| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
Но, например, для промышленных применений требовалось отслеживать не все вещества, а только ограниченное количество, поэтому можно было делать спектрометры, рассчитанные на какие-то отдельные участки спектра. Это упрощало конструкцию и вместе с тем сохраняло почти лабораторную точность измерений — разве что требовалась более сильная защита от цеховых условий — и по пыли, и по вибрации, и по дрейфу температуры. Например, применение спектрометров при выплавке металла позволило увеличить выход металла на пять процентов и на столько же сократить расход топлива — и это только за счет более точного измерения доменных газов, еще при ручном управлении. А мы уже отлаживали автоматическую систему, которая анализировала выходящие из жерла газы и на основе этого анализа подправляла дутье — стало больше кислорода — уменьшить, так как наблюдается избыток кислорода и железо начнет снова окисляться и медленнее восстанавливаться, а если кислорода стало меньше — дутье можно и увеличить, активизировав горение топлива и тем самым увеличив интенсивность реакций. Собственно, металлурги поступали так же, только автоматика позволяла более тонко реагировать на изменение доменных газов. Нам это рассказывал один из металлургов, что попали к нам из плена — с началом войны он пошел в военкомат добровольцем, его и взяли, вместо того чтобы вернуть к домне — ну ни о чем не думают с этой мобилизацией — план выполнили — и ладно, а что специалист занимается не своим делом — хоть бы хны. Прямо немцы какие-то. И технологи обещали еще лучшие показатели — и на этой системе, а если увеличим количество фурм для более тонкой подстройки под процесс и количество точек измерения — эффективность одной домны будет еще больше.
Так что ИК-спектрометрия уже выходила за пределы лабораторий в промышленность. Ну, в полулабораторных производствах чистых веществ она тоже уже активно использовалась, но мы начали нарабатывать опыт ее применения и в таких грязных производствах, как черная металлургия. Да и не только. К началу сороковых в мире было получено порядка трехсот ИК-спектров молекул — по существовавшей тогда технологии снятие спектра через призмы было долгим делом — от трех часов до двух суток, в зависимости от наличия оборудования, количества доступных призм, которые требовали бережного обращения — ведь та же соль растворяется в воде, поэтому помещение и прибор требовали очень сухого воздуха. Мы же за один только год получили дополнительно почти тысячу спектров.
Конечно, поначалу действовали такими же медленными способами, как и в остальном мире, и только когда начались работы по фотолитографии, дело пошло все быстрее и быстрее. Собственно, дифракционные решетки и начали делать в лаборатории фотолитографии для себя, чтобы получить более точные методы определения веществ, и уже потом они пошли "в народ". А когда к процессу стали подключать автоматизированные исследовательские комплексы на базе аналоговых вычислительных машин — вот тогда и раскочегарились по полной — по оценкам наших специалистов, за следующий год мы получим уже три тысячи спектров. А может и больше — сейчас шла отладка применения для спектрометрии уже цифровой вычислительной системы, и тогда не потребуется вручную двигать все эти рукоятки и верньеры подстройки. Также была надежда, что удастся автоматизировать калибровку — сейчас она становилась одним из самых узких мест во всем процессе. Другим узким местом была собственно расшифровка спектров — выше я приводил диапазоны группы -СН2— для алканов, а например в циклопропане (который тоже алкан) эта группа даст линии уже в диапазонах 3,35-3,29 и 9,8-10 — то есть тот же структурный элемент даст другую картинку — и тут уж без цифровых компьютеров никак не обойтись. А то и без искусственного интеллекта. И с ростом количества спектров проблема будет все возрастать. Да и сейчас тоже было непросто — проблема курицы и яйца родилась не вчера и не только в этой области — ведь заранее неизвестно, что находится в смеси, а находиться там могло в общем случае что угодно — вот и приходилось гадать — вот та вот линия — это мы просто раньше не видели ее на этом соединении из-за несовершенства оборудования или же в смеси присутствует еще какое-то вещество ? А то и не одно ... Нет, без "цифры" дальше никуда.
Причем, что самое интересное, вещества-то мы могли определять, а вот избавляться от них или нет — это уже был отдельный вопрос. В ряде случаев они просто не мешали, поэтому к ним и не применялось никаких воздействий. В других случаях просто не было технологии, чтобы избавиться от этих веществ — тут уже направление работы было понятно, но требовалось время, чтобы доработать техпроцесс. Или несколько техпроцессов — можно ведь не избавиться от вредного вещества, а нивелировать его вредное воздействие другим веществом — как например порой поступали при легировании полупроводников — просто добавляли больше донорной или акцепторной примесей — и все. Так что даже если в продукте находили какие-то лишние вещества, их до поры до времени могли в нем и оставить — пока мы снимали сливки, то, что можно сделать относительно просто. Так, мощность нашей взрывчатки на основе тринитротолуола повысилась на пять процентов — только за счет лучшей очистки. Вроде бы и немного, но, например, поражающая способность снарядов 152 миллиметра возросла на десять процентов — теперь по фронту они крыли не семьдесят пять, а восемьдесят два метра. Правда, там и новая сталь сыграла свою роль, и ее обработка. Но без этой прибавки мощности взрывчатки могло и не сработать, а новая взрывчатка дробила корпус с достаточным усилием. Так что от новых технологий был уже конкретный практический выхлоп.
И ожидался еще больше — не только в промышленности, но и, например, в медицине. Так, мы определили структуру молекул пенициллина, крустозина и грамидицина С — широко использовавшихся антибиотиков. Собственно, пенициллин был нашей разработкой, крустозин — тоже пенициллин, но полученный из другого грибка семейства пенициллиновых — его получила Зинаида Ермольева в сорок втором, разве что ей меньше повезло со штаммом, чем нам — она его взяла со стены в одном из бомбоубежищ Москвы, а мы — откопали в отходах спиртзавода. Ну и массовизация, а потом и автоматизация исследований показала, что добавка всего одной десятой фенилацетамида в дополнение к фенилуксусной кислоте в питающем растворе повышала выход антибиотика с пятнадцати до семидесяти процентов — конечно, с добавками веществ пробовали не совсем уж наобум, а исходя из близости веществ по структуре. Ну а грамидицин-С — это разработка других советских ученых-микробиологов — супругов Георгия Гаузе и Марии Бражниковой — и тоже от сорок второго года — этот антибиотик уже передали нам — я про такой как-то и не слышал, поэтому и работ не запускали, а сами на грибок Bacillus brevis не натолкнулись. Ну и ладно — обмен все-равно шел, причем очень интенсивный — не то что с союзничками — мы-то им, точнее НарКомЗдрав СССР — данные по грамидицину передали, а вот "они" свою более эффективную технологию пенициллина зажали — сначала вроде бы договорились продать за 10 миллионов долларов, потом передумали — типа "ой, ошиблись в расчетах" — заломили уже двадцать миллионов. Наши снова согласились. Тогда заломили тридцать. После чего все стало понятно — снова то самое "пусть они как можно больше убивают друг друга". Но тут уже советские медики распробовали и наш пенициллин, так что вопрос временно был снят с повестки дня. Вот мы и расшифровывали структуры самых важных лекарств — ведь зная структуру, уже можно двигаться вперед и по пути улучшения технологии их производства, и по пути повышения эффективности лекарств. Например, в пенициллине Ермольевой по сравнению с нашим один из элементов находился в другой позиции — вот его эффективность и была ниже. Наверное. Тут биологи и медики еще разбирались, и разбираться им придется еще долго. Впрочем, как и в других областях — например, в диагностике и исследовании рака — там были какие-то наметки насчет ранней диагностики на основе увеличения поглощения нуклеиновых кислот, но работы еще предстояло немеряно.
Так что ИК-спектроскопия становилась все более важным и мощным инструментом исследований. Причем пошла она у нас достаточно резво — этим занимались во всем мире не одно десятилетие, тема была совершенно не революционной и сначала пошла по разряду "всякое", благо методики снятия ИК-спектров были давно известны. Но вот применение фотоэлектронных умножителей вывело эту технологию на совершенно другой уровень — чувствительность повысилась на порядки, стало возможным различать совсем уж незначительные флуктуации и концентрации веществ — десять, а порой и двадцать девяток. Причем без проведения химических реакций, что особенно подкупало в спектрографии. Разве что все больше напрягала необходимость сканировать спектр — пока приборов было мало, приходилось последовательно просматривать датчиком нужные участки спектра, что, естественно, очень тормозило процесс, а иногда и вообще не позволяло получать достоверные результаты — реакция уже закончится, а мы снимем только небольшой диапазон частот. Уже начинали ставить и линейки датчиков, чтобы одновременно снимать сразу несколько диапазонов, но диаметр входных отверстий вакуумных фотоумножителей с отдельными электродами накладывал большие ограничения на точность каждого из измерений — в ФЭУ попадали сразу несколько полосок, и приходилось либо ставить на входе щелевой фильтр, чтобы вырезать поддиапазон, либо сильнее разносить сами спектральные полосы, что снижало их яркость. Проблема была именно в разрешающей способности приборов. И для того, чтобы повысить разрешающую способность спектрографов, физикам и потребовались фотоэлектронные умножители как можно меньшего размера.
Проблема была решена с появлением фотоэлектронного умножителя без электродов — в качестве электродов, из которых последовательно выбивались электроны, выступила освинцованная внутренняя поверхность стеклянной трубки. Соответственно, минимальное разрешение теперь ограничивалось внутренним диаметром трубки, а если смотреть по всему полю трубок — то расстояние между центрами соседних трубок. Сначала это были просто трубки наподобие тех, что применяли в химических лабораториях — их внутренний диаметр был уже не два-три сантиметра, а полмиллиметра. И борьба за разрешающую способность продолжалась. Этот диаметр пытались уменьшить, вытягивая трубки в нагретом состоянии, но их просветы непредсказуемо слипались, так что много трубок выходило "слепыми", без канала. Следующий шаг позволили сделать стекловолоконщики — они исследовали свойства волокон из двух сортов стекол, когда один сорт был сердцевиной, а другой — оболочкой стекловолокна. Тут уж я нацелили их на изготовление световодов, и они постепенно начинали применяться в медицине и технике. Но и физики уцепились за эту технологию — помимо того, что волокна уже сами по себе были тонкими, наличие сердцевины не давало стенкам слипнуться при вытягивании и спрессовывании блоков таких волокон, оставляя их целыми.
Причем сначала эти блоки применили в обычных ЭОП — там была проблема с фокусировкой и переносом электронов к экрану — электростатическая линза давала вогнутую поверхность четкого изображения, как и любая другая линза, поэтому наши придумали хитрый финт — стали делать вогнутой входную поверхность, на которую нанесен фотокатод — так линза "исправляла" кривизну фотокатода и в ее фокусе оказывалась вся пластина с люминофором, а не какая-то его часть. И просто сделать вогнутым входное стекло нельзя — тогда изображение будет искривляться прямо на входе. И плоским вход тоже не сделаешь — тогда получим на входе сразу оптическую линзу. А вот блок из световодов — с плоским срезом снаружи и вогнутым внутри, где фотокатод — доносил изображение до экрана без искажений, точнее, при переносе искажения, а точнее неравномерность потока электронов, исправлялась электростатической линзой.
Вот этот блок световодов и заинтересовал наших ученых — ведь по сути это стеклянная палочка, вставленная в очень тонкую трубку. Только надо как-то удалить сердцевину. Ее стали делать из боратно-бариевого стекла — оно растворяется в слабом растворе кислот, а оболочка из свинцово-силикатного — практически не растворяется, и после промывки от кислот и просушки останется только восстановить часть свинца из стекла в водородной печи — и получаем освинцованную внутреннюю поверхность очень тонких волокон. Затем — поместить полученную микроканальную пластину в ту же колбу, что и обычный ЭОП, вместо электростатической линзы подвести к ее плоскостям ускоряющее напряжение и — вуаля! — получаем усиление катодных электронов. Причем — сразу же в сотни, тысячи раз. При разрешении примерно сорок точек на миллиметр. Вот тут-то военные чуть было не наложили загребущую лапу на все приборы, что начали выходить из лабораторий, и только мой волюнтаризм, а также доводы типа "для вас же с их помощью будут разрабатываться новые технологии" позволили оставлять часть микроканальных ЭОП в науке.
Да, приборы стали получаться не сразу. Начинали с довольно толстых каналов — около десятой миллиметра, но уже и такие приборы давали вполне узнаваемую картинку. Гораздо сложнее было обеспечить стабильность изготовления. Поначалу мы складывали короткие и толстые — около миллиметра — трубки и вытягивали этот пакет в длину, а потом спрессовывали и разрезали. Проблемы шли косяком. Недопрессованность оставляла щели между канальными трубками — и если пластина разделяла вакуум и воздух, а не была полностью внутри вакуумной колбы, то соответственно вакуум быстро улетучивался, а то и вообще не создавался. Перепрессованность пережимала каналы — на изображении появлялись черные точки. Неаккуратность в укладке трубок или в результате неравномерного прессования приводила к изгибам каналов — изображение деформировалось, порой достаточно неравномерно — правда, эффекты порой были занятными, наподобие кривого зеркала. Степень вытяжки трубок плавала, соответственно каналы получались разного диаметра — и снова на экране появлялись незапланированные визуальные эффекты — некоторые даже напоминали мне те, что я видел на компьютерах. Тут и меньший размер какой-либо точки или группы точек изображения по сравнению с соседями, и меньшее, или наоборот большее усиление данного канала, дававшее изменение яркости данной конкретной точки, которого не было на исходном изображении — даже если внутренние диаметры были одинаковыми, степень металлизации внутренней поверхности каналов могла различаться от участка к участку, соответственно, сопротивление, а значит и падение напряжения вдоль канала или его отдельных участков — плавало, а раз падение напряжения различается, то будет различаться и степень ускорения первичных и вторичных электронов, значит, на очередном соударении электронов о стенки канала будет выбито больше или меньше вторичных электронов, в результате до электролюминисцентного слоя дойдет разное количество электронов и точка будет светиться с яркостью, не соответствующей яркости соседних точек с учетом исходного изображения — скажем, мы тестировали приборы на однотонных бумажных листах, так даже несмотря на одинаковую освещенность листа, на изображении мы зачастую видели пятна и разводы, темные или очень яркие точки — сказывались различия в характеристиках каналов, как отдельных, так и их группах — ведь та же металлизация, проходившая в водородной печи, требовала стабильности потоков водорода по всему полю обрабатываемой пластины, а если где-то водород пойдет через каналы сильнее, то там и восстановление свинца из стекла пойдет интенсивнее — вот и увеличенная проводимость по сравнению с соседними участками, где водорода оказалось меньше.
| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
