евращается в технически почти или вовсе
нерешаемую проблему. При сверхчистых металлах эта проблема не возникает
вовсе или, если и появляется, то в значительно более "мягком" выражении.
 
   Далее. Непрерывно циркулирующий в электронной схеме поток информации (в
любом виде - волна, заряд и т. д.) тоже наталкивается на множество
препятствий в обычном металле. Очевидно, что в сверхчистом металле поток
информации может путешествовать без помех.
 
   Исследования, проведенные учеными Института физики твердого тела, во
многом раскрыли поведение примесей в металле, их влияние на его
характеристики. Были обнаружены места сбора "чужих" атомов, которых
привлекают границы зерен металлов. Так, в конструкционной стали на
границах зерен и вблизи от них примесей серы и фосфора собирается в
пятьдесят раз больше, чем в среднем по объему. Два-три атомных слоя здесь
почти полностью состоят из серы и фосфора. Именно поэтому при низкой
температуре, в условиях зим Сибири и Крайнего Севера, эта сталь становится
хрупкой, как стекло.
 
   Для получения рекордно чистых металлов чаще всего применяют
электронно-лучевую зонную плавку в высоком вакууме: при кристаллизации
твердого вещества из расплава примеси остаются в остатках расплава.
Кстати, еще в древности по такому же принципу из морской соленой воды
зимой получали пресный лед.
 
   В установке для электронно-лучевой зонной плавки пучок электронов
направляют на узкий участок длинного металлического стержня. Ведя
электронный луч вдоль него, медленно перемещают расплавленную зону, доводя
ее до конца стержня,- здесь в оставшейся еще расплавленной зоне и
собираются примеси. Неоднократное повторение процесса позволяет все более
и более повышать чистоту металла.
 
   Высоко котируется на мировом рынке продукция Новосибирского
оловокомбината. В белом от пола до потолка цехе рафинировщицы обертывают в
нарядную упаковку слитки, содержащие 99,9999 процента олова.
 
   Мягкий и податливый на первый взгляд металл долгое время не хотел
отпускать от себя своих многочисленных спутников (олову сопутствует чуть
не вся таблица Менделеева). Избавиться от них было проблемой проблем.
   Но в высоковакуумных электрических рафинировочных установках, в
безвоздушном пространстве, упрятанном в стальную оболочку печи и создающем
стерильные условия, при температуре свыше тысячи градусов примеси
вскипают. Пары направляют в зону конденсации, откуда примеси сливают в
приемник для отходов. А олово в результате этого процесса дистилляции
обретает "неземную" чистоту. Впрочем, шесть девяток - не предел! На
комбинате считают, что есть все возможности для очистки олова от
посторонних примесей до миллионных долей процента. Массовое производство
еще не знало такой высокой чистоты металлопродукта.
 
   Последние годы чистые металлы получают из металлоорганических
соединений. Технология этого метода изящна и проста. Металл умеренно
нагревают в потоке окиси углерода.
   Образуются карбонильные соединения атома металла с несколькими
молекулами окиси углерода - угарного газа. Соединения эти газообразны и
легко отделяются от содержащихся в исходном металле (или руде) примесей и
балласта. Газ-соединение пропускают над поверхностью, нагретой до 100-200
градусов Цельсия. При соприкосновении с нею он распадается на металл и
газ. Атомы металла осаждаются на поверхность, а газ улетучивается.
 
   Какие же требования предъявляются к производству материалов высокой
чистоты, выражаемой в процентах головокружительной десятичной дробью - с
шестью, семью и более девятками после запятой?
 
   Говорят, "мала пылинка, а глаз выедает!". При изготовлении материала
высокой степени чистоты в атмосфере цеха допустимо содержание лишь
нескольких пылинок размером не более микрона на кубический метр. Для
чистого кристалла каждая коснувшаяся его пылинка смертельна, она
постепенно и неумолимо погубит его. Поэтому производство чистых веществ
полностью изолируют от внешней среды.
 
   Необходимую чистоту и стерильность воздуха в рабочих помещениях
обеспечивают управляемые компьютерами вентиляторы, пылесосы,
кондиционеры... О важности этого оборудования говорит тот факт, что здание
обычно конструируют, как слоеный пирог: один этаж - производственный,
другой - инженерного обеспечения стерильности. Разветвленный, как спрут,
пылесос опутывает своими трубами весь корпус.
 
   Сохранить вещество в чистом виде не менее сложно, чем его очистить.
   Один из путей поддержания достигнутой чистоты - хранение металла в
условиях низких температур: в жидком азоте или даже в жидком гелии.
 
 
                        Новые лики микроэлектроники 
 
   В тонких кристаллических ферромагнитных пленках возникают
магнитостатические волны, волны намагничивания. Сейчас исследуются и
разрабатываются электронные устройства, основанные на возбуждении и
распространении магнитостатических волн. Это приборы магнитоэлектроники.
 
   Поиски путей дальнейшей миниатюризации электроники привели к
исследованию влияния на их характеристики сверхнизких температур.
Вспомнили о так называемом эффекте Джозефсона, предсказанном в 1962 году
английским студентом Джозефсоном, впоследствии лауреатом Нобелевской
премии.
   Устройство - "джозефсоновский переход" - сконструировано из двух
сверхпроводящих электродов, разделенных тончайшим (10-50 ангстрем)
   слоем диэлектрика. В обычных условиях, даже при сверхнизких
температурах, электрический ток через изолятор не протекает. Однако здесь
благодаря сверхпроводящему состоянию электродов ток по изолятору возможен,
и зависит он от электрических и магнитных полей, приложенных к переходу.
Один или несколько таких переходов могут работать как детектор, усилитель,
логический элемент или ячейка памяти.
 
   Благодаря сверхпроводимости при температуре всего 4,2 градуса Кельвина
такой прибор, работая, выделяет в десять тысяч раз меньше тепла, чем
обычный транзистор. Он оказался находкой для разработчиков ЭВМ будущего.
Ведь на полупроводники уже не надеялись: они потребляют слишком много
энергии. Созданная на основе полупроводниковых интегральных схем ЭВМ
размером с футбольный мяч должна выделять киловатт энергии за секунду.
Такая ЭВМ работать бы не смогла - нет способа отвода столь Большого
количества тепла. В то же гремя ЭВМ, построенная на сверхпроюдящей
электронике, выделяла бы всего 0,1 ватта. В десять тысяч раз меньше!
 
   Наиболее стабильны в работе джозефсоновские переходы с электродами из
ниобия и других тугоплавких металлов.
 
   Развитие методов литографии, вакуумной техники, применение тугоплавких
металлов позволяет надеяться, что производство элементов вычислительных
машин на основе переходов Джозефсона начнется в ближайшие годы.
 
   Устройства сверхпроводящей электроники обладают высокой
чувствительностью. На их основе сделаны особо чувствительные измерители
магнитных потоков и полей, способные фиксировать магнитные поля не только
сердца (магнитокардиография), но и мозга (магнитоэнцефалография).
Кардиологи и нейрохирурги получили новый тонкий инструмент для
исследований и практики.
 
 
                         Металл - это почти вакуум 
 
   Исследования на образцах металлов сверхвысокой чистоты способствовали
прогрессу в изучении свойств электронов проводимости. Чтобы "поймать"
   увеличение длины свободного пробега электронов, эксперименты проводили
на монокристаллах с высокой степенью очистки от посторонних электрически
активных примесей и при космическом холоде - температуре кипения гелия - и
даже более низкой. Рекордный свободный пробег в восемь-десять миллиметров
совершают электроны в сверхчистых образцах индия, выращенных сотрудниками
институтов АН СССР. То есть чистый металл вел себя в известной мере как
вакуум!
 
   Кандидатом физико-математических наук В. Петрашовым (ИФТТ АН СССР)
   создан новый метод анализа чистоты металлов. Он основан на свойстве
особого типа электромагнитных волн - геликонов - затухать в ряде металлов
пропорционально концентрации в них примесей. Метод пригоден для анализа
чистоты всех металлов, в которых обнаружено распространение геликонов -
лития, натрия, алюминия, калия, золота, свинца и других. Его
чувствительность повышается с возрастанием чистоты металла. Отсутствие
контакта с анализируемым веществом позволяет вести измерения, когда
образец находится в запаянной ампуле.
 
   На основе явления затухания геликонных волн создана аппаратура и для
определения свободного пробега электронов проводимости (некое подобие
сверхпроводимости) в рекордно чистых металлах при температуре жидкого
гелия.
 
   А сами геликоновые волны - это затухание электромагнитных волн,
испускаемых плазмой заряженных частиц. Это опять же попытка рассмотрения
чистых металлов как чего-то, что сродни вакууму. Ведь только в вакууме
появляется подобная плазма.
 
   Исследования чистых металлов могут привести к появлению нового
направления науки и техники - металлической электроники, металлотроники.
   Речь идет о создании направленных пучков электронов в металле и
управлении ими, подобно тому как это делается в электронной вакуумной
лампе.
   Ведь в известном смысле металлический образец высокой степени чистоты
подобен вакууму для электронов проводимости. Ясно, что металлотроника
резко повысила бы эффективность - быстродействие - вычислительных и
управляющих систем.
 
   Сейчас эта идея уже не кажется фантастической. Эксперименты с такими
чистыми металлами, как индий и висмут, с длиной свободного пробега
электронов более пяти миллиметров, выполненные в Институте физики твердого
тела доктором физико-математических наук В. Цоем, доказали возможность
фокусирования электронов проводимости внутри металлического образца и
управления их траекториями с помощью магнитного поля.
 
   Основными элементами для новейшей ветви микроэлектроники -
металлической электроники - могут стать микромостики, изготовленные путем
локального утоньшения до одного микрона массивных металлических кристаллов
особой чистоты.
   Микромостик - это, по сути, узкий, длиной сто микрон "мост",
соединяющий два металлических монокристалла.
 
   Когда была сооружена первая ЭВМ на электронных лампах, оказалось, что
вес у нее весьма солидный - тридцать тонн! Соответственно занимала она зал
в сто пятьдесят квадратных метров.
   Современная микроЭВМ, превосходящая первую и по быстродействию, и по
объему памяти, напоминает солидную книгу. По размерам, не более.
 
   Металлотроника - еще только в процессе исследований и становления.
   Время точных характеристик еще впереди. Но можно с уверенностью
предсказать: металлотроника-новый революционный скачок в электронной
технике.
 
 
                              Железо растет!

   Что сплавы железа при нагревании расширяются - далеко не новость.
   Известна и величина теплового расширения - до двух процентов. Но вот
ученые Днепропетровского металлургического института берут заготовку из
железа, нагревают - и она начинает расти. Длина ее буквально на глазах
увеличивается вдвое, втрое, в пять раз!
   Фокус? Нет, просто найдена любопытная закономерность: если металл
циклично нагревать и охлаждать в интервале от 850 до 950 градусов, но не
на воздухе, а в водородной атмосфере - он начинает "разбухать".
Обнаруженное явление открывает широкую дорогу новым эффективным способам
обработки металлов и сплавов.
 
 
                           "Металлическое" фото 
 
   Принципиально новый метод получения фотоизображения разработали ученые
Института физики Сибирского отделения АН СССР. Он позволяет отказаться от
традиционного способа химической обработки фотопленки.
 
   ...Яркая вспышка на тысячную долю секунды осветила негатив, наложенный
на стекло, покрытое тонким металлическим слоем. Когда негатив убрали, на
металлическом покрытии осталось изображение. Правда, его не было видно до
тех пор, пока не включили поляризованный свет - под его воздействием
проявились все детали.
   Основой для металлической "фотоэмульсии" толщиной в десятую долю
микрона пока служит стекло. Но ею в принципе может быть любой материал.
Изображение, получаемое по-новому, лишено недостатка обычной фотопленки -
зернистости, а разрешающая способность металлической "фотоэмульсии"
составляет тысячу линий на миллиметр. Такую пленку можно экспонировать
бессчетное число раз - старое изображение размагничивается и записывается
новое, 
   Ученые считают, что "металлическая" фотография может использоваться для
художественных съемок, голографических изображений.
 
 
                        Телескоп с жидким зеркалом 
 
   Диаметр зеркала самого крупного в мире оптического телескопа,
работающего в обсерватории близ станицы Зеленчукской на Кавказе,- шесть
метров. Это, видимо, почти предел того, что можно сделать из стекла.
   При изготовлении таких огромных зеркал возникают сложнейшие проблемы с
подготовкой стеклянной отливки, ее охлаждением, обработкой, шлифовкой,
алюминированием, установкой зеркала... Достаточно сказать, что
телескоп-гигант создавался 15 лет. Изготовление, да и работа такого
телескопа сильно затрудняются большим весом зеркала. Правда, до недавнего
времени считалось, что значительно более крупные зеркала все равно уже не
имеют смысла: оптические неоднородности атмосферы, течения воздуха,
вызывающие мерцание изображения, кладут предел разрешающей способности, и
при дальнейшем увеличении диаметра изображение светил уже не улучшится, а
вот недостатки, помехи будут усугубляться. Однако бурно развивающаяся в
последние годы техника электронной обработки изображений позволяет как бы
"отфильтровывать"
   эти оптические помехи. Так что есть смысл строить и более крупные
телескопы. И для этого можно призвать в союзники ту же силу гравитации,
которая мешает увеличивать размер стеклянных зеркал.
 
   Идея возникла уже давно: зеркало телескопа можно сделать жидким. Еще
английский физик Д. Брюстер, известный, среди прочего, как изобретатель
калейдоскопа, в 1857 году предложил вращать чашу, наполненную ртутью,
вокруг вертикальной оси. Поверхность жидкого металла в результате
взаимодействия силы тяжести и вращения примет параболическую форму - как
раз такую, какая необходима для собирательного зеркала. Правда, у такого
телескопа будет существенный недостаток: его нельзя наклонять, так что
наблюдать с его помощью удастся лишь те объекты, которые находятся над
обсерваторией прямо в зените, а следить за ними при их движении вместе с
небесной сферой будет невозможно. Эту систему испытал в начале нашего века
американский физик Р. Вуд, отметил высокое качество получаемой таким
образом поверхности, но неподвижный зенитный телескоп не удовлетворил
астрономов.
 
   Сейчас с ртутным телескопом работает группа канадских ученых под
руководством Э. Борра в университете Лаваля (Квебек). Исследователи
изготовили зеркало диаметром 165 сантиметров и предполагают, что нетрудно
будет создать ртутное зеркало диаметром 30 метров.
 
   Вернуться к идее жидкого телескопа позволила та же электроника. Пусть
вертикальная ось вращающейся чаши со ртутью должна быть неподвижной.
   Но ведь она все же движется, так как чаша стоит на вращающейся Земле.
   Не наклоняясь, такой телескоп осмотрит за ночь некоторую полосу неба.
   Эта полоса может иметь ширину вдвое больше видимого диаметра полной
Луны, а площадь - в 2000 раз более крупную. Если в фокус телескопа
поставить не человеческий глаз или фотопластинку, а телекамеру, то сигналы
от нее можно подать в память ЭВМ.
   За несколько ночей машина накопит информацию от просматриваемой полосы,
и ей можно будет заказать синтезировать из сигналов от интересующего нас
объекта его неподвижное изображение. Кроме того, жидкостные телескопы,
стоящие в разных широтах Земли, будут наблюдать разные полосы неба, и это
тоже в какой-то степени компенсирует неподвижность одного такого телескопа.
 
   Коэффициент отражения ртути несколько ниже, чем у алюминия, которым
покрывают сейчас астрономические зеркала. Зато ртуть в отличие от
алюминиевого покрытия не тускнеет со временем, не боится царапин и
загрязнений. Чтобы качество изображения было высоким, на ртутном
параболоиде не должно быть неровностей более 0,000005 миллиметра в высоту.
   Для этого требуются полное отсутствие вибраций и высокое постоянство
скорости вращения. Оба требования выполняются с помощью подшипника на
воздушной смазке и прямого привода от синхронного электродвигателя (такой
привод используется в высококачественных проигрывателях). Большая масса
зеркала упростит стабилизацию вращения. Но рост диаметра за пределы 30
метров вряд ли возможен - искажения в форму параболоида начнет вносить
сила Кориолиса.
 
   Ртуть - тяжелый и дорогой металл, ее литр весит 13,6 килограмма и стоит
на мировом рынке 280 долларов. Поэтому лучше использовать чашу, уже
близкую по форме к параболоиду вращения с небольшим количеством ртути для
создания отражающей поверхности. Достаточно слоя в 3 миллиметра, тогда
пятиметровый телескоп потребует тонну жидкого металла, а тридцатиметровый
- 30 тонн. Вместе с необходимой электроникой и зданием обсерватории такой
гигант будет стоить столько же, сколько обычный зеркальный телескоп
диаметром 2 метра.
 
 
                       Ориентир - солнечный "зайчик"

   Расстояние, с которого видны солнечные "зайчики", поистине поражает:
   в крупный телескоп зеркало площадью всего в один квадратный метр можно
заметить даже на орбите Плутона. И ученые предложили воспользоваться этим
в космической навигации, в первую очередь при полетах к другим планетам,
астероидам и кометам. Солнечный "зайчик" от зеркала, установленного на
спускаемом аппарате или на самом корабле, будет пойман на Земле. Он
поможет определить координаты и точно покажет относительное расположение
объектов в пространстве. Пока с помощью локаторов это можно сделать лишь
приблизительно.
 
 
                            Нейтрино в разведке 
 
   Ускорители элементарных частиц - основной инструмент исследования
фундаментальных свойств материи.
   Однако с течением времени они стали применяться не только в ядерной и
атомной физике. Так, ускорители малых энергий используются в медицине, в
геологической разведке, для поиска и обнаружения дефектов в различных
материалах, для дистанционного контроля атомных реакторов и т. п.
   А вот мощные ускорители, разгоняющие частицы до больших скоростей
(высоких энергий, как говорят специалисты), в технике и производстве до
сих пор не применялись.
 
   Поэтому большой интерес вызвал проект использования протонных
ускорителей (точнее, создаваемых ими пучков высокоэнергетических нейтрино)
   для изучения структуры Земли и, в частности, для разведки полезных
ископаемых. Поскольку частицы для этой цели надо ускорять до очень высоких
энергий (триллионов электрон-вольт), то длина окружности такого ускорителя
- геотрона - составит десятки километров. Кроме того, для "просвечивания"
Земли надо иметь возможность менять направление пучка нейтрино (вплоть до
поворота на 90 градусов), поэтому необходимо специальное устройство (так
называемый "хобот") в виде цепочки сверхпроводящих магнитов, заключенных в
гибкую трубу. Размеры "хобота" также могут достигать нескольких километров.
 
   Нейтрино обладают способностью проникать сквозь любые вещества.
   Если пучок этих частиц направить в землю под небольшим (4-5 градусов)
   углом к горизонту, то он "прошьет"
   земную кору на расстояние в 1000 километров от геотрона, при этом
максимальное углубление его трассы от поверхности Земли составит 20
километров (отметим, что буровая техника такой глубины еще не достигала).
По пути нейтрино взаимодействует с горными породами, слагающими земную
кору - с каждой по-своему,- и по особенностям этого взаимодействия можно
судить о тех веществах, которые встретились нейтрино. Так можно вести
поиск полезных ископаемых.
 
   Для просвечивания земного шара с целью уточнения его структуры
целесообразно построить пл