Сергей Капица

Следующим этапом работ было конструирование и создание универсального лабораторного электромагнита, который бы создавал магнитное поле до 30 кГс. Главными требованиями являлись удобство изготовления и простота в обращении. Сергею Петровичу удалось создать такой электромагнит, который характеризовался очень малым рассеянным полем, удобным расположением обмоток и простотой их изготовления. В этом электромагните достигнуты транспортабельность и легкая доступность рабочего пространства, возможность легко изменять его геометрию. Он оказался столь удачным, что в ИФП сейчас имеется около 20 таких электромагнитов, успешно используемых в различных исследованиях. В ИФП этот электромагнит называют до сих пор СП-магнитом.

В 1953 году в одном из самых авторитетных физических журналов «Physical Review»[73] появилось небольшое сообщение Смита и Парселла о том, что, пропуская над дифракционной решеткой пучок монохроматических электронов из ускорителя Ван де Граафа, они обнаружили монохроматическое излучение в субмиллиметровом диапазоне длин волн. Это сообщение было сразу замечено научным сообществом, а обнаруженное излучение получило название «излучение Смита — Парселла». Возникает это излучение в результате индуцирования переменных токов на поверхности решетки полем пролетающих электронов.

Сергей Петрович тоже заинтересовался этим сообщением, так как открывалась возможность создать генератор очень коротких длин волн. Причем, меняя энергию электронов, можно менять и длину волны излучения. Немаловажным был тот факт, что создание такого генератора лежало в русле тематики Физической лаборатории.

Сергей Петрович готовился к работам по генерации микроволнового излучения и теоретически. В 1968 году он рассчитал, каково будет излучение заряда, движущегося в неоднородной среде, и доложил эту работу на теоретическом семинаре Л. Д. Ландау. Как вспоминает академик А. Ф. Андреев, нынешний директор ИФП, по окончании выступления академик А. Б. Мигдал заметил, что Сергей Петрович проявил способности физика-теоретика, и даже предложил ему перейти в «теоретический» цех. Эта работа вошла в качестве задачи в том «Электродинамика сплошных сред» знаменитого на весь мир «Курса теоретической физики» Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица. Такой чести удостаиваются далеко не все теоретики!

Как все коллеги Сергея Петровича, Ю. М. Ципенюк в своих воспоминаниях особое внимание уделил любимому детищу Капицы-младшего — микротрону:

«Кроме используемого Смитом и Парселлом ускорителя Ван де Граафа, возможным источником монохроматических электронов мог стать микротрон — ускоритель электронов, принцип работы которого придумал В. И. Векслер в 1945 году. Название ускорителя происходит от английского слова microwave, потому что источником энергии для него служат микроволны (волны 10-сантиметрового диапазона).

Микротрон принципиально отличается от других электронных ускорителей тем, что у него, как и у ускорителя Ван де Граафа, маленький разброс электронов по энергии, то есть он обладает необходимой для генерации излучения Смита — Парселла монохроматичностью ускоряемых электронов.

К 1959 году Сергей Петрович вместе с В. П. Быковым изготовили в мастерских института микротрон и начали исследовать его характеристики. Вскоре к ним присоединился Вадим Николаевич Мелехин. Сергей Петрович поставил перед ним задачу: придумать, каким образом расположить источник электронов, чтобы увеличить ускоряемый ток. Решение оказалось удивительно простым — надо было использовать в качестве ускоряющего элемента объемный резонатор, на одной из стенок которого можно было легко расположить обычную вольфрамовую нить.

И как только они это сделали, интенсивность ускоренного пучка увеличилась в сотни раз! Ток был столь большим, что микротрон смог конкурировать с другими ускорителями электронов. Открылись широкие возможности проведения на микротроне ядерно-физических экспериментов. Первоначальная задача — создание генератора миллиметрового и субмиллиметрового излучения — отошла на второй план.

Стало ясно, что у нового микротрона большое будущее. Под руководством Сергея Петровича в ИФП развернулись работы по созданию еще двух микротронов — на максимальную энергию 15 и 30 миллионов электронвольт. Первый из них был нацелен на различные применения — прежде всего для дефектоскопии толстостенных изделий, таких как корпуса химических и ядерных реакторов, для выявления дефектов в твердотопливных ракетах. Он поэтому и был сконструирован как малогабаритный (в принципе переносной) ускоритель. Второй ускоритель предназначался для исследования физических характеристик самого микротрона, параллельно с 1970-х годов на нем стали проводиться работы по гамма-и нейтроноактивационному анализу.