ruský experimentální fyzik
Pjotr Kapica.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
V Anglii
Od roku 1921 pracoval Pjotr Kapica v Anglii. Na návrh Rutherforda začal zkoumat vlastnosti částic alfa. Aby mohl získat úplnější informace o vlastnostech těchto částic, rozhodl se Kapica jako první umístit Wilsonovu mlžnou komoru do magnetického pole. Podle směru zakřivení dráhy mohl na první pohled určit kladný nebo záporný náboj částice a z poloměru křivosti vypočítat poměr hybnosti k velikosti náboje.
Pro zvýšení intenzity magnetického pole používal místo magnetu s jádrem solenoid, ve kterém se speciálním ortogenerátorem budily pulzní proudy. Tak dosáhl magnetického pole o indukci až 32 T. Tato velmi silná magnetická pole využíval ke sledování vlastností kovů, výsledkem pokusů byl roku 1929 objev lineární závislosti elektrického odporu mnohých kovů na intenzitě magnetického pole.
V letech 1930 – 1934 byl Kapica ředitelem Mondovy laboratoře při londýnské Royal Society.
Zpět v Rusku
V roce 1934 se vrátil do Ruska a založil v Moskvě Ústav fyzikálních problémů. O zvláštním názvu Kapica na zasedání Fyzikální skupiny Akademie věd řekl: „Tento poněkud neobvyklý název měl být odrazem skutečnosti, že se ústav nebude zabývat nějakým určitým vědním oborem, ale bude to obecně řečeno ústav studující rozličné vědecké problémy, jejichž okruh bude záviset na těch vědeckých pracovnících, kteří v něm budou pracovat.“ [3]
Členem ústavu byl od roku 1937 i Lev Landau, kterého o rok později po vymyšleném obvinění ze špionáže zatkli a uvěznili. Pjotr Kapica byl velmi odvážný a za Landau se postavil. Využil svého vlivu a dokázel, že Landau propustili a mohl se dokonce vrátit do ústavu. V letech 1939 – 1946 byl Kapica profesorem moskevské univerzity a od roku 1946 Moskevského fyzikálně–technického institutu.
Nízké teploty
Kapica se zabýval fyzikou a technikou nízkých teplot, kvantovými kapalinami, fyzikou vysokoteplotního plazmatu. Navrhl originální konstrukci rentgenového spektrometru, ve kterém se intenzita rentgenových paprsků odražených od krystalu mnohonásobě zvýšila díky fokusačnímu účinku jeho válcového povrchu.
Účastníci Ioffeho semináře v roce 1915, vlevo sedící Frenkel, vlevo stojící Kapica a uprostřed Ioffe.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Kapica navrhl nový způsob zkapalňování helia – ochlazoval helium ve speciálním pístovém expondéru, který se mazal samotným heliem, protože při teplotách kolem 10 K jsou všechny látky kromě hélia v tuhém stavu. Řadu zařízení laboratoře navrhoval Kapica sám a nechal je konstruovat svým týmem techniků. Je překvapivá jednoduchost zařízení a mimořádná řemeslná práce, např. plynová turbína o průměru asi 8 cm se při pokusech musela točit rychlostí 40 000 ot/min.
V dalších letech pokračoval ve výzkuzmu jevů za přítomnosti silných magnetických polí a při nízkých teplotách. V sérii velmi přesných experimentů ukázal, že při teplotách nižších, než je kritická teplota helia je jeho viskozita mimořádně nízká, tento jev nazval supratekutostí. Zjistil, že v tomto stavu má kapalné helium dvě složky – normální a supratekutou.
Válečný a poválečný výzkum
V době druhé světové války byl ústav přemístěn do Kazaně, do bezpečné vzdálenosti od front, jeho náplní se stalo vypracování technologie výroby kapalného kyslíku v průmyslovém měřítku, protože ho zbrojní průmysl potřeboval velké množství k zušlechťování oceli.
Po druhé světové válce se Kapica zabýval konstrukcí výkonných vysokofrekvenčních generátorů s kontinuálním režimem a pomocí těchto zařízení objevil existenci vysokoteplotního plazmatu ve vysokofrekvenčním výboji.
Cesta k tokamaku
V roce 1946 byl Kapica v rámci špinavé politické hry z vedení ústavu odvolaný a nesměl tam ani docházet. Pokračoval proto v práci na své chatě, kterou proměnil v malou laboratoř. Pomocí místních mistrů a kutilů a podle vlastních výpočtů zkonstruoval vysokofrekvenční generátory – planotron a nigitron.
Pjotr Kapica.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Při práci s těmito přístroji se setkal s nečekaným jevem: když postavil do vysokofrekvenčního elektromagnetického pole baňku s plynným héliem, vznikl v plynu jasně svítící výboj a baňka se roztavila. To přivedlo Kapicu na myšlenku použít silných vysokofrekvenčních kmitů k ohřevu plazmatu. Tím začala série pokusů, která vedla k termojadernému reaktoru.
Po devíti letech se na své původní místo vrátil a věnoval se výzkumu řízené termojaderné reakce. Tak se začalo rodit zařízení známé pod názvem TOKAMAK. Ke konkrétním výsledkům práce ústavu patřil termojaderný reaktor, v němž se podařilo docílit šňůrového plazmového výboje o průměru asi 8 cm za tlaku 3 MPa a magnetické indukci 1 T. Za zásadní objevy ve fyzice nízkých teplot obdržel Petr Kapica Nobelovu cenu za rok 1978.
Použité zdroje
[1] JÁCHIM, F. Petr Leonidovč Kapica a fyzika nízkých teplot. Matematika Fyzika Informatika: časopis pro výuku na základních a středních školách, únor 2005, roč. 14, č. 6, s. 381–383. ISSN 1210–1761.
[2] PAČES, J. K osmdesátinám akademika Petra Leonidoviče Kapici. Pokroky matematiky fyziky & astronomie, roč. 19/1974, č. 6, s. 308–312. CS–ISSN 0032–2423.
[3] ŘEZÁČ, T. Pjotr Leonidovič Kapica. Přemožitelé času 4.
[4] SODOMKA, L. Kronika Nobelových cen. 1. vydání. Praha: Knižní klub, 2004. ISBN 80–242–1058–4.
[5] WEINLICH, R. Laureáti Nobelovy ceny za fyziku. 1. vydání. Olomouc: ALDA, 1998. ISBN 80–85600–47–1.
[6] Encyklopedická edice, listy, fyzici. ISBN 80–860–44–05–X.
