Vật lý tại Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô (1917-1974)

6

VẬT LÝ
TẠI VIỆN KHOA HỌC LIÊN XÔ
(1917-1974)
V. A. Leshkovtsev

Viện Hàn lâm Khoa học do Peter I thành lập gần như là trung tâm khoa học vật lý duy nhất ở Nga trong suốt thế kỷ 18. Nhưng ngay từ đầu thế kỷ 19, các trung tâm khoa học mới đã bắt đầu xuất hiện và phát triển thành công ở đất nước nơi thực hiện nghiên cứu vật lý. Đó là các trường đại học, Học viện Y-Phẫu thuật và Hiệp hội Sản phẩm Thử nghiệm Moscow. Theo thời gian, vật lý phi hàn lâm bắt đầu đóng một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của vật lý ở Nga. Alexander Grigorievich Stoletov, Nikolai Alekseevich Umov, Pyotr Nikolaevich Lebedev, Alexander Stepanovich Popov và một số nhà vật lý nổi tiếng khác của Nga không phải là thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học. Có thể nói rằng vai trò của Học viện đối với sự phát triển của vật lý gia đình vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 là rất khiêm tốn.

Tình hình này đã thay đổi hoàn toàn ngay sau Cách mạng Tháng Mười vĩ đại. Vào đầu những năm ba mươi, Viện Hàn lâm Khoa học đã trở thành cơ quan khoa học cao nhất của Liên Xô, quy tụ các nhà khoa học lớn nhất trong các lĩnh vực kiến ​​thức khác nhau, bao gồm cả các nhà vật lý. Trong những năm này, chúng ta thấy trong thành phần của nó có các nhà vật lý xuất sắc của Liên Xô Abram Fedorovich Noffe, Dmitry Sergeevich Rozhdestvensky, Leonid Isaakovich Mandelstam, Sergei Ivanovich Vavilov,

Dmitry Vladimirovich Skobeltsyn, Nikolai Dmitrievich Papaleksi, Vladimir Aleksadrovich Fok, Igor Evgenievich Tamm, Pyotr Leonidovich Kapitsa, Lev Davidovich Landu và những người khác. Mạng lưới các viện khoa học tham gia phát triển các bài toán vật lý ngày càng mở rộng.

Vật lý có ảnh hưởng quyết định đến sự phát triển của ngành công nghệ - năng lượng, truyền thông, sản xuất công nghiệp. Ở nước ta, nó là một trong những động lực chính của cuộc cách mạng khoa học công nghệ đang làm chuyển biến nền công nghiệp hiện đại. Về vấn đề này, cần có sự phát triển thành công của nghiên cứu vật lý.

Hiện tại, Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô bao gồm hơn 20 viện vật lý khoa học. Viện vật lý cấp 2 mang tên A.F. Ioffe, Viện các vấn đề vật lý mang tên S.I. Vavilov, Viện Khoa học phê phán mang tên A.V. Shubnikov, Viện Vật lý Lý thuyết mang tên L.D. Landu, Viện Kỹ thuật Vô tuyến và Điện tử, Viện Vật lý Cơ thể Sáng tạo, Viện Vật lý Phân hạch Cao và các viện khác. Nhiều viện vật lý khoa học đã được thành lập trong Học viện Cộng hòa. Ngoài ra, các thành viên của Học viện còn dẫn đầu công việc ở nhiều viện vật lý.

7

các viện không thuộc Viện Hàn lâm Khoa học (Viện Năng lượng nguyên tử mang tên I.V. Kurchatov, Viện Liên hợp nghiên cứu hạt nhân, Viện Vật lý năng lượng cao, Viện Cơ học chính xác và Kỹ thuật máy tính, v.v.).

Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô xác định sự phát triển của vật lý hiện đại và đảm bảo đào tạo các nhân viên khoa học có trình độ chuyên môn cao nhất.

Ở một mức độ nhỏ, hoàn toàn không thể nói về những thành tựu của Viện Hàn lâm Khoa học trong lĩnh vực vật lý trong những năm qua. Các công trình khoa học chi tiết đã được viết về điều này. Ngoài ra, các công trình lớn có nội dung khoa học vô cùng phức tạp và vượt xa phạm vi khái niệm của trường học.

Ở đây chúng ta chỉ thảo luận một số nghiên cứu cơ bản của các nhà vật lý hiện đại xuất sắc - thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô. Đồng thời, chúng ta đang nói về những tác phẩm mà chúng ta không còn tác giả nữa. Đối với các tác giả còn sống của nghiên cứu vật lý cơ bản dưới đây, chúng tôi hy vọng rằng chính họ sẽ thảo luận về các đặc tính của thành tựu trên các trang tạp chí của chúng tôi.

Bất chấp số lượng lớn các hướng mà vật lý hiện đại đã được chia ra, các phần chính của nó vẫn sẽ là vật lý của vật thể sáng tạo, quang học và điện tử vô tuyến, vật lý của hạt nhân nguyên tử và các hạt cơ bản. Trong mỗi lĩnh vực này, các nhà vật lý hiện đại đã thực hiện những nghiên cứu đã trở thành kinh điển.

Chúng tôi sẽ dạy câu chuyện của mình từ tính chất vật lý của cơ thể được tạo ra.

Đóng góp to lớn cho lĩnh vực vật lý cực kỳ quan trọng này là công trình của Viện sĩ hàn lâm Abram Fedorovich Yuffe và các học trò của ông.

Hầu hết các cơ thể được tạo ra đều có cấu trúc quan trọng. Khi nghiên cứu tính chất của chúng, các nhà vật lý luôn

Viện sĩ A. F. Yuffe (1880-1960).

cố gắng sử dụng các mẫu gần nhất có thể với các cấu trúc quan trọng lý tưởng và về mức độ tinh khiết hóa học. Điều này là hoàn toàn hợp lý, bởi vì chỉ với những hình ảnh hoàn hảo mới có thể thu được kết quả nghiên cứu rõ ràng.

Trong một thời gian dài, vật lý học bị chi phối bởi ý tưởng cho rằng các vật thể quan trọng thực sự khác rất ít so với vật thể lý tưởng. Lý thuyết được chấp nhận chung về các vật thể quan trọng, do Max Born phát triển, dựa trên ý tưởng về một tinh thể lý tưởng, trong đó mọi nguyên tử đều ở đúng vị trí của nó và mọi rối loạn cấu trúc (tạp chất, khuyết tật bên trong) hoàn toàn không có. Lý thuyết này mô tả nhiều tính chất của các vật thể tới hạn (độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, v.v.). Nhưng khi nói đến việc xác định độ bền kéo, có sự khác biệt rất lớn giữa ý tưởng lý thuyết và các kỳ thi.

9

Phương pháp của A.F. Ioffe đã trở thành một trong những phương pháp chính để nghiên cứu cơ chế biến dạng của các vật thể tinh thể.

Tiếp tục những nghiên cứu này, A.F. Ioffe đã chứng minh rằng sự biến dạng dẻo xảy ra trong tinh thể không phải một cách gián đoạn, như tất cả các nhà vật lý đã nghĩ cho đến lúc đó, mà là một cách đột ngột. Dưới tải trọng không cố định, biến dạng xảy ra khi nhảy, lặp lại đều đặn và thậm chí kèm theo tiếng tách nhẹ, gợi nhớ đến tiếng tích tắc của đồng hồ.

Với những công trình này cũng như một số công trình khác, A. F. Ioffe đã đặt nền móng cho những ý tưởng hiện đại về cơ chế bền và dẻo của chất rắn thực. Ông đã mang đến cho các nhà vật lý một ý tưởng sâu sắc về sự cần thiết phải nghiên cứu các khuyết tật khác nhau trong mạng tinh thể, những khuyết tật này ảnh hưởng cực kỳ mạnh mẽ đến nhiều tính chất của chất rắn.

Một lĩnh vực khác của vật lý chất rắn, trong đó Viện sĩ A.F. Ioffe cũng có đóng góp to lớn cùng với các sinh viên của mình, đó là vật lý bán dẫn. Ngày nay thật khó để tưởng tượng sự phát triển của công nghệ mà không có chất bán dẫn. Nhưng hơn bốn mươi năm trước, khi A.F. Ioffe bắt đầu một nghiên cứu có hệ thống về các tính chất của chất bán dẫn, nhiều nhà vật lý đã chỉ trích nỗ lực này. Vào thời điểm đó, dường như chỉ có kim loại và chất điện môi mới là những vật liệu xứng đáng được nghiên cứu vật lý nghiêm túc. Chất dẫn điện và chất cách điện là những thứ kỹ thuật quan trọng và cần thiết, nhưng chất bán dẫn, mặc dù bao gồm một số lượng lớn các hợp chất tự nhiên, lại là một vật liệu vô dụng và không mấy hứa hẹn. Nhưng A.F. Ioffe đã trình bày một cách xuất sắc vai trò mang tính cách mạng to lớn mà chất bán dẫn đang đóng vai trò trong công nghệ ngày nay. “Có thể gợi ý,” ông nói sau đó một lát, “rằng sự tiến bộ của công nghệ với số lượng nhỏ hơn nhiều khiến nó có thể trở thành một trong những phương pháp chính để nghiên cứu cơ chế biến dạng của các vật thể tinh thể.

Đầu tiên, cần phát triển các phương pháp để thu được chất bán dẫn đủ tinh khiết và các phương pháp xác định các đặc tính vật lý cơ bản của chúng: nồng độ chất mang dòng điện, loại chất dẫn điện (điện tử hoặc lỗ trống), độ linh động của electron và lỗ trống, v.v. Nhiều phương pháp trong số này, lần đầu tiên được tạo ra bởi A.F. Ioffe và các học trò của ông, sau đó đã được phân loại.

Trường của Ioffe đã thực hiện một loạt nghiên cứu của Püner về các tính chất điện, điện từ, nhiệt điện và quang điện của nhiều loại chất bán dẫn.

Một trong những kết quả quan trọng nhất mà A.F. Ioffe và các đồng nghiệp của ông thu được là phát hiện ra ảnh hưởng to lớn của tạp chất đến tính chất điện của chất bán dẫn. A.F.Ioffe cho thấy ứng dụng này chỉ làm thay đổi độ dẫn điện của chất bán dẫn trên một phạm vi rộng, nhưng thậm chí có thể thay đổi thiết bị lưu trữ dòng điện, biến chất bán dẫn điện tử thành lỗ một và ngược lại. Hơn nữa, vai trò ứng dụng không chỉ có thể được thực hiện bởi các nguyên tử lạ mà còn bởi các nguyên tử của chính chất bán dẫn trong trường hợp dư thừa hoặc thiếu hụt. Ví dụ, sự dư thừa các nguyên tử trong chất bán dẫn PbS làm cho chất bán dẫn này trở thành chất bán dẫn điện tử và sự dư thừa các nguyên tử lưu huỳnh khiến nó trở thành chất bán dẫn lỗ trống.

A.F. Ioffe là người đầu tiên xây dựng và chứng minh bằng thực nghiệm những ý tưởng hiện đại về cơ chế hoạt động chỉnh lưu của chất bán dẫn. Ông đã chỉ ra rằng do sự tiếp xúc của hai chất bán dẫn với các hạt mang dòng điện khác nhau - electron và lỗ trống - một lớp chặn được hình thành (theo thuật ngữ hiện đại là “điểm nối p-n”). Trong trường hợp này, dòng điện có thể tự do đi qua tiếp điểm

10

Những khu vực này chỉ theo hướng mà các electron và lỗ trống di chuyển về phía nhau về phía tiếp xúc, nơi chúng gặp nhau và kết hợp lại. Trong trường hợp ngược lại, các electron và lỗ trống di chuyển ra xa nhau và độ dẫn điện của lớp tiếp xúc giảm mạnh vì rất ít hạt tải điện còn lại trong đó. Những công trình này đã mở đường cho việc tạo ra các bộ chỉnh lưu bán dẫn (điốt).

A.F. Ioffe đặc biệt chú ý đến việc nghiên cứu các tính chất nhiệt điện và quang điện của chất bán dẫn. Sử dụng những đặc tính này, có thể tạo ra các phương pháp mới để chuyển đổi trực tiếp năng lượng nhiệt và ánh sáng thành năng lượng điện. Công trình của A.F. Ioffe đã đặt nền móng cho pin mặt trời hiện đại và được sử dụng thành công trên tàu vũ trụ.

A.F. Ioffe đã sáng tạo ra lý thuyết về tủ lạnh nhiệt điện và nhiệt điện, mở ra một công nghệ tổng quát mới cho công nghệ hiện đại - năng lượng bán dẫn. Dưới sự lãnh đạo của ông, mười loại thiết bị bán dẫn và năng lượng mới đã được thiết kế, nhận được nhiều ứng dụng thực tế.

Sự tương tự giữa điện trường và từ trường đã được biết đến từ lâu. Ngoài ra còn có một công thức tương tự nổi tiếng giữa hằng số từ và hằng số điện môi. Nhưng trong một thời gian dài, trong số các chất điện môi, người ta không phát hiện ra một chất có hằng số điện môi cao bất thường, tương tự như tính thấm từ dị thường của vật liệu sắt từ. Chỉ đến những năm 20 người ta mới tìm thấy một số chất như vậy, trong đó có muối Rochelle. Nghiên cứu của họ được thực hiện bởi viện sĩ Igor Vasilyevich Kurchatov và các đồng nghiệp của ông. Trong một thời gian ngắn, công trình của họ đã đặt nền móng cho một lĩnh vực vật lý điện môi mới gọi là sắt điện. Hóa ra là sự phụ thuộc của mô men điện của Rochelle cols vào điện trường ngoài cũng giống như sự phụ thuộc của sắt từ bị từ hóa vào từ trường: quan sát thấy vòng lặp lịch sử tương tự. Điểm Curie (có hai trong số đó) và các hiện tượng đi kèm với quá trình chuyển đổi qua điểm này đã được nghiên cứu. Nói một cách dễ hiểu, phiên bản điện của lịch sử lâu dài của nghiên cứu về sắt từ đã được tái tạo.

Trong lịch sử vật lý Liên Xô, tên tuổi của Viện sĩ I.V. Kurchatov gắn bó chặt chẽ với giải pháp cho vấn đề lớn là tạo ra vũ khí nguyên tử và nhiệt hạch trong nước cũng như phát triển năng lượng hạt nhân.

Bạn sẽ tìm thấy câu chuyện về nghiên cứu này trong bài viết của Viện sĩ I.K. Kikon, “Anh ta đã lãng phí một cuộc đời hạnh phúc,” được xuất bản trong cùng số tạp chí của chúng tôi.

Trong vật lý hiện đại về cơ thể sáng tạo, vật lý lý thuyết đóng một vai trò quan trọng với bộ máy toán học phức tạp của nó. Vật thể tinh thể, trước đây được xem là một hệ gồm các nguyên tử và phân tử đang dao động, giờ đây được xem là một thể tích chứa đầy khí nền. Các phonon được gọi là lượng tử của trường của mạng bóng đèn - tương tự như các âm vị, lượng tử của trường điện từ. Phonon, giống như photon, hành xử như thể nó là một hạt ở nhiều khía cạnh; do đó chúng thường được gọi là giả hạt. Vinh dự đưa khái niệm “phonon” vào khoa học thuộc về viện sĩ hàn lâm Igor Evgenievich Tamm, người vào năm 1930 đã sử dụng khái niệm “lượng tử đàn hồi” khi xem xét vấn đề tán xạ ánh sáng trong tinh thể.

11

Cùng năm đó, “phonon” được Ykov Ilyich Frenkel, thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô, đưa vào tài liệu vật lý. Hành vi của khí phonon được mô tả bằng cách sử dụng công cụ toán học tương tự như việc nghiên cứu vật thể đen tuyệt đối. Nếu không có khái niệm về phonon, sẽ khó tưởng tượng được bất kỳ sự kích thích nào, chẳng hạn như sự dao động của một nguyên tử riêng lẻ, chuyển động như thế nào trong chất rắn.

Năm 1931, Ya. I. Frenkel về mặt lý thuyết đã dự đoán một hiện tượng vật lý rất thú vị. Giải quyết bài toán về sự kích thích của các nguyên tử bằng ánh sáng trong một tinh thể lý tưởng, ông đã chỉ ra rằng trạng thái kích thích phát sinh trong bất kỳ nguyên tử nào của tinh thể như vậy sau khi hấp thụ một lượng tử ánh sáng không thể định xứ ở nơi mà nguyên tử này đặt và không giả vờ chuyển động khắp tinh thể dưới dạng một quasiparticle có giá trị tự do, mà Frenkel gọi là “exciton”.

Thực tế là, như các tính toán cho thấy, năng lượng của tinh thể sẽ không thay đổi nếu không phải nguyên tử bị kích thích ban đầu mà là bất kỳ nguyên tử nào khác của tinh thể cũng ở trạng thái kích thích tương tự. Các trạng thái trong đó bất kỳ nguyên tử nào của tinh thể bị kích thích đều không thể phân biệt được về mặt vật lý. Do đó, năng lượng kích thích sẽ chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác cho đến khi một trong những nguyên tử nhận được nó chuyển sang trạng thái không bị kích thích bình thường, phát ra lượng tử mà nó nhận được. Sự tồn tại của các chất kích thích sau đó đã được xác nhận trong các thí nghiệm bởi Thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô Evgeniy Fedorovich Gross. Hiện nay có một lĩnh vực khoa học rộng lớn có thể được gọi là “vật lý exciton”.

Để mô tả các tính chất điện và quang của một số chất bán dẫn và chất điện môi, hóa ra cần phải đưa vào một giả hạt khác - “Polaron”. Nó phát sinh do sự phân cực của môi trường bởi electron. Kết quả là

12

mới là hệ quả của xu hướng cấu trúc tinh thể của prytini chuyển sang trạng thái có năng lượng tối thiểu.

L. D. Về mặt lý thuyết, Landdu dự đoán rằng các electron tự do (electron dẫn) trong kim loại sẽ tạo ra một mô men từ bổ sung trong từ trường bên ngoài, hướng theo hướng ngược lại với hướng của từ trường bên ngoài, tức là mômen nghịch từ. Đây được gọi là nghịch từ Landdu.

Chúng ta không dừng lại ở đây với công trình kinh điển của L. D. Landdu về lý thuyết tính siêu chảy của vật thể lỏng. Nó được thảo luận chi tiết trong bài viết của A.F. Andreev («Kvant», 1973, số 10).

Chuyển sang nghiên cứu về quang học, chúng tôi sẽ chỉ tập trung vào nghiên cứu thay thế các học giả Dmitry Sergeevich Rozhdestvensky, Leonid Isaakovich Mandelstam và Sergei Ivanovich Vavilov.

Viện sĩ D.S. Rozhdestvensky đã phát triển một báo cáo về việc chuẩn bị công nghệ kính quang học, nhờ đó vào năm 1925, Liên Xô đã hoàn toàn từ bỏ việc mua loại kính như vậy ở các nước khác. Ông đã có những đóng góp rất quan trọng cho việc nghiên cứu sự hấp thụ ánh sáng cộng hưởng của kim loại Parmichel và sự phát triển của phân tích quang phổ. Ông đã cải tiến đáng kể lý thuyết microsop.

Trong một thời gian dài, vật lý học không thể đưa ra câu trả lời chính xác đáp số cho một câu hỏi tưởng chừng đơn giản như vậy: “Tại sao bầu trời lại có màu xanh?” Ngay cả Newton, người đã dành nhiều năm làm việc cật lực cho bài toán này, cũng chưa bao giờ giải được nó. Một nhà vật lý người Anh khác, Rayleigh, là người đầu tiên đưa ra một lý thuyết thỏa đáng về sự tán xạ ánh sáng trong khí quyển. Giả sử rằng ánh sáng tán xạ bởi các phân tử không bị ảnh hưởng thì có sự phù hợp tốt với các kết quả quan sát.

Có vẻ như mọi thứ đều rõ ràng, vấn đề đã được giải quyết hoàn toàn. Và chỉ có một nhà vật lý, Viện sĩ L.I. Mandelstam không đồng ý với cách giải thích này. Ông đã chứng minh rằng nguyên nhân thực sự khiến bầu trời có màu xanh là do sự dao động mật độ (sự thay đổi ngẫu nhiên của mật độ không khí so với mật độ trung bình) xảy ra dưới tác động của chuyển động nhiệt. L.I. Mandelstam đã chỉ ra rằng công thức của Rayleigh là đúng và bản chất vật lý của bức tranh tán xạ ánh sáng đã được cải thiện. Công trình này được xuất bản vào năm 1907. Đây là một trong những công trình đầu tiên về lý thuyết dao động, tức là độ lệch vi mô của một đại lượng vật lý cụ thể so với giá trị trung bình.

L.I. Mandelstam là nhà vật lý đầu tiên chú ý đến thực tế là sự biến động về áp suất, nhiệt độ, nồng độ hoặc quặng.

14

Vì trong điều kiện chung, số lượng phân tử không bị kích thích lớn hơn đáng kể so với số lượng phân tử bị kích thích, nên cường độ của các vạch trộn với phía “đỏ” của quang phổ sẽ cao hơn đáng kể, điều này là đúng.

Tiếp tục nghiên cứu của mình, L. I. Mandelstam và G. S. Landsberg đã tạo ra một phương pháp mới để phân tích quang phổ của các phân tử, dựa trên nghiên cứu về phổ Raman. Phương pháp này đã trở nên phổ biến và hiện được sử dụng ở tất cả các quốc gia *).

Ở đây, do tính phức tạp của chúng, chúng ta không thể nói về công trình cơ bản của các học giả L. I. Mandelstam và N. D. Papaleksi về lý thuyết và công nghệ dao động, vốn là nền tảng cho sự phát triển của vật lý vô tuyến và kỹ thuật vô tuyến.

Ngay từ những năm đầu tiên hoạt động khoa học, Viện sĩ S.I. Vavilov đã bắt đầu quan tâm đến hiện tượng quang phát quang, nghiên cứu về nó mà ông không dừng lại cho đến cuối đời. Dưới tác dụng của ánh sáng, một số chất tự phát ra ánh sáng đặc trưng gọi là sự phát quang. Sự phát sáng này tiếp tục sau khi ngừng chiếu xạ. Trong quá trình phát quang, sự hấp thụ ánh sáng kích thích xảy ra và sự phát xạ (với độ trễ thời gian nhất định) của ánh sáng phát quang, có bước sóng khác với bước sóng của ánh sáng bị hấp thụ.

Sự phát quang của các chất khác nhau vô cùng đa dạng về thành phần quang phổ của bức xạ phát ra. Luật pháp lâu đời của Nhật Bản quản lý sự lão hóa

*) Chỉ một vấn đề ngẫu nhiên với việc gửi một bài báo khoa học hoàn chỉnh đến tòa soạn của tạp chí đã tước đoạt giải thưởng Nobel của các tác giả về khám phá quan trọng này.

Viện sĩ S. I. Vavilov (1891-1951).

nó chỉ dẫn đến việc thiết lập một số quy tắc thực nghiệm không bao hàm tất cả các sự kiện thực nghiệm cơ bản và cho phép có những ngoại lệ đáng kể. Một ví dụ là cái gọi là quy tắc Stokes, theo đó bước sóng của bức xạ cực quang phải lớn hơn bước sóng của ánh sáng kích thích. Vì năng lượng của lượng tử phát ra tỷ lệ thuận với tần số v (và tỷ lệ nghịch với bước sóng λ), nên sự tăng bước sóng trong quá trình phát quang cho thấy rằng một phần năng lượng nhất định được hấp thụ bởi chất phát quang vẫn còn trong đó, đi vào cơ thể. Tuy nhiên, quy tắc này thường bị vi phạm trong thực tế. Các định luật thực sự về sự biến đổi quang phổ của ánh sáng được S.I. Vavilov phát hiện là kết quả của một nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm lâu dài về năng lượng của các quá trình danh nghĩa. Chúng là cơ sở lý thuyết không chỉ cho khoa học về sự cực quang mà còn cho các ứng dụng kỹ thuật.

15

Trong những thập kỷ qua, những người không tồn tại đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ. Trên cơ sở đó, các phương pháp mới để phân tích hóa học và chủng loại các chất khác nhau đã được phát triển - cái gọi là phân tích hậu cần. Trong việc phát triển những ứng dụng thực tế này, ngành logistics thuộc về S. I. Vavilov. Nhưng công việc tạo ra các nguồn sáng hậu cần, mở ra một giai đoạn mới trong lịch sử công nghệ chiếu sáng, đặc biệt quan trọng.

Nguồn ánh sáng chính ngày nay, bóng đèn phủ, rất quan trọng. Hiệu suất của các loại đèn này không vượt quá 8%. 90% năng lượng lớn bị mất đi hoặc tạo ra bức xạ hồng ngoại vô hình. Thành phần quang phổ của ánh sáng nhìn thấy từ những chiếc đèn này khác biệt đáng kể so với thành phần của ánh sáng mặt trời mà mắt người thích nghi nhất. Nhiệt độ của dây tóc vonfram trong đèn là 2200–2300°C. Để thu được ánh sáng gần với ánh sáng mặt trời và tăng lượng ánh sáng phát ra, nhiệt độ sẽ phải tăng lên 6000°C. Tuy nhiên, trước đó rất lâu, dây tóc bóng đèn sẽ bị phân tán.

Nhược điểm của đèn phủ điện tử cho phép các nhà khoa học tìm kiếm nguồn sáng mới, tiết kiệm và tiện lợi hơn. Đèn hậu cần hóa ra là nguồn như vậy. Các chất logistic là máy biến áp ánh sáng. Chúng có thể biến đổi loại ánh sáng này thành loại ánh sáng khác, chẳng hạn như tia cực tím vô hình, nghĩa là vô dụng trong công nghệ chiếu sáng, thành ánh sáng nhìn thấy được hoặc ánh sáng đồng nhất thành các dải quang phổ rộng ở các trạng thái đa dạng nhất.

S.I. Vavilov là người đầu tiên đề xuất bức xạ cực tím mạnh từ đèn thủy ngân để tạo ra ánh sáng khả kiến ​​bằng cách sử dụng các chất hậu cần. Đi theo con đường này, ông đã tạo ra đèn hậu cần và đèn huỳnh quang.

Bộ phận chính của đèn hậu cần của Vavilov là ống xả khí chứa đầy hơi ruthium ở áp suất thấp. Các đường điện tử đi qua ống trong quá trình phóng điện sẽ kích thích bức xạ cực tím từ thủy ngân. Nếu quan sát thấy sự phóng điện qua thành ống, bạn sẽ nhận thấy bên trong ống phát ra ánh sáng xanh nhạt. Phần chính của bức xạ thủy ngân tập trung ở vùng cực tím. Để chuyển nó thành ánh sáng khả kiến, một lớp “bộ biến áp ánh sáng”—bột hậu cần tinh thể—được phủ lên thành trong của ống. Bằng cách sử dụng nhiều loại bột khác nhau, người ta có thể thu được ánh sáng phía trước. Mối quan tâm thực tế nhất là các loại bột có ánh nến gần với sự tán xạ ánh sáng mặt trời vào ban ngày (ví dụ, ánh sáng ban ngày dưới bầu trời nhiều mây). Hiệu suất và tuổi thọ bóng đèn trung bình dài hơn đáng kể so với thông thường.

Bây giờ chúng ta chuyển sang nghiên cứu lĩnh vực vật lý hạt nhân nguyên tử.

Hạt nhân nguyên tử bao gồm các hạt tích điện - proton, được tập hợp lại với nhau ở khoảng cách khoảng 10⁻¹³ cm. Có vẻ như chúng sẽ ngay lập tức sụp đổ dưới tác động của lực đẩy proton từ nhà máy điện khổng lồ. Nhưng chúng tôi biết rằng điều này không xảy ra. Chỉ những hạt nhân rất nặng của các nguyên tố ở cuối bảng tuần hoàn là không ổn định và điều này dẫn đến sự phân rã phóng xạ. Điều gì mang lại sức mạnh đáng kinh ngạc như vậy cho hạt nhân nguyên tử? Hạt nhân nguyên tử chỉ có ý nghĩa quan trọng vì lực hạt nhân mạnh tác dụng giữa tất cả các hạt chứa trong chúng.

16

Ý tưởng chính làm cơ sở cho các ý tưởng hiện đại về bản chất của lực hạt nhân được đưa ra vào năm 1934 bởi học giả I.E. Tâm. Ông là người đầu tiên hiểu rằng những lực lượng này chỉ có thể trao đổi được. Đến thời điểm này, những ý tưởng cơ bản về bản chất lượng tử của trường điện từ đã được phát triển, theo đó sự tương tác của hai hạt tích điện được thực hiện thông qua lượng tử do các hạt này phát ra và hấp thụ. Như vậy, tương tác là kết quả của sự trao đổi các hạt trung gian do trường điện từ tạo ra.

I. E. Tamm đề xuất rằng không chỉ tương tác điện từ mà cả tương tác hạt nhân cũng có bản chất lượng tử và được thực hiện thông qua sự trao đổi của một số loại hạt trung gian. Giả sử rằng các hạt hạt nhân trao đổi electron, I. E. Tamm đã xây dựng lý thuyết toán học đầu tiên về lực hạt nhân. Tuy nhiên, độ lớn của các lực này hóa ra nhỏ hơn giá trị thực của chúng vài bậc độ lớn.

Ngay sau đó, nhà vật lý người Nhật Yukawa đã chỉ ra rằng nếu khối lượng của hạt trao đổi lớn hơn khối lượng của electron khoảng 300 lần thì lý thuyết của I. E. Tamm mô tả rất rõ tính đặc thù của lực hạt nhân. Kết quả là các nhà vật lý đã phát hiện ra các hạt chịu trách nhiệm truyền lực hạt nhân. Hóa ra chúng được gọi là meson pi. Khối lượng của meson pi và tính chất của chúng tương ứng với lý thuyết Tamm-Yukawa.

I. E. Tamm là người đầu tiên đi đến kết luận có vẻ nghịch lý rằng neutron phải có mômen từ riêng của nó, mặc dù phần này không có điện tích. Năm 1934, ông không chỉ trình bày về mặt lý thuyết sự tồn tại của mômen từ trong neutron mà còn xác định chính xác dấu của mômen này.

Sự thành công của vật lý hạt nhân trong nửa sau thế kỷ XX gắn bó chặt chẽ với máy gia tốc hạt tích điện. Máy gia tốc có thể tạo ra các phần tử hạt mới được sinh ra tại thời điểm tương tác của các hạt đạn được gia tốc với các hạt là một phần của đạn. Hơn nữa, năng lượng của các hạt được gia tốc càng cao thì các nguyên tố, hạt và phản hạt mới (meson, hyperon, cộng hưởng) càng có thể thu được với sự trợ giúp của chúng. Máy gia tốc cũng được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc của các nguyên tố hạt (proton và neutron). Họ cũng tạo ra các nguyên tố hóa học siêu nặng đứng sau uranium trong bảng tuần hoàn Mendleev (chúng được gọi là transuranium) và hạt nhân nguyên tử với tỷ lệ bất thường về số lượng proton và neutron.

Hiện nay, phổ biến nhất là máy gia tốc tuần hoàn, trong đó các hạt tích điện chuyển động dọc theo những đường gần với vòng tròn, tăng tốc nhiều lần trong các thiết bị gia tốc đặc biệt. Máy gia tốc đầu tiên như vậy là cyclotron. Tuy nhiên, giới hạn năng lượng có thể truyền cho các proton trong cyclotron là tương đối nhỏ và lên tới vài chục triệu electron volt.

Việc tạo ra các máy gia tốc hiện đại với hàng chục và hàng trăm tỷ volt điện tử đã trở thành hiện thực nhờ công trình của viện sĩ Vladimir Iosifovich Vekslar. Năm 1944, ông đề xuất nguyên lý quan trọng về “tự pha” của các hạt được gia tốc, nguyên lý này mở ra những chân trời mới cho vật lý hạt nhân và vật lý học về các nguyên tố hạt. Nguyên tắc này cho phép tạo ra các loại máy gia tốc mới - phasotron, synchrophasotron.