В то время казалось, что возможности детандера, представляющего собой цилиндр с поршнем (на-< помним, что о нем речь шла в третьей главе), полностью исчерпаны.
Поршень требует смазки, а при такой низкой температуре, при которой сжижается гелий, все смазочные материалы, как и вообще все жидкости, затвердевают.
Но Капица и на этот раз находит простое и оригинальное решение задачи. Смазку поршня должен осуществлять… сам сжижаемый газ!
В детандере своей конструкции Капица оставляет небольшой зазор, порядка нескольких сотых миллиметра, между поршнем и стенкой цилиндра. Сжатый газ пытается ускользнуть через этот зазор. Но поршень производит расширение так быстро, что успевает просочиться только маленькое количество гелия.
Так были одновременно решены две проблемы: смазка и уплотнение поршня.
Быстродействующие детандеры конструкции советского ученого получили распространение во всем мире.
Сжижение атмосферных газов можно было, как выражаются производственники, «поставить на поток».
Наступила новая эра в криогенике.
Признание выдающихся научных и инженерных достижений Капицы выразилось, в частности, в том, что его избрали членом Лондонского королевского общества.
В 1929 году П. Л. Капица был избран членом — корреспондентом Академии наук СССР (с 1939 года он действительный член Академии наук СССР).
Масштаб исследований в области низких температур, проводимых Капицей, все расширялся. В 1932 году на территории Кавендишской лаборатории была построена специальная криогенная лаборатория Лондонского королевского общества, так называемая Мондская лаборатория, директором которой был назначен П. Л. Капица.
Осенью 1934 года Капица возвратился в Москву. Уникальное оборудование Мондской лаборатории было по решению советского правительства закуплено у Лондонского королевского общества. Его смонтировали во вновь организованном научно- исследовательском институте, возглавленном П. Л. Капицей.
По предложению Капицы новое научное учреждение было названо так: «Институт физических проблем».
«Это несколько необычное название, — говорил Капица, — должно отражать собой то, что институт не будет заниматься какой‑либо определенной областью знания, а будет, вообще говоря, институтом, изучающим известные научные проблемы, круг которых определится тем персоналом, теми кадрами ученых, которые в нем будут работать».
П. Л. Капица сам разработал проект вверенного ему института и принимал непосредственное участие в руководстве его строительством. Это было совсем нелегким делом: не хватало строительных материалов, мало было квалифицированных рабо- чих — строителей.
Наконец организационные трудности были преодолены, и Капица смог продолжить криогенные исследования.
Прежде всего надо было усовершенствовать существующую аппаратуру. Время неумолимо движется вперед, и техника не терпит застоя.
А что, если вместо возвратно — поступательного движения поршня, непрерывное вращение колеса? Газ, работая, теряет энергию и охлаждается. Так возникла идея турбинного детандера, или, сокращенно, турбодетандера.
— Использовать турбину для сжижения газов? Невероятно! Такая машина, если ее и удастся осуществить, будет иметь слишком маленький коэффициент полезного действия, — в один голос заявляли видные турбостроители.
Однако и на этот раз Капица — физик подсказал Капице — инженеру удачное решение задачи.
При разработке конструкции турбодетандера Капица учел, что воздух при низкой температуре ближе к жидкости, чем к газу. Построенный им в 1938 году турбодетандер реактивного типа с радиальным ходом газа больше похож на гидротурбину, чем на газовую турбину. Этот турбодетандер имеет достаточно большой коэффициент полезного действия 0,85.
Новые машины для сжижения газов отличались компактностью. Например, турбодетандер, имеющий ротор весом всего 250 граммов, обладает производительностью 600 кубических метров жидкого воздуха в час. А из жидкого воздуха достаточно просто получить кислород и азот — газы, которые жадно «вдыхает» промышленность. Без кислорода немыслимо выплавить высококачественную сталь, он питает реактивные двигатели, широко применяется в ряде других отраслей промышленности. Жидкий азот и жидкий воздух используются в машиностроении. Сейчас даже студенты на физическом практикуме в некоторых институтах получили возможность использовать для своих опытов жидкий гелий.
…Ученый в который раз наблюдал, как кипящая по всему объему жидкость, мгновенно преобразившись, мирно покоится в сосуде.