Василий Борисов - Владимир Козьмич Зворыкин

• Название: Владимир Козьмич Зворыкин
• Автор: Василий Борисов
• Издательство: Наука
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2004
• ISBN: 5-02-032954-1

Книга посвящена жизни и деятельности всемирно известного ученого, основоположника современного телевидения B.K. Зворыкина. Сын муромского купца, окончивший Петербургский технологический институт, после революции и гражданской войны вынужден был эмигрировать в США, где более полувека проработал в крупнейших исследовательских лабораториях. Зворыкин - не только автор фундаментальных изобретений, сделавших возможным рождение "чуда XX века" - электронного телевидения, ему принадлежат пионерские разработки в области фотоэлектронных умножителей и электронно- оптических преобразователей, электронной микроскопии, применения электроники в биологии и медицине.

Для читателей, интересующихся развитием мировой науки и техники, а также историей русского зарубежья.

Владимир Козьмич Зворыкин (1889-1982) - выдающийся ученый и изобретатель, автор работ, ставших основой для развития современного телевидения. В книге описана жизнь и деятельность ученого, родившегося в городе Муроме, получившего образование в Санкт-Петербурге и более полувека работавшего в исследовательских лабораториях США. Увлекшись идеей электронного телевидения в годы учебы в Петербургском технологическом институте, В. К. Зворыкин проявил в дальнейшем удивительную настойчивость в реализации своих идей. Зворыкину принадлежат также пионерские работы в области электронных микроскопов, фотоэлектронных умножителей, электронно-оптических преобразователей, приборов медицинской электроники. Прожив шестьдесят лет в эмиграции, Зворыкин старался никогда не терять связи с Россией.

---

Руководство RCA, особенно д-р Сарнов, надеется на будущее электронного ТВ, и Зворыкин получает необходимую поддержку для продолжения работ. Наибольшие трудности по-прежнему связаны с конструкцией передающей трубки. Продолжая развивать идею, описанную еще в первой заявке 1923 г., Зворыкин занимается усовершенствованием мишени двустороннего действия, когда передаваемая картинка проецируется на мишень с одной стороны, а электронный луч сканирует другую сторону пластины.

В мае и июле 1930 г. Владимир Козьмич подает заявки на изобретение передающей трубки с более сложной конструкцией мишени. Для лучшей коммутации элементов фоточувствительной мозаики в сигнальной пластине делается множество мелких отверстий. В каждом из отверстий находится тонкий проводник, обеспечивающий передачу заряда, накапливаемого миниатюрными фотоэлементами. Принципиально правильная идея не получила, однако, реализации из-за технологической трудности изготовления пластин с огромным количеством отверстий и проводников, а также невозможности обеспечить требуемую однородность мишени. В конструкции трубок, описанных в этих заявках Зворыкина, использован принцип накопления заряда, разработанный в 1928 г. американским изобретателем Ч. Дженкинсом [17]. Это усовершенствование, позволившее повысить в тысячи раз едва уловимый электрический сигнал миниатюрных фотоэлементов, стало значительным шагом на пути к созданию действующей системы электронного ТВ.

В этот период экономика США продолжала погружаться в состояние Великой депрессии. Многие мелкие и крупные предприятия столкнулись с трудностями сбыта продукции, получения банковских кредитов. В сложной финансовой ситуации оказался автор одной из первых разработок электронного ТВ Фил Фарнс- ворт. Поддерживающий его в течение ряда лет банк прекратил кредитование и предложил продать результаты исследований лаборатории компании RCA . В апреле 1930 г. Зворыкин отправился в Сан-Франциско, чтобы встретиться с Фарнсвортом и на месте обсудить создавшуюся ситуацию.

Встреча двух пионеров электронного телевидения была дружественной; обоим меньше всего хотелось говорить о финансовой стороне дела. Так же как его русский коллега, Фарнсворт еще в молодые годы был захвачен идеей электронного телевидения и упорно работал над ее осуществлением. Талантливому изобретателю удалось создать к 1929 г. полностью электронную телевизионную систему (многие авторы полагают, что именно Фарнсворт послужил прототипом героя известного романа М. Уилсона "Брат мой - враг мой"). В передающей трубке Фарнсворта, названной им "диссектором изображения", видимое изображение проецировалось на сплошной фотокатод. Электронный рельеф изображения переносился с помощью магнитного поля с фотокатода на диафрагму с отверстием малого размера. Сквозь эту диафрагму фотоэлектроны от различных участков изображения последовательно поступали на анод, создавая видеосигнал. Зворыкин образно назвал такой способ развертки изображения "фарн- свортовым качанием". "Диссектор изображения" принципиально отличался от передающего устройства, разрабатываемого Зворыкиным. Исследователи шли к одной цели разными путями, и то, чего каждому из них удалось достичь, вызывало обоюдное уважение.

В течение трех дней Фарнсворт рассказывал посланнику RCA о проводимых в лаборатории работах, попутно ученые обсуждали волновавшие обоих научно-технические вопросы. Фарнсворт надеялся, что RCA окажет финансовую поддержку его работам, а Зворыкин как равноправный партнер будет более тесно сотрудничать с коллегой из Сан-Франциско. Владимир Козьмич тепло распрощался с Филом, после чего доложил о результатах поездки Сарнову.

Вице-президент RCA, спустя некоторое время, также посетил лабораторию в Сан-Франциско. Предложение Сарнова было прагматичным: RCA покупает лабораторию Фарнсворта за 100 ООО долларов; ее руководитель переходит в подчинение лаборатории электроники RCA. Фил Фарнсворт отказался от такого предложения.

В дальнейшем работа по диссектору изображения не получила существенного развития. Работавший в течение многих лет со Зворыкиным д-р Лесли Флори рассказывал автору этой книги, что передающие трубки Фарнсворта были испытаны в лаборатории RCA. Диссектор изображения из-за присущей ему низкой чувствительности не мог применяться для сценической съемки. Его можно было использовать только для передачи кинофильмов или в качестве прикладного ТВ. К 1934 г. Фарнсворт усовершенствовал диссектор, повысив его чувствительность за счет вторично- электронного умножителя и более чувствительного фотокатода. Четкость передачи изображения повысилась до 441 строки при 30 кадрах в секунду.

И все же телевизионное передающее устройство с использованием диссектора уступало более совершенным системам с накоплением зарядов. Автор диссектора Ф. Фарнсворт, надломленный конкурентной борьбой с крупными компаниями, в 34 года отошел от телевидения, уединившись на маленькой ферме в шт. Мэн.

Создание иконоскопа

В развитии передающей системы электронного ТВ 1931-й год оказался переломным. Потратив немало лет на совершенствование передающей трубки с двусторонней мишенью, Зворыкин пришел к новой идее: сканировать электронным лучом непосредственно ту сторону мишени, на которую проецируется видимое изображение. В июне 1931 г. руководимая им группа принялась за решение вопросов, связанных с разработкой такой трубки.

Проблем при конструировании прибора с односторонней мишенью оказалось немало. Получаемый сигнал был нестабильным и искаженным, порой казалось, что добиться надежного преобразования светового изображения в импульсы тока невозможно. Однако к тому времени в работе над электронным телевидением у Зворыкина сложилась отличная команда квалифицированных помощников. В период 1931-1933 гг. эта группа - Сэнфорд Иссиг, Лесли Флори, Рэндалл Бэллард, Харли Иамс, Григорий Оглоблинский, Артур Вэнс - работала с большим творческим подъемом. Постепенно все проблемы одна за другой решались; к 1933 г. появилась уверенность в том, что созданная конструкция должна стать основой для передающей трубки широкого применения.

Трубке с односторонней мишенью Зворыкин дал название "иконоскоп", от греческого слова eixaew - видеть. Принципиальная схема иконоскопа показана на рис. 7. Изображение 12 проецируется через объектив 35 на фоточувствительный слой (мозаику) сигнальной пластины 11 Мозаика фотоэлементов сканируется (обегается) электронным лучом 16, создаваемым электронной пушкой 19 и управляемым отклоняющими катушками 17. Под действием потока электронов миниатюрные конденсаторы мишени один за другим разряжаются, создавая последовательные импульсы видеосигнала, поступающие через усилитель к передатчику и далее в эфир. Так же как и кинескоп, иконоскоп является высоковакуумным прибором.

Создание так называемой мозаики фотоэлементов, которая представляет собой фоточувствительный узел прибора, оказалось сложной технологической проблемой. В первых трубках Зворыкина для изготовления мишени использовалась технология напыления в вакууме слоя щелочного металла непосредственно на поверхность слюды. При малых толщинах пленка оказывается состоящей из множества мелких частиц (глобул), выполняющих роль миниатюрных фотоэлементов. Однако стабильное получение требуемой мозаики щелочного металла было проблематичным, поэтому применялась также технология разделения сплошной пленки на изолированные элементы с помощью гравировальной машины.

Рис. 7. Схема первой телевизионной трубки В.К. Зворыкина с односторонней мишенью. Патентная заявка. 1931 г.

В конце 1931 г. важным достижением специалистов "RCA-Victor" стала разработка новой технологии изготовления высококачественного фоточувствительного слоя на мишени иконоскопа. При этой технологии, разработанной сотрудником химического отдела С. Иссигом [18], на поверхность слюды наносился тонкий слой серебра. "Сэндвич" прогревался при высокой температуре, в результате чего пленка разделялась на большое количество мелких серебряных глобул. Застывшие микрокапельки серебра покрывались (сенсибилизировались) слоем цезия. На каждом квадратном сантиметре мишени образовывались таким образом десятки тысяч изолированных высокочувствительных фотоэлементов. Диаметр пятна электронного луча, коммутирующего фоточувствительный слой, оказывался значительно больше размера отдельного элемента мозаики (см. рис. 8). Получавшееся усреднение удельной чувствительности и емкости элементов, попавших в пятно, способствовало повышению стабильности сигналов, генерируемых при прохождении электронного луча.

Чтобы обеспечить необходимую величину сигналов, создаваемых разрядкой миниатюрных фотоэлементов, Зворыкину пришлось решить задачу, казавшуюся на начальном этапе развития телевидения непреодолимой. Для получения на экране изображения хорошего качества необходимо, чтобы электронный луч обежал (сделал развертку) передаваемую картинку по многим точкам (при малом числе сканируемых точек изображение будет размытым). При создании иконоскопа Зворыкин принял, что число сканируемых точек должно составлять около 70 ООО. Если при этом передача изображения идет со скоростью 20 кадров в секунду, получалось, что время выработки сигнала каждой точкой мозаичной мишени не превышает миллионной доли секунды (1/14 ООО ООО с). Создаваемый при этом фототок составлял 10-тимиллиардные доли ампера. Электрический заряд, образующийся в отдельных точках мозаичной мишени в результате действия такого тока, аналогичен заряду всего лишь нескольких десятков электронов. Улавливание и усиление столь малых энергий для их передачи представлялось технически нереализуемой задачей.