическая работа может, согласно расчетам, составить 168 футо-фунтов в секунду, и это число необходимо увеличить почти в два раза, потому что общий КПД всасывающих с приводом от двигателя насосных блоков, которые придется здесь применять, как правило, едва превышает пятьдесят процентов. Поскольку на одну лошадиную силу затрачивается 550 футо-фунтов в секунду, это означает потерю около 40 процентов. Кроме того, работа дегазаторов, вакуумных и глубинных насосов потребует энергии, которую придется брать от турбогенератора и почти в двойном количестве по указанным выше причинам. Все эти потери можно уменьшить различными способами, но ненамного, и этот пример наглядно показывает, что от них при желании можно полностью избавиться. Этот аргумент применим и даже более убедителен в отношении себестоимости насосного оборудования, общее представление о котором я попытаюсь передать, основываясь на том, что монтаж силовой установки мощностью 30 000 лошадиных сил требует не менее 300 000 фунтов горячей и холодной воды в секунду, что означает приблизительно по 4 700 кубических футов каждой. Поскольку скорость 3 фута в секунду вряд ли будет достигнута, два насоса, отвечающие этим требованиям, будут иметь заборные и выходные отверстия площадью в 1 800 квадратных футов с обычными допусками. Очевидно, что такие исполинские механизмы неприменимы по той причине, не говоря о других, что высота всасывания будет очень велика, а сопутствующие этому потери чрезмерными. Это выявляет неприемлемость схемы, представленной на иллюстрации 3, т. е. очень большие блоки не позволят добиться практических преимуществ. Вероятно, необходимо огромное количество малых блоков, и из этого следует, что чем масштабнее силовая установка, тем она менее практична. Вместо двух насосов, каждый из которых имеет отверстия в 1 800 квадратных футов, пришлось бы применять, при ошеломляющих затратах, по крайней мере сотню насосов с приводом от мотора, с отверстиями площадью 36 квадратных футов и соответствующим количеством паровых котлов и конденсаторов с огромными впускными и нагнетательными трубами.

Ил. 5. Прилив наполняет резервуары H и I, а поток обратного течения опорожняет их, экономя большое количество энергии, потребляемой насосами

Эти и другие подобные размышления побудили меня разработать проект, представленный в виде схемы на иллюстрации 5, в котором я полностью исключаю водяные насосы, делая расчет на отливы и приливы, которые осуществляют необходимую циркуляцию теплоносителя и хладоносителя и упрощают таким образом энергоблок, что избавляет от больших потерь и затрат. Установка включает в себя два очень больших резервуара, обозначенных как Н и I. Они обложены теплоизоляционной футеровкой и снабжены соответствующими опорами, которые поддерживают теплоизоляционные своды, или крышки, предназначенные для минимизации потерь при оттоке и притоке теплоты, соответственно, от теплой воды к холодной. Каждый из резервуаров имеет регулируемые отверстия К и L, расположенные около днища, где также находятся паровой котел В и конденсатор С. Последние соединены посредством турбины D, имеющей общий привод с генератором F, образуя блок большой мощности. Как и в описанном выше случае, предусмотрены всасывающий насос E и глубинный насос G с приводом от асинхронных двигателей, получающих питание от генератора. Все эти механизмы размещаются на едином фундаменте, как это и указано. Резервуары наполняются при полном приливе, а слив во время отлива регулируется, с тем чтобы обеспечивать наилучший режим работы. Хотя производительность подвержена периодическим изменениям, силовая установка может удовлетворительно работать, не нуждаясь в батареях или других аккумулирующих устройствах, и в результате себестоимость вырабатываемого продукта может быть значительно снижена.

Ил. 6. Плавучая термоэлектрическая станция, где конденсатор С подвешен ниже нагревательной камеры В, и конденсат циркулирует вертикально

Другой способ получения энергии благодаря разности температур в океане без применения водяных насосов представлен на иллюстрации 6. Аппарат состоит из тех же основных частей, что были описаны выше, а именно из цилиндрического парового котла В и такой же формы конденсатора С, соединенных посредством турбины D, которая приводит в действие генератор F, высоковакуумный насос E и небольшой возвратно-поступательный глубоководный насос G для подъема конденсата из конденсатора в паровой котел. Последний удерживается в теплом поверхностном слое воды с помощью плавучей конструкции, несущей всё оборудование, в то время как первый из названных насосов подвешен на соответствующей глубине в холодной воде. Эти оба узла снабжены трубами, расположенными вертикально, обеспечивая хорошую циркуляцию тепло- и хладоносителей. Такая компоновка чрезвычайно проста и эффективна, но на подъем конденсата с помощью насоса G требуется значительное количество работы. Я разработал беспроводные энергетические блоки на базе этого проекта, преследуя осуществимые цели, но они, возможно, найдут полезное применение в будущем.

Ил. 7. Общий вид части судна, приводимого в движение энергией, которая генерируется благодаря разнице температур воды. Пояснения к условным обозначениям элементов конструкции приведены в тексте

Иллюстрация 7 представляет изображение части судна с оборудованием для приведения его в движение исключительно тепловой энергией, извлекаемой из воды. Я не располагаю информацией, каким образом намеревался приводить в движение свое судно американский инженер, но представленный здесь проект — мой. Два ротационных насоса М и N нагнетают соответственно теплую и холодную воду в трубы парового котла В и конденсатора С. Этот узел помещается немного ниже поверхности воды для минимизации потерь, связанных с циркуляцией тепло- и хладоносителей. Насосы рассчитаны на работу от привода асинхронного электродвигателя, как представлено на схеме, и соединены со спускными трубами и другими элементами схемы таким образом, чтобы вода не могла поступать в трюм судна. Заборник парового котла находится вблизи поверхности океана, в то время как заборное устройство конденсатора опущено на необходимую глубину, при этом для осуществления этой функции предусмотрен трубопровод О, имеющий открытое входное отверстие и совпадающий по форме с линией обтекания. Хотя температура воды очень быстро снижается по мере удаления на определенное расстояние от поверхности океана, возможно получение достаточного количества энергии из воды при условии использования трубопровода пятидесяти футов длиной, чтобы привести судно в движение с помощью выбросов водяных струй из спускных труб. Не потребуется никакого иного гребного средства и возможно даже осуществлять рулевое управление путем соответствующего регулирования объема выброса в двух потоках за кормой. Турбина D, генератор F, высоковакуумный насос E, глубинный насос G и другие блоки выполняют те же функции, что и раньше. Необходимо предусмотреть некоторый запас энергии для запуска вакуумного насоса, а через его посредство и всего механизма.

Проект океанской силовой установки представляется весьма привлекательным, если принять во внимание тот факт, что получаемая энергия пропорциональна количеству нагнетаемой воды и поэтому практически неограниченна. Но следует помнить, что об истинных достоинствах этого проекта можно судить лишь по результатам. Мы располагаем еще более значительными и гораздо более доступными ресурсами, которые не используются по причине их нерентабельности. При глубоком изучении вопроса вскрываются многие удручающие обстоятельства. Глубоководные моря имеют, как правило, низкую температуру, но в любое время может образоваться теплое течение и сделать электростанцию бесполезной. Результаты наблюдений говорят о том, что на одной и той же глубине разница температур может достигать 35° F или даже больше. Подобно тому, как конвекционные токи возникают в атмосфере, они могут генерироваться и в океане, и это всегда представляет настоящую угрозу предприятию такого рода. Из этого также следует, что фактически доступная разница температур всегда будет существенно меньше, чем она могла бы быть, расчитанная на основании измерения глубины эхолотом. Подъем более плотной воды из нижних слоев в находящиеся выше определенного уровня менее плотные слои предполагает выполнение работы, которую должен совершать насос, но это не дает потерь, так как, соответственно, увеличивается объем воды, выбрасываемой из верхней части глубоководного трубопровода. Это правило не срабатывает с водой, находящейся выше упомянутого уровня, и в результате большая часть воды втекает в заборное отверстие трубопровода сверху, то есть в направлении идущего вниз конвекционного потока. Вследствие этого теплая вода поступает сверху в заборное отверстие и тем самым уменьшает разницу температур. Нельзя не придавать значения и другому любопытному обстоятельству. Море густо заселено живыми организмами (микроорганизмами), которые претерпевают изменения, вызываемые возрастом. По мере их старения естественный жизненный процесс вырабатывает всё более и более твердое вещество, они становятся тяжелее и постепенно погружаются всё глубже, пока жизнь в конце концов не прекращается на огромной глубине. Если бы эту плавучую массу можно было удалять, как воду, с помощью насоса, работающего в постоянном режиме, она доставляла бы нам сравнительно мало хлопот. Но поскольку откачивается вода, концентрация этого вещества постоянно возрастает и может стать такой большой, что создаст серьезные помехи в работе энергетической установки. Причинами ухудшения эксплуатационных качеств, если не приостановки работы, могут быть также коррозия и отложения в трубах, расшатанные соединительные муфты и другие поломки, и поэтому я считаю, что реальным способом перемещения холодной воды является туннель.

Я внимательно и всесторонне изучил этот способ получения энергии и разработал механизм снижения всех потерь до уровня, который я мог бы определить как не поддающийся уменьшению минимум, и все же я нахожу коэффициент полезного действия слишком небольшим, чтобы иметь возможность успешно конкурировать с современными способами.

Использование разницы температур в твердом теле Земли сулит значительные преимущества. В этом случае отпала бы необходимость отправляться в тропики, где энергия так мало значит. Безусловно, чем холоднее климат, тем лучше. В центре густонаселенного района можно пробурить шахту, и это даст огромную экономию в затратах на распределение [энергии]. Шахта будет, конечно, дорогостоящей, но оборудование будет дешевым, простым и эффективным. Иллюстрация 7 представляет его основные компоненты, включающие паровой котел B, находящийся на большой глубине, конденсатор С, охлаждаемый рекой или другой доступной водой и размещаемый на поверхности, турбину D, соединенную с генератором F, и высоковакуумный насос E с приводом от электродвигателя. Пар, или газообразное состояние воды, генерируемой в котле, подается на турбину и конденсатор посредством основного изолированного трубопровода, тогда как второй, меньший, трубопровод, тоже с теплоизоляцией, служит для подачи конденсата в котел под действием силы тяжести. Чтобы сделать доступными неограниченные запасы энергии повсюду в мире, единственно, что необходимо, — найти какой-либо экономичный и быстрый способ проходки шахтных стволов.

Будем ли мы рассчитывать на энергию, извлекаемую из земной теплоты, покажет будущее. Если мы истощим наши нынешние природные ресурсы, не найдя новых, то, возможно, встанет вопрос о применении этого способа. Нет сомнений, что наши запасы угля и нефти будут в конечном счете полностью использованы, а гидроресурсов для получения энергии недостаточно, чтобы удовлетворить наши потребности. Идея получения движущей энергии из атомов или в результате модификации элементов является антинаучной и иллюзорной, и этот приговор не может считаться слишком категоричным даже в том случае, когда энергия, как говорят в последнее время, будет якобы высвобождаться при температурах, достигающих 40 000 000 градусов С. Принципиальная ошибка во всех этих проектах состоит в том, что на расщепление уйдет больше энергии, чем можно будет вернуть, даже при идеально протекающем процессе.

Вызывающе иллюзорные теории несут ответственность за появление таких несбыточных надежд. Наихудшей из них является, вероятно, электронная теория. Из четырех или пяти предложенных теорий строения атома ни одна не является вероятной. Не более одного из тысячи ученых имеют представление о том, что электрон — каков бы он ни был — может существовать лишь в идеальном вакууме межмолекулярного и межзвездного пространства или в трубках с чрезвычайно глубоким вакуумом и что ядро, лишенное электронов, не имеет энергии.

Уже много лет тому назад мне было ясно, что для удовлетворения постоянно возрастающих потребностей человечества должен быть найден новый и лучший источник энергии. В лекции, прочитанной перед Американской ассоциацией электротехников в Колумбийском университете 20 мая 1891 года, я сказал: «Мы мчимся сквозь беспредельное пространство с непостижимой скоростью, повсюду всё около нас вертится, движется, везде есть энергия. У нас обязательно должна появиться возможность использования этой энергии более прямым путем [без промежуточных ступеней]. Тогда, имея свет, добытый из окружающей среды, электроэнергию, полученную из нее же, все виды энергии, получаемые без усилий из никогда не иссякающих запасов, человечество будет гигантскими шагами продвигаться по пути прогресса».

Преследуя эту цель, я упорно размышлял и работал, и мне доставляет удовольствие засвидетельствовать, что я располагаю достаточным количеством теоретических и экспериментальных данных, если не сказать с уверенностью, что мои многолетние усилия будут вознаграждены, и мы будем иметь в своем распоряжении новый источник энергии, превосходящей даже гидроэлектрическую, которую можно будет получать с помощью несложных аппаратов везде и почти в неизменном и неограниченном количестве.

«Everyday Science and Mechanics», декабрь, 1931 г.

33

Перспективы электростатических генераторов

О статическом электричестве известно со времен первых проблесков цивилизации, но в течение многих веков оно оставалось лишь интересным и таинственным феноменом. В сущности, ничего не было сделано для разработки и практического применения этого действующего начала. Первым определенным стимулом в этом направлении стали открытия Франклина и Лейдена во второй половине XVIII века.

В 1777 году Кавалло изобрел цилиндрическую электростатическую фрикционную машину, и с этого времени началась медленная, но неуклонная эволюция электростатических и индукционных машин, пока не были созданы современные «Уимсхерст», «Хольц», «Топлер» и другие типы машин. Среди них наиболее эффективной была, вероятно, машина, изобретенная Воммельсдорфом 30 лет тому назад. Она вырабатывала ток силой шесть десятых миллиампера и могла бы и при нынешнем уровне развития науки с успехом применяться для зарядки больших надземных электрических емкостей и для повышения ее предельного напряжения от 150 000 до многих миллионов вольт.

Предпринимались также многочисленные попытки генерировать статическое электричество путем трения жидких и твердых частиц, но со времени получения первых экспериментальных данных и по настоящий момент самым простым и наиболее удобным средством для этой цели оказалась конвейерная лента. Статическое электричество, получаемое таким способом, привлекло к себе внимание, когда накопились свидетельства того, что оно способно создавать серьезные проблемы при эксплуатации и вызывать аварии на бумажных фабриках, мукомольных заводах и подобных предприятиях.

В начале девяностых годов мои безэлектродные вакуумные лампы стали крайне популярны и часто светили от конвейерных лент, а позже рентгеновские трубки работали в том же режиме. Не составит большого труда построить такой генератор и получить при благоприятных атмосферных условиях интересные результаты.

Недавно д-р Р. Дж. Ван де Грааф в Массачусетском технологическом институте разработал замечательное устройство такого рода, в котором использованы обнаруженные в последнее время свойства и которое привлекает к себе исключительно большое внимание (см. «Scientific American» за 1934 год, февральский выпуск, с. 96). Оно названо революционизирующим изобретением, с помощью которого будут свершаться чудеса. Технические издания пишут о нем, как о колоссе, как о волшебном ключе, который, как полагают, откроет тайны природы. Вполне естественно, что одаренная богатым воображением пишущая братия построила воздушные замки на этом фундаменте. Дошло до того, что даже такое компетентное издание, как «New York Times», сообщает своим читателям о вероятном использовании этого генератора в передаче энергии на большие расстояния. Согласно простодушному сообщению в номере от 5 декабря 1933 года, «возможности поразительного генератора рассчитаны теоретически, и теперь осталось лишь применить их на практике». Каким бы утопическим этот проект ни представлялся, он не является абсолютно нереальным. Мудрый царь Македонии говорил: «Нет такой высокой стены, через которую мул, нагруженный золотом, не мог бы перепрыгнуть». Имея неограниченный капитал и не заботясь о выручке, можно осуществить и это.

В связи с многочисленными заметками и редакционными статьями, написанными в том же тоне, которые повергли в изумление непрофессионала и позабавили специалиста, было бы неплохо исследовать достоинства этого одиозного изобретения в свете полностью доказанных научных истин.

Ил. 1. Размещенный в авиационном ангаре генератор Ван де Граафа, по поводу которого доктор Тесла рассуждает в сопроводительной статье

Но сначала я хочу указать на явное несоответствие пояснительных описаний и фотографий, демонстрирующих работу аппарата, который, как видно из снимков, состоит из двух алюминиевых сфер диаметром 15 футов, укрепленных на изолированных колоннах шести футов в диаметре. Электричество подается в сферы с помощью бумажных конвейерных лент, заряженных от острия. Имея терминалы таких размеров, возможно получать гораздо большую разность потенциалов. Во множестве научных монографий предполагается, что поверхностная плотность заряда, т. е. количество электричества, накопленного на одном квадратном сантиметре сферического проводника, не может превышать восьми электростатических единиц, чтобы не допускать пробоя окружающего воздуха. В действительности же плотность можно увеличить до 20 единиц, прежде чем появятся расходующие энергию стримеры.

Если это так, то предельное напряжение сферы диаметром 15 футов должно составлять 16 964 700 вольт и, следовательно, разность потенциалов двух таких сфер, находящихся на весьма большом расстоянии одна от другой, составит 33 929 400 вольт. Однако следует, пожалуй, отметить, что, как показывают расчеты, такие большие сферы с расстоянием между центрами 55 футов будут в значительной степени воздействовать одна на другую, увеличивая собственную емкость. При таком расстоянии увеличение составит около 16 процентов, что следует учитывать, оценивая величину заряда.

Необходимая разность потенциалов может быть получена с гораздо меньшими сферами, что было бы, по-видимому, предпочтительно, так как они могли бы производить искровые разряды с большей частотой. Некоторые фотографии, сделанные при напряжении на терминале в 7 000 000 вольт, озадачивают, потому что поверхностная плотность в этом случае лишь немного превышала 4 электростатические единицы. Более того, видно, что разряды в изобилии проходят вдоль изоляционных опор. Это серьезная помеха, возникающая при работе с очень высокими напряжениями, но если внутренняя поверхность сферы профилирована должным образом, а сфера покоится на опоре, внутренняя часть которой хорошо подготовлена, то, кроме обеспечения достаточно большого бокового зазора, это предотвратит прохождение зарядов по колонне, и тогда можно не опасаться никаких новых проблем, даже при самых высоких напряжениях. Моя мачта в Лонг-Айленде, построенная в 1902 году, служила опорой для сферы, которая имела диаметр 67? фута и была смонтирована именно таким образом. Ее заряд мог доходить до 30 000 000 вольт благодаря несложному устройству, которое обеспечивало получение статического электричества и подачу мощности.

Большинство людей, и среди них немало электротехников, могут подумать, что очень длинные и шумные искровые разряды свидетельствуют о большой энергии, но это далеко не так. Впечатляющее представление такого рода, напряжением в несколько миллионов вольт, можно без труда продемонстрировать в сухую погоду, имея какую-либо широкую кожаную или тканевую конвейерную ленту. Единственное требование состоит в том, чтобы наружные поверхности емкостных элементов с высоким зарядом имели идеальную форму с малой кривизной. Но электрическая энергия на выходе ничтожна, и это относится ко всем предлагаемым электростатическим генераторам независимо от габаритов.

Не нужно быть экспертом, чтобы понять, что устройство такого рода не является источником электричества, подобно динамо-машине, а только приемником, или конденсатором, со свойствами накопителя. Вся его энергия получена от электричества, которое генерируется благодаря трению или обеспечивается с помощью острия и нагнетания в терминалы посредством конвейерной ленты. Если бы мачты были высотой с «Эмпайр-стейт-билдинг», а диаметр сфер составлял 500 футов, то исполинское сооружение не могло бы иметь больше энергии, чем ему передается с помощью наэлектризованной ленточной передачи, и сколько ни улучшай, этот тип неизбежно обречен на небольшую выходную мощность и низкий КПД ввиду имеющихся ограничений и неэкономичности процесса перемещения зарядов от источников к терминалам.

Ил. 2. Вид снизу изоляционной колонны генератора Ван де Граафа с непрерывной бумажной лентой

Поскольку авторы статей о колоссе ограничиваются тем, что превозносят его размеры, вольтаж и возможности, но не дают ни малейшего намека относительно его режима работы и энергетических характеристик, я попытаюсь восполнить недостаток информации. С этой целью допустим, что сферы размещены на расстоянии 55 футов между их центрами и разность их потенциалов составляет 10 000 000 вольт. Обычно электрическая емкость такой сферы равна радиусу, в данном случае 225 сантиметров, но, как разъяснялось выше, к этому следует добавить 16 процентов, и тогда она составит 261 сантиметр, что эквивалентно увеличению емкости до 0,00029 микрофарады. Следовательно, когда режим работы стабилизируется и каждая сфера будет иметь потенциал 5 000 000 вольт, количество электричества, аккумулированного в каждой сфере, составит 0,00145 кулона. Если бы это количество поступало ежесекундно, сила тока достигла бы 0,00145 ампера. Лампа накаливания в 25 ватт требует ток в 150 раз большей силы.

При расчете количества электричества, поступающего на каждый терминал в секунду, заслуживает внимания только распылитель [устройство для получения и передачи зарядов], поскольку он обеспечивает гораздо большую генерацию, чем можно было бы получить, используя силу трения конвейерных лент. Четкого описания применяемого устройства не приводится, но в рамках этого трактата достаточно знать, что он работает при напряжении 20 000 вольт и посредством множества острий питает энергией обе конвейерные ленты, о которых известно, что их ширина равна четырем футам, или 120 сантиметрам. Допустим, что они движутся со скоростью 100 футов, или 3 000 сантиметров в секунду, тогда площадь, охватываемая за этот промежуток времени, составит 120?3 000 = 360000 квадратных сантиметров. Если бы было возможно заряжать ленты равномерно, достигая на поверхности интенсивности, примерно равной той, что несет на себе наэлектризованная частица, то выходная мощность установки была бы весьма большой. Но осуществить это невозможно. Нижеследующие ориентировочные расчеты покажут, на что, более или менее, можно рассчитывать.

Искровые разряды, исходящие с острий, изучены всесторонне, и, в результате имеющихся данных и моих собственных наблюдений, я считаю, что сила тока напряжением 20 000 вольт, проходящего через каждое острие, будет равна примерно 0,0001655 ампера. Очень частое расположение острий не даст преимущества по причине их взаимного реагирования, тем не менее я допускаю такое их количество, которое, по-видимому, будет реальным, скажем 200, и в таком случае весь ток в целом будет равен 200 ? 0,0001655 = 0,0331 ампера.

Итак, электричество передается с острий на ленту с помощью мельчайших физических носителей — молекул воздуха. Когда такая наэлектризованная частица вступает в контакт с большим проводящим телом, она отдает ему почти весь свой заряд, но диэлектрику, такому, как лента, она может передать лишь очень малую долю по причине интенсивного отталкивания между зарядом отданным и тем, что остается на частице. Из аналитических расчетов следует, что практически воспринятая часть не будет, по всей вероятности, превышать 1/150 всего заряда на любой частице, выбрасываемой на ленту. Ток от острия достигает 0,0331 ампера, иными словами, он переносит совокупный заряд, количественно равный 0,0331 кулона в секунду, и от этого количества лента заберет только 0,00022 кулона, что эквивалентно току силой 0,00022 ампера. Это означает, что 99,33 процента энергии, обеспечиваемой острием, теряется, и это наглядно демонстрирует потрясающую неэффективность этого способа электризации.

Как будет показано, [распыляющее] устройство подает на каждую ленту энергию ничтожно малой мощности, равную 4,4 ватта, и, следовательно, не оказывает, фактически, никакого влияния на выходную мощность энергоустановки, за исключением того, что оно ограничивает ее возможности. Об этом важно помнить, принимая во внимание общее представление, созданное первыми известиями о том, что вся энергия сообщается распылителем. Поскольку количество электричества, накопившегося на сферах, остается неизменным, очевидно, что сбросовый ток между ними в нормальном рабочем режиме должен составлять 0,00022 ампера, так что при разности потенциалов в 10 000 000 энергоустановка должна развивать мощность 2 200 ватт.

Ил. 3. Вид генератора высокого напряжения в ином ракурсе. Предусмотрен рельсовый путь, с тем чтобы установку можно было выкатывать наружу

Поскольку заряд от задающего контура ничтожно мал, встает вопрос: откуда берется эта огромная энергия с ее мощностью? Как она производится? Ответ прост. Ее источником являются ленты, совершающие работу по перемещению зарядов, сообщаемых им вопреки отталкиванию, производимому сферами. Величину этой силы можно приблизительно вычислить. Постоянный заряд на сфере составляет, как было сказано выше, 0,00145 кулона, или 4 350 000 электростатических единиц. Но 16 процентов этого количества «связаны», и их не следует принимать во внимание. С учетом места установки можно полагать, что емкость свободной поверхности каждого терминала может составить, по расчетам, 222 сантиметра, так что при пяти миллионах вольт Q = 222 ? 5 000 000/300 = 3 700 000 электростатических единиц. Перемещающийся заряд распространится по всей движущейся вверх ленте, длина которой равна высоте изоляционной колонны, и с учетом припусков длину 24 фута можно считать приемлемой. Если скорость движения ленты предположительно равна 6 000 футов в минуту, это расстояние будет пройдено за 0,24 секунды и, следовательно, заряд ленты, согласно расчетам, составит 0,24 от суммарного, перемещаемого за одну секунду, то есть 0,000528 кулона, или 158 400 электростатических единиц. Верхняя граница заряженного пространства находится на расстоянии 7 ? фута, а нижняя — 31 ? фута от центра сферы. Таким образом, у первой [границы] r = 225 см, а у второй d = 945 см. Если заряженная площадь ленты составляет 120 ? 720 = 86 400 квадратных см, то отсюда следует, что плотность заряда равна 158 400/86 400 = 1,8333 электростатической единицы. Соответственно, если распределение заряда идеально однородно, поперечная полоса ленты длиной 1 сантиметр будет удерживать количество q = 120 ? 1,8333 = 220 электростатических единиц.

Итак, обозначим поверхностный элемент, длина которого стремится к нулю, через dx, величина переносимого им заряда будет равна qdx = 220 dx электростатических единиц, а заряд на сфере Q = 3 700 000 электростатических единиц, отталкивающая сила, действующая на поверхностный элемент на расстоянии от центра сферы, будет равна Qq/x?dx. Интегрируя это выражение в пределах границ r и d и подставляя значения для Q и q, найдем силу, отталкивающую заряженную сторону ленты, по формуле

или 2,81093 килограмма. При скорости 100 футов, или 30 метров в секунду, работа равна 84,3279 кг·м/с, что эквивалентно 0,82691 киловатта. Следовательно, обе ленты будут совершать работу, требующую 1,65382 киловатта. Это на 33 процента меньше, чем гипотетическая электрическая работа установки, а поскольку энергия, переносимая лентами, должна быть по крайней мере равна электрической энергии, то кто-то с легкостью приходит к заключению, что съемные острия не забирают весь заряд полностью, как принято считать, и ток, вместо того чтобы иметь силу 0,00022 ампера, будет, соответственно, слабее, то есть сила тока составит 0,0001654 ампера. Но эта точка зрения несостоятельна, так как пределы рабочих параметров определяются физическими законами, а не дефектами устройства, которые к тому же можно с легкостью устранить. Несоответствие расчетной мощности лент и электрической активности установки тем более озадачивало, что обе эти величины не могут быть приведены в соответствие с помощью умозрительного эксплуатационного режима. Тем не менее я в конечном итоге согласился с тем, что заряд не может распределяться на ленте равномерно, но должен усиливаться по мере прохождения снизу вверх. Действительно, на такой эффект можно рассчитывать, несмотря на то что поверхностный заряд на изоляционном веществе малоподвижен.

Предположим, что лента покрыта масляной пленкой, подвергающейся воздействию нисходящего воздушного потока. Очевидным результатом будет постепенное утолщение слоя по мере приближения к верхней части. Подобным же образом электрический слой на ленте «утолщается» вследствие отталкивания, производимого терминалом, и происходит накопление заряда, из этого следует лишь то, что точное равновесие между механической и электрической энергией можно, при всех условиях, устанавливать автоматически (см. пояснение в конце статьи). Равенство этих двух величин является безусловным и неизбежным следствием закона сохранения энергии, при этом отличительное свойство этого процесса динамоэлектрического преобразования проявляется в том, что он осуществляется с высочайшим КПД, по всей видимости, без выделения тепла. Конечно, имеют место огромные потери в работе установки, но они не имеют отношения к самому процессу.

В приборе, предназначенном главным образом для научных исследований, коэффициент полезного действия имеет сравнительно небольшое значение, и я остановлюсь на этом единственно с целью показать, что при любом применении в качестве источника энергии генератор такого типа был бы безнадежно непригодным. Трение воздуха о ленты, движущиеся со скоростью 30 метров в секунду, потребляет 3,73 киловатта. С учетом отталкивания нагрузка на них составит 5,93 киловатта. При этих, изложенных вкратце, условиях эксплуатации коэффициент полезного действия ленточной передачи может составить 90 процентов, в двигателе — 85 процентов, так что расход энергии в электросети составит 7,75 киловатта. Полезная работа «распылителя» при напряжении 20 000 вольт потребует 1,324 киловатта, но, учитывая эффективность всей установки, следует, вероятно, допустить по крайней мере 1,6 киловатта. К тому же имеются диэлектрические, магнитные и радиационные потери, доводящие совокупные энергетические затраты, пожалуй, до 9,5 киловатта, в то время как выходная мощность составляет лишь 2,2 киловатта. Если этот приблизительный расчет достаточно близок к истине, суммарный коэффициент полезного действия всей установки 23 процента — это тот предел, какой можно ожидать от любого электростатического генератора такого типа.

Доказано, что при напряжении 5 000 000 вольт заряд на каждой сфере составляет 0,00145 кулона, но поскольку за секунду может проходить заряд величиной лишь 0,00022 кулона, потребуется 6,6 секунды для зарядки сфер до достижения максимально возможного потенциала. Я допускаю, что ток от распылителя поступает непрерывно, и он не является выпрямленным током, в противном случае отдача будет существенно меньше. Стримеры, исходящие от остроконечных электродов, считаются, по мнению многих, разновидностью коронного разряда, предполагающего незначительные потери энергии, но это суждение ошибочно. Это очень концентрированный разряд, к тому же настолько приближающийся по интенсивности к дуге, что иногда выделившаяся тепловая энергия накладывает ограничения на использование острий.

За неимением подробного описания невозможно точно определить рабочие характеристики этого сенсационного генератора, и фактические результаты могут отличаться от тех, на которые я указывал, но ненамного. Хотя выход энергии можно увеличить путем повышения напряжения на распылителе и большего количества разрядных и принимающих острий, существуют и ограничения. Совершенно очевидно, что такое хитроумное сооружение, каких бы крупных размеров оно ни было, представляется не более чем игрушкой по сравнению с промышленными установками, применяемыми для преобразования и передачи электрической энергии.

Ввиду этого, а также по причине низкого КПД его применение будет ограничиваться научными экспериментами, в которых практические результаты можно получить или путем применения слабого рабочего тока при высоком напряжении, или путем последовательных разрядов. Последний из названных способов представляется более перспективным, потому что при надлежащих условиях создается возможность разряжать сферы за промежуток времени, несравнимо более короткий, чем тот, который требуется на их зарядку, и это позволяет чрезвычайно увеличить интенсивность разрядов.

Любой прибор, работа которого зависит от статического электричества, перемещаемого движущейся лентой, подведет в сырую погоду, и, чтобы заставить его работать, необходимо иметь закрытое помещение, где воздушная среда должным образом кондиционирована. К тому же ленты имеют свойство разрушаться под воздействием озона, азотистой и азотной кислот, которые образуются при разрядах на остроконечных выступах.

Хотя в конструкцию и рабочие характеристики этого высоковольтного генератора не заложено ничего радикально нового, он тем не менее является определенным шагом вперед по сравнению с его предшественниками. Я, однако, считаю: то, что можно добиться с этим генератором благодаря преемственности исканий, может быть достигнуто, и даже с большим успехом, при использовании космических лучей. Более того, время, за которое заряженная частица перемещается от одного конца трубки до другого, столь коротко, что практически не имеет значения, является ток постоянным или переменным. Воспользовавшись последним, мы устраняем все ограничения в разности потенциалов и силы тока и, следовательно, интенсивности полезных эффектов, что и является основной целью.

Еще в 1899 году я проводил эксперименты при напряжении 18 000 000 вольт и в некоторых опытах я пропускал ток силой 1 100 ампер через воздух. Используя свои трансформаторы, беспрепятственно получал разность потенциалов 30 000 000 вольт или более того, а при теперешнем уровне развития технической мысли можно изготовить трубку или иное устройство, способное воспринимать весьма значительную энергию. Высказываю свое мнение не для того, чтобы дискредитировать электростатические генераторы, напротив, считаю, что когда появятся новые образцы и они будут в достаточной мере доработаны, их ожидает великое будущее.

На первый взгляд может показаться, что производительность такого генератора может быть удвоена путем использования свободной стороны ленты для удаления электричества с противоположным знаком. В этом случае отталкивание на одной стороне ленты будет уравновешиваться притяжением на другой, так что в идеале сферы могли бы заряжаться без энергетических затрат. Но это противоречит фундаментальным законам природы, и поэтому можно благополучно прийти к выводу, что такой проект нереален.

Статическое электричество можно в конечном счете приспособить для электропривода, и эта перспектива заманчива, принимая во внимание огромную выходную мощность такой машины при очень высоком напряжении. Генерирование с высоким КПД и управление энергией с такими характеристиками являются камнем преткновения в этой области. В качестве вызывающего интерес опыта можно выделить два блока описанного выше генератора и, таким образом, сымпровизировать электропривод. Это бы работало, но неэффективно.

Несмотря на полную очевидность того, что в этом аппарате заложены исключительно благоприятные рабочие характеристики для получения точных научных данных, весьма вероятно, что попытки расщепления атомного ядра и преобразования элементов принесут результаты сомнительной ценности. Конечно, большинство изобретателей и опытных специалистов, посвятивших себя решению этих иллюзорных задач, могли бы найти себе лучшее применение. Ядро представляет собой нейтральное тело, состоящее из плотно прилегающих одна к другой частиц того же вида, которые изначально были положительными и отрицательными. Когда ядро расщепляется, частицы вновь обретают свои заряды, все без исключения, и немедленно образуют нейтральные пары, так что мы напрасно старались. Глупо надеяться на пригодные к применению результаты от превращения [элементов], осуществляемого посредством такой бомбардировки ядер [элементарными частицами]. Если в этом направлении когда-нибудь и будет достигнут результат значительной ценности, это произойдет в случае применения квазиинтеллектуального фактора, вызывающего сортировку и систематизацию частиц и их упорядоченную расстановку, как это и положено при образовании новой структуры. Такой возможностью обладает катализатор, и это будет в конце концов освоено и успешно использовано для всевозможных целей.

Примечание автора. Пояснение к стр. 393.

Необходимое увеличение плотности можно определить с помощью несложного расчета. На распыляющих точках, благодаря их работе в постоянном режиме, найденное ранее значение 1,8333 не может измениться, но начиная с этого момента плотность будет возрастать, и в самой верхней части заряженного пространства она может равняться 1,8333 + а. Поскольку закон изменения совершенно не важен для этой переменной, можно допустить, что увеличение [плотности] пропорционально расстоянию от распыляющих точек. При таких условиях поперечная полоса ленты длиной один сантиметр, находясь на расстоянии X от центра сферы, будет иметь заряд

электростатических единиц. Следовательно, отталкивающая сила, проявляемая зарядом Q на терминале, будет равна

Этот интеграл легко решается путем разложения и дает значение

F = 2 756 352 — 1 088 367 а дин.

Механическая работа при обычной скорости ленты 3 000 сантиметров в секунду будет, следовательно, определяться как W = 0,8269056 + 0,3265101 а квт·с и должна приравниваться к электрической работе машины с током силой 0,00022 ампера при напряжении 5 000 000 вольт; а именно 1,1 квт·с для каждого терминала, так что

При такой избыточной плотности и распределении заряда, как изложено выше, полезная мощность обеих лент, выраженная в электрических единицах, составит 2,2 киловатта, что в точности соответствует КПД генератора с током силой 0,00022 ампера и напряжением на терминалах 10 000 000 вольт. Очевидно, что, подобно тому как вода находит свой горизонт, и этот баланс моментально устанавливается при любых рабочих условиях и реагирует на колебания величины заряда; другими словами, на снижение и повышение его поступательной скорости в соответствии с изменениями нагрузки.

«Scientific American», подшивка 150, № 3, 1934 г.

34

Обращение Николы Теслы к учёным Америки

Инженеры не придают никакого значения статическому электричеству, которое генерируется в процессе трения ленты или другим способом. Они отмахиваются от этой проблемы, оставаясь при мнении, что эта энергия ничтожно мала. Это верно. Небольшая утечка воды из стыка большого низконапорного магистрального водопровода не имеет значения, но для насоса, предназначенного для весьма незначительной производительности при чрезвычайно высоком давлении, это имеет первостепенное значение. Точно так же происходит и с электричеством. [Движущаяся] лента или другое равнозначное устройство являют собой насос, способный, вопреки давлению, загонять мельчайшее количество электричества в конденсатор, увеличивая энергию до максимальной рабочей емкости применяемого аппарата. Таким образом, механическая энергия может трансформироваться в электрическую энергию в любом требуемом количестве, образуя постоянные и стабилизированные токи с напряжением во многие миллионы вольт.

Кроме того, что генератор Ван де Граафа ценен в качестве средства для проведения исследований, он будет полезен и для стимулирования опытов в этой запущенной, но многообещающей области науки и техники. Мое мнение о нем («Scientific American», март, 1934, с. 132) было обосновано в публикациях, где установка представлена в ее первоначальном виде. [В них] не предлагалось никаких значительных улучшений, не было ссылок на известные способы увеличения КПД. Согласно последнему сообщению, оптимальная эффективность составляет сейчас 20 киловатт, из чего я делаю вывод, что ленты эксплуатируются в среде с давлением выше атмосферного. Это очевидно, поскольку при мощности 10 киловатт на каждый блок плотность заряда на ленте, в соответствии с моими расчетами, должна составлять около 16,66 при распылении и 24,27 в месте всасывания, что слишком много для обычного режима работы. По всей вероятности, абсолютное давление от 30 до 35 фунтов на квадратный дюйм применяется для предотвращения утечки подвижного заряда. К этому методу впервые прибегнул Хемпел в 1885 году, а в 1891 году Леман провел с ним более тщательные исследования. Другие экспериментаторы подтвердили эти впервые полученные данные и доказали, что выходная мощность статического генератора пропорциональна давлению газа, в котором он работает.

Еще более подходящий способ, также известный в течение многих лет, состоит в применении глубокого вакуума для этой же цели. Оба эти метода имеют свои неудобства. Компрессия пропорционально увеличивает потери от сопротивления воздуху, в то же время вакуум разрушителен. Однако действительное ограничение заложено в механической прочности ленты, и даже при самом оптимальном режиме работы КПД такой машины с учетом ее размеров будет небольшим, хотя, если применить дизельный привод, экономичность может возрасти до удовлетворительных показателей.

Генератор, работающий при напряжении 10 000 000 вольт, может разогнать бесконечно малую частицу, такую, как электрон, до скорости 3,662 ? 10⁹ сантиметров, что примерно составляет 0,122 величины скорости света, но если применить, как предлагается, частицы в 1 800 раз тяжелее, их ударная скорость составит лишь 863 километра, что совершенно ничтожно по сравнению со скоростью космических лучей.

«Scientific American», 8 февраля 1934 г.

Примечания:

Что и требовалось доказать (лат.). Считаю необходимым заметить, хотя индукционная катушка и может дать хороший результат при использовании переменных токов такой высокой частоты, ее конструкция, совершенно независимо от железного сердечника, абсолютно не подходит для таких высоких частот, и для достижения лучших результатов следует существенно изменить конструкцию.

Времена меняются, и мы меняемся вместе с ними (лат.)

Автор сравнивает со временем проведения собственных исследований. (Примеч. ред.)

И.-В. Гёте. «Фауст».

Р. Киплинг. «Гимн Мак-Эндрю».

Оглавление

Главная | Контакты | Нашёл ошибку | Прислать материал | Добавить в избранное

Все материалы представлены для ознакомления и принадлежат их авторам.

Научные и технические статьи

7 Феномен переменных токов очень высокой частоты

8 Эксперименты с переменными токами высокой частоты

9 Феномены токов высокой частоты

10 Электролитические часы

11 Электростатический индукционный генератор переменного тока

12 Электрический разряд в вакуумных трубках

13 Заметки по поводу униполярной динамо-машины

14 О рентгеновских лучах (1)

15 О рентгеновских лучах (2) Последние результаты

16 Об отражённых рентгеновских лучах

17 О рентгеновских излучениях

18 Исследование свойств рентгеновских лучей

19 Любопытная особенность рентгеновских излучений

20 Рентгеновские лучи или потоки

21 О потоках рентгеновских лучей

22 О вредном воздействии трубок Ленарда и Рентгена

23 Об источнике рентгеновских лучей, практическом исполнении и безопасной эксплуатации трубок Ленарда

24 Использование свечения вакуумной трубки в фотографии

25 Очищающее свойство электричества

26 О прерывателях тока

27 Беспроводная передача электрической энергии

28 Влияние атмосферных помех на беспроводную связь

29 Электрические генераторы переменного тока

30 Электрические разряды молнии

31 Мировая система беспроводной передачи энергии

32 Энергия нашего будущего

33 Перспективы электростатических генераторов

34 Обращение Николы Теслы к учёным Америки

Примечания:

7

Феномен переменных токов очень высокой частоты

8

Эксперименты с переменными токами высокой частоты

9

Феномены токов высокой частоты

10

Электролитические часы

11

Электростатический индукционный генератор переменного тока

12

Электрический разряд в вакуумных трубках

13

Заметки по поводу униполярной динамо-машины

14

О рентгеновских лучах (1)

15

О рентгеновских лучах (2)

Последние результаты

16

Об отражённых рентгеновских лучах

17

О рентгеновских излучениях

18

Исследование свойств рентгеновских лучей

19

Любопытная особенность рентгеновских излучений

20

Рентгеновские лучи или потоки

21

О потоках рентгеновских лучей

22

О вредном воздействии трубок Ленарда и Рентгена

23

Об источнике рентгеновских лучей, практическом исполнении и безопасной эксплуатации трубок Ленарда

24

Использование свечения вакуумной трубки в фотографии

25

Очищающее свойство электричества

26

О прерывателях тока

27

Беспроводная передача электрической энергии

28

Влияние атмосферных помех на беспроводную связь

29

Электрические генераторы переменного тока

30

Электрические разряды молнии

31

Мировая система беспроводной передачи энергии

32

Энергия нашего будущего

33

Перспективы электростатических генераторов

34

Обращение Николы Теслы к учёным Америки