Поляризация кристаллов и идея супер-аккумулятора Иоффе

Источник: Кокин Л., 1981 

После Сольвейского конгресса Иоффе поехал из Брюсселя в Париж , потом в Берлин . Снова встречи с физиками, осмотр лабораторий, научные доклады, писание статей... Делясь своими дальнейшими планами, он писал жене из Берлина (27 мая 1924 года): "...может быть, пущу в ход и свое изобретение: дело в том, что я теперь для конгресса Сольвея вполне разобрался в явлении поляризации кристаллов, которое открыл еще лет 20 тому назад. Теперь я подсчитал, что на этой основе можно построить совершенно технический аккумулятор с исключительно сильной концентрацией энергии : так, чтобы пролететь на аэроплане со 100-сильным мотором отсюда в Батилиман , достаточен аккумулятор размером в 40 см. Моторы тоже для этих аккумуляторов будут легче раза в 2-3. Быть может, можно будет даже построить аэропланы-крылья для отдельных людей с запасом энергии на несколько сот верст. Словом, из этого может получиться совершенно удивительная штука. Над этим надо будет еще поработать в Питере месяца 2, но я думаю, что дало выйдет..."

С явлением, о котором идет речь, Иоффе столкнулся еще у Рентгена, когда ставил опыты над проводимостью кварца, кальцита. В то время свойства диэлектриков - электроизолирующих материалов - казались настолько запутанными, что вся проблема именовалась в науке "диэлектрической аномалией". Распутывая клубок "аномалии", молодой физик попытался нащупать какие-то правила в том, как проходит через кристаллы электрический ток. Сам факт, что ток этот не отличается постоянством, был известен и раньше. Было ясно, что в кристалле возникает противодействующая току электродвижущая сила. Оставалось непонятным главное: откуда она берется. Иоффе пробует разгадать на опыте очередную "мировую загадку". Расположив вдоль кристаллика несколько датчиков- "зондов" (ими меряется распределение электрического потенциала по длине кристаллика), он включил его в электрическую цепь. Приборы тотчас же сообщили экспериментатору: напряжение меняется главным образом у краев кристаллика - в начале его и в конце. Образовались как бы электрические полюса. Ну, а чем это вызвано? Еще в своей докторской диссертации Иоффе дал ответ: вблизи электродов собираются подвижные ионы кристалла. У положительного электрода они создают отрицательный заряд, у отрицательного - положительный. Заряды вызывают обратную электродвижущую силу. Стоит отключить источник тока, а концы поляризованного кристалла соединить между собою, как она, эта "противо-ЭДС", проявит себя во всем могуществе: по соединительному проводу потечет самостоятельный ток! И вот, спустя много лет, мысли Иоффе возвращаются к давнему наблюдению:

"Я теперь для конгресса Сольвея вполне разобрался в явлении поляризации... на этой основе можно построить... аккумулятор..." Еще через несколько дней он пишет: "Я здесь обдумал и подсчитал свои аккумуляторы, о которых давно уже думал, но которые считал технически неосуществимыми. Подсчет после того, как я разобрался в их происхождении, показал, что они осуществимы. Это будет, если только на самом деле удастся их построить, действительный переворот в технике..." Проходит немногим более обещанных двух месяцев. В дни празднования 200-летия Российской Академии наук "Правда" поместила заметку об открытии академика Иоффе: "...удалось разрешить один из величайших научных вопросов... В лабораторных опытах академик... получил максимальную концентрацию энергии при минимальном объеме. Сконструированный аккумулятор может помещаться в жилетном кармане и содержать заряд энергии, достаточный для самого мощного автомобиля в течение 10 суток..." Через день газета вновь возвращается к этой теме. "Академик Иоффе сообщил: "...Опыты... находятся... в такой стадии, что можно уже говорить об их практическом применении. Новые аккумуляторы сделают целый переворот... при чрезвычайно малом весе и размере будут сохранять... энергии, может быть, в тысячу и более раз больше, чем применяемые сейчас. Надеюсь, что... окончательные результаты будут получены в течение ближайшего года".

К сожалению, две газетные заметки оставляют в неведении относительно главного: существует уже удивительный аккумулятор или же еще нет? В каком времени о нем говорится: в настоящем или в будущем? Похоже все- таки, если сравнить две заметки, что аккумулятора еще нет: выступая со своим заявлением, ученый опирается на лабораторные опыты. Так оно и было на самом деле: он имел в виду свои опыты с кальцитом. Они еще продолжались.

По-видимому, история с погребенными у Рентгена в конверте работами не прошла бесследно, хотя, кроме однажды вырвавшегося "немножко жаль", он ничем никогда не выдал себя. Того физика Иоффе, который когда- то в разговоре с Рентгеном согласился не публиковать своих наблюдений, лишь бы только иметь возможность продолжать их, - того молодого физика Иоффе, по-видимому, уже не существовало. Да, концентрация энергии заметно превосходила все, известное до тех пор технике. Да, удалось определенно установить, что электрические силы в поляризованном кристалле сосредоточены в исключительно малом объеме - толщина его измерялась микронами. Но до окончательных результатов было еще далеко - требовалось поработать, быть может, и год, по словам самого Иоффе, напечатанным в "Правде". Работа еще не была закончена, но уяснить это из газетных заметок не так-то просто.

Известие о заменяющем тонны бензина аккумуляторе в жилетном кармане закочевало по газетам всего мира, и после сообщения в "Нью-Йорк тайме" на ленинградского физика посыпались необычайные предложения взбудораженных сенсационным открытием американских фирм. Внести ясность в этот винегрет желаемого с действительным стало необходимо.

20 октября 1925 года в ленинградской "Красной газете" со статьей об аккумуляторах академика Иоффе выступил профессор Я.И. Френкель . "Никакого аккумулятора покамест нет, - без обиняков заявил он. - Изучено новое физическое явление, которое позволяет предполагать, что кристаллы некоторых солеобразных веществ могут быть использованы для получения высоковольтных аккумуляторов малого веса и значительной емкости..."

Предположениям этим, однако же, не суждено было сбыться. Когда в начале следующего года в журнале Русского физико-химического общества появляется, наконец, научная статья о результатах работы - той самой работы с Синельниковым, ради которой мечтал Иоффе поскорее вернуться из- за границы, - слово "аккумулятор" не встречается на девяти страницах ни разу. Статья содержит лишь окончательный ответ на вопрос "где заряд?".

Сошлифовывая тончайшие слои в поляризованном кристалле - доли микрона, слой за слоем, - исследователи точно установили, что электрический заряд сосредоточен на участке толщиною один-два микрона. Об этом и говорится в статье. Не сказано в ней о другом. Что все попытки "утолстить" этот слой, сохранив необычайную интенсивность электрических сил, окончились неудачей. Ведь рабочая гипотеза была такова: напряжение "элемента" толщиною в микрон - тысяча вольт. Это факт. Соберем "элементы" последовательно, как в обычном аккумуляторе. Тысяча "элементов". Толщина - миллиметр. Напряжение - миллион вольт. Десять тысяч "элементов". Толщина - сантиметр. Напряжение - десять миллионов вольт! На деле же всякое утолщение вызывало пробой. "Элемент" толщиною в микрон давал тысячу вольт. Три "элемента" - три микрона - вместо ожидаемых трех тысяч вольт чаще всего давали ноль...

Но тут у исследователей мелькнула догадка, почти примирившая их с кончиной небывалого аккумулятора. Ведь, судя по всему, удалось получить необычайную электрическую прочность тонкого слоя вещества. Не набрели ли они, в погоне за аккумулятором, на идеальную электрическую изоляцию?.. В истории такое не раз бывало: плывешь в Индию, открываешь Америку!..

Ссылки: