De Vlaamsche Gids. Jaargang 13

[p. 529]

Het kryogeen Laboratorium te Leiden⁽¹⁾

Een spreekwoord zegt: ‘Waar het hart vol van is, vloeit de mond van over.’ Als ik dezen avond spreek over het Physisch Instituut der Rijksuniversiteit te Leiden, het Leidsch kryogeen laboratorium, dan is dat, omdat ik gaarne deze gelegenheid te baat neem om blijk te geven van mijn bewondering voor deze inrichting, waar ik mijne wetenschappelijke opleiding heb voltooid, om mijn dankbaarheid uit te spreken voor den stichter er van, Prof. Kamerlingh Onnes, die mij tweemaal in de gelegenheid stelde in zijn laboratorium onderzoekingen te verrichten, een eerste maal na het voleindigen van mijn studiën in Gent, een tweede maal toen de oorlogstoestanden een vreedzamen wetenschappelijken arbeid onmogelijk maakten aan de Brusselsche Universiteit, waaraan ik verbonden was.

Den 11^en November 1882 aanvaardde Dr. H. Kamerlingh Onnes het ambt van hoogleeraar in de natuurkunde aan de Rijks-Universiteit te Leiden. Hij sprak bij die gelegenheid de traditioneele intreerede uit, waarvoor hij tot onderwerp had gekozen: ‘De beteekenis van het quantitatief onderzoek in de natuurkunde.’ Die rede begon met de volgende woorden:

‘De natuurkunde dankt hare vruchtbaarheid in het voortbrengen van middelen tot stoffelijk welzijn en haren overwegenden invloed op onze wereldbeschouwing aan den zuiveren

(1) Lezing gehouden den 10^en Februari 1925 voor de Volksuniversiteit te Antwerpen.
Bij het samenstellen dezer lezing heb ik een dankbaar gebruik gemaakt van de twee voortreffelijke, aan Prof. Dr. Heike Kamerlingh Onnes aangeboden Gedenkboeken (uitgegeven bij Eduard Ydo, te Leiden), het eerste den 10^en Juli 1904, ter eere van zijn 25-jarig doctoraat, het tweede den 11^en November 1922, bij gelegenheid van zijn 40-jarig professoraat. In die feestbundels is het Leidsch Natuurkundig Laboratorium met zijn doel en zijn ontwikkeling op meesterlijke wijze beschreven; wat een Bosscha en een Lorentz - om van de andere medewerkers niet te spreken - daarin hebben gezegd, en de wijze waarop ze het hebben gezegd, had ik zeker niet kunnen verbeteren; men houde het me dus ten goede, dat ik gansche stukken daaruit letterlijk overgenomen heb.

[p. 530]

geest van proefondervindelijke wijsbegeerte. Zij kan haar belangrijk aandeel in het denken en werken der hedendaagsche maatschappij slechts behouden, wanneer zij door waarneming of proefneming telkens nieuwen grond aan het onbekende ontworstelt.

‘Het aantal en vooral de hulpmiddelen der instellingen, welke haar daartoe de gelegenheid aanbieden, staan echter verre achter bij de groote beteekenis van het maatschappelijk belang aan welks behartiging zij gewijd is. Hij, die de gewichtige taak aanvaardt, tot de beoefening der natuurkunde op te leiden en een dier instellingen te beheeren, heeft zich dus met dubbelen ernst rekenschap te geven van zijn inzicht omtrent de eischen van proefondervindelijk onderzoek in onzen tijd....

‘Naar mijn inzicht moet bij de proefondervindelijke beoefening der natuurkunde het streven naar quantitatief onderzoek, d.w.z. naar het opsporen van de maatbetrekkingen in de verschijnselen, op den voorgrond staan. Door meten tot weten, zou ik als zinspreuk boven elk physisch laboratorium willen schrijven.’

Aldus sprak Kamerlingh Onnes nu bijna een halve eeuw geleden. Zijne voordracht was meer dan een met redenaarstalent uitgesproken oratie; zij was een wetenschappelijke belijdenis, de verklaring van een werkprogram, van een met volle bewustheid en beslistheid gekozen richtsnoer, waaraan hij besloten was vast te houden in weerwil van het besef, dat het door groote moeilijkheden en bezwaren heen moest leiden.

De aangehaalde woorden kwamen mij in den geest, toen ik in October 1923 zelf naar Gent geroepen werd, om er het Vlaamsche onderwijs in de natuurkunde op me te nemen; en nu, nu ik zelf op het punt sta het doel te bereiken, dat ik voor oogen had, toen ik aannam mij met dat onderwijs te belasten, namelijk het stichten van een Vlaamsch physisch instituut in de stad van Leie en Schelde, klinken ze in mijn ooren als de prediking van een apostel, die het evangelie, de goede boodschap, verkondigt. Want na zoovele jaren zijn die woorden nog letterlijk toepasselijk op ons land. Op dit oogenblik nog is de toestand in ons land zooals hij was in Nederland, toen Kamerlingh Onnes het professorale spreekgestoelte beklom, en terwijl Nederland thans beschikt over vijf goed uitgeruste physische instituten in Leiden,

[p. 531]

Amsterdam, Utrecht, Groningen en Delft, om van particuliere instellingen niet te spreken, zijn bij ons de physische laboratoria nog in wording.

Een tweede maal sprak Kamerlingh Onnes een warm pleidooi uit voor nauwkeurig quantitatief natuurkundig onderzoek, toen hij andermaal in de feestzaal der Leidsche Universiteit het spreekgestoelte beklom, den 8^en Februari 1904, om er op den 329^en stichtingsdag dier universiteit als Rector Magnificus een rede te houden over de beteekenis van nauwkeurige metingen bij lage temperatuur. Verkondigde zijne eerste rede de stichting van het Leidsch natuurkundig laboratorium zonder meer, zijn tweede kon de vervulling melden van wat zeker niemand mogelijk had geacht: de schepping van een Leidsch kryogeen laboratorium, de verovering en volkomen beheersching van een gebied van natuurkundige maatsbepalingen, dat een kwart eeuw te voren niet alleen nauwelijks toegankelijk was voor zelfs het ruwste experiment, maar voor een groot deel nog volstrekt onbekend.

Op die scheppinig van een kryogeen laboratorium had Kamerlingh Onnes van het begin af aangestuurd; van den aanvang af werd het belang van onderzoekingen bij lage temperaturen intuitief door hem gevoeld. Met waarlijk prophetischen blik zag hij bij het aanvaarden van het hoogleeraarsambt reeds in het groote wetenschappelijke belang van het werken en proefnemen bij temperaturen ver beneden die van het vriespunt van water. Reeds in 1882 dus was het doel van Kamerlingh Onnes de stichting van een laboratorium, waar men de eigenschappen der stof in het gebied der laagst bereikbare temperaturen zou kunnen onderzoeken. Sinds dien tijd heeft hij met nooit verflauwde werkkracht en met onverminderden ijver, en ook met groote consequentie dit doel nagestreefd. Het Leidsche laboratorium is dan ook het eerste geweest, waar men het allerweerspannigste der gassen, het helium, vloeibaar heeft gemaakt, en waar men den laagsten graad vóór dien koudepool, dien men het absolute nulpunt noemt, heeft overschreden; het is thans ook nog het eenige dat geheel gespecialiseerd is voor natuurkundige onderzoekingen in de onmiddellijke nabijheid van die onderste temperatuurgrens.

[p. 532]

Gelijk alle begin was ook dat van Onnes' streven moeilijk. Zooals hij het in zijn intreerede had gezegd, waren de hulpmiddelen waarover hij beschikte onvoldoende voor het bereiken van zijn doel. Toen hij zijn hoogleeraarsambt aanvaardde, en meteen het bestuur van het toen nog in den kiem zijnde natuurkundig laboratorium, en dit voor leer- en weetgierigen openstelde om er de proefondervindelijke natuurkunde te beoefenen, bestond dat laboratorium nog slechts uit een gedeelte van een gebouw, waarin ook het scheikundig en het anatomisch laboratorium waren gehuisvest, terwijl daarachter het physiologisch laboratorium gelegen was.

Wel beteekende bij de stichting het bieden van gelegenheid voor praktisch werken aan studenten een groote stap voorwaarts, en waren in de eerste tijden de twee flinke daarvoor bestemde kamers ruim voldoende; maar weldra was het aantal studenten zóó vermeerderd en waren de inzichten, wat tot praktische oefeningen dienen moest, zoo geheel veranderd, dat het laboratorium geheel onvoldoende was. Wie toch nauwkeurige metingen wil verrichten en bij dezen den uitersten graad van nauwkeurigheid wil bereiken, moet al zijn aandacht kunnen concentreeren op zijn meetinstrumenten; in het vertrek, waar hij werkzaam is, moet geen geloop noch gepraat van anderen zijn, waardoor zijn aandacht wordt afgeleid; wat hij van hulptoestellen bij zijn proeven gebruikt, moet niet door anderen kunnen worden weggenomen; wat hij den eenen dag in elkaar zet moet den volgenden dag ongerept kunnen blijven staan. Onafwijsbaar is de eisch: ieder onderzoeker moet kunnen beschikken over een afzonderlijk vertrek, waar hij heer en meester is, waar hij zijn toestellen opstelt, en zoo noodig verandert, waar hij ongestoord zijn metingen kan verrichten onder de meest voordeelige omstandigheden.

Twee wegen stonden den nieuw benoemden directeur open om dit ideaal te verwezenlijken: óf een nieuw laboratorium aanvragen, óf het bestaande veranderen, zoodat door aan- en bijbouw, naarmate de behoefte zich deed gevoelen, de noodige ruimte te verkrijgen was. De laatste weg werd ingeslagen, als zijnde diegene, die het spoedigst tot het doel bracht. Van 1890 tot 1903 verrezen nieuwe lokalen. Toen ik zelf in 1895 op het laboratorium kwam werken, waren er nog slechts een paar

[p. 533]

bijgebouwd; in 1899, toen ik het laboratorium verliet, waren er nog verscheidene bijgekomen. Toen de oorlog me in Leiden terugbracht had het laboratorium zich nog verder uitgestrekt over een zijvleugel van een honderd meter lengte, waarin behalve werkplaatsen voor glas-, metaal- en houtbewerking ook de mechanische en elektrische krachtwerktuigen waren ondergebracht, en die uitliep op een gebouw voor theoretische natuurkunde. Sinds een jaar echter is de door het physische instituut bedekte oppervlakte bijna verdubbeld door de groote aanwinst, die het gevolg is geweest van het verhuizen van de chemische en anatomische laboratoria naar nieuwe gebouwen en het aanbouwen van een groot auditorium, waardoor nu aan de voorzijde het physisch instituut een gevel heeft gekregen van ruim 100 meter lengte. Het tegenwoordig ingenomen terrein heeft vrijwel den vorm van een driehoek nagenoeg van een halve hectare oppervlakte, en omsluit bijna het physiologisch instituut, in afwachting dat ook dit wellicht bezwijken zal voor de behoeften van het alles verslindende monster. Maar voor afzienbaren tijd althans staat aan de verdere noodige trapsgewijze ontwikkeling en uitbreiding van het kryogeen laboratorium niets in den weg.

De inrichting van een kryogeen laboratorium, bestemd voor het onderzoek der verschijnselen en der eigenschappen van de stof bij lage temperaturen - en onder lage temperaturen verstaat men gewoonlijk het gebied van temperaturen dat alleen met behulp van vloeibare gassen te bereiken is, en dat ligt tusschen - 20^oC. ongeveer en het absolute nulpunt (-273^oC.) - en het bedrijf van zoo'n laboratorium berusten op de doelmatige oplossing van de volgende drie vragen:

1^o	Hoe kan men lage temperaturen verwezenlijken?
2^o	Hoe kan men ze standvastig houden?
3^o	Hoe kan men ze meten?

In het licht onzer tegenwoordige kennis bekeken, schijnen de twee eerste vragen zeer gemakkelijk te beantwoorden. Wanneer men namelijk beschikt over een vluchtige, d.w.z. verdampende vloeistof, dan kan men daarmede binnen bepaalde grenzen alle mogelijke temperaturen verwezenlijken en constant houden. Het is inderdaad voldoende die vloeistof door warmtetoevoer te laten koken onder een bepaalden standvastigen druk. We weten

[p. 534]

immers, dat zoolang de druk standvastig blijft het kookpunt ook een volkomen vast punt is voor een zuivere stof, en dat men door dien druk te wijzigen ook het kookpunt naar willekeur veranderen kan: het stijgt wanneer men den druk opvoert, het daalt wanneer men den druk verlaagt. Neem b.v. water, dat onder den druk van 1 atmosfeer bij 100^oC. kookt; bij hoogere drukken vertoont het hoogere kookpunten, terwijl het onder de luchtpomp bij gewone temperatuur aan het koken gebracht kan worden en zelfs daarbeneden het kookverschijnsel blijft vertoonen totdat het bij 0^oC. ongeveer onder een druk van nog slechts 4 mm. kwik in ijs overgaat; dan is het zoogenaamde tripelpunt bereikt, dat weinig van het gewone, normale vriespunt verschilt.

Een nog vluchtiger vloeistof, zooals ether, kan aldus bij nog lager temperatuur aan het koken worden gehouden. Daarbij is het niet eens meer noodig kunstmatig te verhitten, omdat de stralende warmte, die van de omringende voorwerpen komt, het kookproces onderhoudt; men moet veeleer de warmte zooveel mogielijk buitensluiten, opdat de verdamping niet te snel zou geschieden; anders zou het te moeilijk kunnen zijn den druk laag te houden.

Was het nu mogelijk een vloeistof in den vloeibaren toestand te houden tot bij de laagste temperaturen en den zich bij de verdamping vormenden damp steeds in afdoende mate te verwijderen, dan zou men door vermindering van druk het absolute nulpunt kunnen bereiken, en door regeling van dien druk iedere willekeurige temperatuur kunnen tot stand brengen en in stand houden. Het feit echter, dat iedere vloeistof bij een bepaalde temperatuur vast wordt, stelt een onderste grens aan de reeks temperaturen, die met behulp van een bepaalde vloeistof bereikt kunnen worden. Ook zijn er praktische bezwaren aan verbonden een vloeistof te laten koken onder een druk hooger dan één atmosfeer, zoodanig dat het gewone kookpunt als bovenste grens kan worden beschouwd van die reeks temperaturen, en zoo ligt dan de reeks temperaturen, die men met een bepaald vloeistof kan bereiken, ongeveer tusschen de gewone kook- en vriespunten van die vloeistof. Liggen die punten laag genoeg - en zulks is juist het geval met vloeibaar gemaakte gassen -, dan is de vloeistof voor een kryogeen laboratorium geschikt.

[p. 535]

Met een enkele vloeistof kan men natuurlijk niet volstaan, en aangezien de kook- en vriespunten van een vloeistof in 't algemeen des te lager liggen naarmate de vloeistof vluchtiger is, ligt het voor de hand eenige vloeistoffen uit te kiezen met steeds hoogeren vluchtigheidsgraad, en wel zóó dat het kookpunt van een volgende vloeistof nagenoeg samenvalt met het vriespunt van de voorgaande. En waar nu het aantal stoffen, dat de scheikunde ons heden ten dage heeft leeren kennen, bijzonder groot is, lijkt het wel niet moeilijk tusschen al die stoffen een geschikte keuze te doen. Intusschen, die keuze wordt beperkt ten eerste door de overweging dat men over betrekkelijke aanzienlijke hoeveelheden vloeistof moet kunnen beschikken, zoodat de vloeistoffen niet al te kostbaar mogen zijn; in de tweede plaats is het niet wenschelijk te werken met stoffen die schadelijk of gevaarlijk zijn.

In Leiden heeft men zijn keuze bepaald tot de volgende stoffen:

	Kookpunt	Vriespunt	Kritisch punt
Chloormethyl	- 24^oC.	- 91^oC.	+ 143^oC.
Stikstofoxydule	- 90	- 102	+ 36
Aethyleen	- 103	- 169	+ 10
Methaan	- 164	- 183	- 83
Zuurstof	- 183	- 218	- 119
Neon	- 246	- 249	- 228
Waterstof	- 253	- 259	- 240
Helium	- 269 lager dan	- 272	- 268

De vijf eerste stoffen sluiten, zooals men ziet, op geschikte wijze aan elkander aan; voor de vier laatste is dat niet meer het geval: in dat gebied van zeer lage temperaturen beschikt men niet meer over een voldoend aantal stoffen om een volkomen aaneengeschakelde reeks te kunnen vormen.

De stoffen waarvan hier sprake is zijn gassen, d.w.z. bij gewone kamertemperatuur en onder een druk van 1 atm. zijn ze gasvormig. Het zijn dus geen gewone vloeistoffen, die men in een flesch of vat kan bewaren en in een kookvat overgieten om daarin door verhitting tot koken te worden gebracht. Men bewaart ze in koperen of stalen bussen, waarin ze tot op verscheidene atmosferen, soms tot een paar honderd atm. toe samengeperst zijn, en zelfs daarin zijn alleen de twee eerste

[p. 536]

stoffen bij gewone temperatuur tot vloeistof verdicht. Waarom? Omdat er voor iedere stof een kenmerkende temperatuur bestaat, waarboven ze niet meer door samenpersing in den vloeibaren toestand gebracht kan worden; dat is de kritische temperatuur. Ligt die kritische temperatuur boven de gewone kamertemperatuur, dan kan de stof onder druk als vloeistof worden bewaard; volgens de voorgaande tabel, waarin in de laatste kolom de kritische temperaturen aangegeven zijn, is dat alleen voor de twee eerste stoffen het geval.

De andere stoffen bevinden zich in de bussen, waarin men ze bewaart, als sterk samengeperste gassen, die men, om ze tot vloeistof te verdichten eerst moet afkoelen tot beneden de kritische temperatuur; voor aethyleen behoeft men daarvoor niet veel lager te gaan dan gewone kamertemperatuur, maar de andere, het methaan en de volgende, moeten sterk afgekoeld worden. Dat afkoelen gebeurt doordat men het samengeperste gas uit de bus laat stroomen door buizen die gedompeld zijn in het voorgaande, reeds vloeibaar verkregen gas, dat men nu onder gewonen of beter nog, onder verlaagden druk laat koken, om aldus de gewenschte lage temperatuur te verkrijgen; zoo wordt aethyleen vloeibaar gemaakt in kokend chloormethyl, methaan in kokend aethyleen, zuurstof in kokend methaan. En omdat nu aldus de lage temperaturen trapsgewijze worden verkregen door met behulp van een gas het volgende te verdichten, en dit doet denken aan een waterval, die van schrede tot schrede lager daalt, heeft men aan die methode van verwezenlijking van lage temperaturen den naam van cascademethode gegeven. Zij werd verzonnen door Raoul Pictet.

Iedere stof nu doorloopt een kringloop of cyclus, waarbij ze de voorraadsbus verlaat om in het kookvat van het voorgaande gas tot vloeistof te condenseeren, daarna overgebracht wordt in het eigen kookvat, waarin een zuigpomp een voldoenden graad van verdunning onderhoudt door de dampen weg te voeren, terwijl een aan de zuigpomp gekoppelde perspomp die dampen weer samendrukt en in de voorraadsbus terugperst. De voor zoo'n circulatie noodige voorraad is vrij gering, en afgezien van onvermijdelijke kleine verliezen door lekken vermindert die voorraad niet.

Het lokaal waarin deze kringloopen worden volbracht ver-

[p. 537]

toont dus twee soorten van toestellen: de pompen (zuig- en perspompen) en de zoogenaamde liquefactoren (kook- en verdichtingsvaten).

Het cascadeproces laat niet toe lager temperaturen te bereiken dan - 218°. De methode van Piotet, hoe voortreffelijk ook, weigert van zuurstof af den dienst, omdat de stof die in de reeks der kritische temperaturen op zuurstof volgt, het neon, een kritische temperatuur heeft die lager ligt dan het tripelpunt van zuurstof. Om dit gas, en ook de volgende vloeibaar te maken, moet men een andere methode toepassen, de ontspanningsmethode, berustende op het zoogenaamde Joule-Kelvin effect.

Laat men een glas onder standvastigen druk door een nauwe opening stroomen, en wel zoo, dat er tusschen de beide ruimten vóór en na de opening een aanmerkelijk drukverschil is, dan neemt men in 't algemeen aan de zijde der lage drukking een afkoeling waar. Dit door Joule en Kelvin ontdekte en naar hen genoemde verschijnsel werd door Linde toegepast op het vloeibaar maken van lucht, uitsluitend door expansie, waarbij dan de ontspannen en afgekoelde lucht de toestroomende samengeperste lucht vóórkoelt; dit is de zoogenaamde regeneratie - methode.

Deze methode is ook op neon, waterstof en helium toe te passen, niet echter bij gewone temperatuur, want bij gewone temperatuur worden die gassen door expansie juist warmer, en eerst beneden een zekere temperatuur, waarbij het Joule-Kelvin effect van teeken verandert (de zoogenaamde inversie-temperatur), vertoonen die gassen bij uitzetting de gewone afkoeling. Die inversietemperatuur ligt voor waterstof bij - 80°, zoodat het voldoende is waterstof in vloeibare lucht vóór te koelen om er het regeneratieproces op te kunnen toepassen. En zoo wordt ook helium door toepassing der regeneratiemethode vloeibaar na vóórkoeling in kokende waterstof. Zijn eenmaal door die methode waterstof en helium en ook neon (maar men vindt het praktischer dit laatste gas rechtstreeks in vloeibare waterstof te condenseeren als vaste stof, waarna men het laat smelten) vloeibaar gekregen, dan laat men ze een kringloop doorloopen evenals de voorgaande gassen.

Tot dusverre heb ik alleen gesproken over de toestellen, die

[p. 538]

noodig zijn om de gassen vloeibaar te maken. Om nu echter in deze vloeibare gassen, bij de lage temperaturen die men er mede kan bereiken, metingen te kunnen verrichten, heeft men toestellen noodig, die speciaal ingericht zijn om de temperatuur van een vloeibaar gas een aantal uren achtereen constant te houden, en die tevens op doeltreffende wijze de stoffen kunnen bevatten, waarvan men de eigenschappen bij lage temperatuur wil bestudeeren. Deze toestellen, die men kryostaten noemt, in tegenstelling met de thermostaten waarin hoogere temperaturen standvastig worden gehouden, zijn tegenwoordig de hoofdtoestellen in het kryogeen laboratorium; want, was vroeger het vloeibaar maken der gassen, dus het construeeren van doelmatige liquefactoren het probleem, thans is het anders: nu de methoden van het vloeibaar maken van alle gassen wetenschappelijk gemeengoed zijn geworden en men de techniek van het vloeibaar maken goed beheerscht - althans te Leiden -, treedt de vraag naar nauwkeurige physische metingen sterk op den voorgrond en daarmede de behoefte aan kryostaten, die aan hooge eischen moeten voldoen, namelijk het constant houden der temperatuur tot op 0°, 01 gedurende vele uren.

De mate waarin de standvastigheid der temperatuur wordt verkregen hangt af van de mate waarin de zuigpompen den druk constant vermogen te houden in de kookvaten, en, zullen de pompen goed werken, dan mag het koken der vloeistof niet snel geschieden. Nu wordt het koken der vloeistof onderhouden door de warmte die van zelf, van buiten toestroomt, door geleiding of door straling, en die warmtetoevoer moet zoo gering mogelijk worden gemaakt, door tusschen de kryostatische vloeistoffen en de veel warmere omgeving stoffen te plaatsen, die de warmte slecht geleiden en de straling tegenhouden.

Het vraagstuk, om den warmtetoevoer van buiten binnen enge perken te houden en zoodoende de snelle verdamping van de vloeistof tegen te gaan, is praktisch opgelost door de geniale vinding van Dewar, de verzilverde vacuumglazen, die in de bekende thermosflesschen eene huiselijke toepassing hebben gevonden. Een hoog vacuum is de slechtste warmtegeleider dien we kennen en bij de door Dewar uitgevonden dubbelwandige vacuumglazen wordt van deze eigenschap gebruik gemaakt, door de ruimte tusschen de beide wanden praktisch volkomen ledig

[p. 539]

te maken. Om toevoer van warmte door straling te vermijden zijn de wanden bovendien verzilverd. In Leiden zijn dan ook sinds jaren uitsluitend verzilverde vacuumglazen als kryostaatglazen in gebruik.

Men heeft uit de bovenstaande tabel kunnen zien, dat er twee temperatuurgebieden zijn die door de kringloopen niet woorden bereikt, de gebieden tusschen - 218 en - 253° (het kleine, weinig belangrijke gebied der neontemperaturen is daarbij niet in aanmerking genomen en tusschen - 259 en - 269. Om de eerste leemte althans gedeeltelijk aan te vullen werd de mogelijkheid overwogen van den bouw van een bad, waarin waterstof onder druk zou koken, maar tot dien bouw werd niet overgegaan; te veel bezwaren zouden daaraan verbonden zijn geweest. Na verschillende pogingen gelukte het ten slotte Kamerlingh Onnes volgens een door hem aangegeven beginsel een waterstofdampkryostaat te construeeren; deze berust hierop, dat de experimenteerruimte op constante temperatuur wordt gehouden door een stroom gasvormige waterstof, overhitte damp, waarvan de temperatuur door automatische regeling van een electrischen stroom in een draad op een bepaalde hoogte wordt gehouden. Ook deze kryostaat bleek aan de te Leiden gestelde eischen omtrent standvastigheid der temperatuur te kunnen voldoen.

De tweede gaping in de reeks der voor metingen beschikbare temperaturen, die welke loopt van - 259° tot - 269°, is tot dusverre niet overbrugd. Die overbrugging zou, principieel gesproken, mogelijk zijn met behulp van een heliumdampkryostaat geheel naar het model vavn den waterdampkryostaat, maar de technische moeilijkheden schijnen nog te groot te zijn om voorloopig aan de constructie daarvan te kunnen denken.

En nu de meting der temperaturen. Natuurlijk geschiedt deze met behulp van thermometers. Niet echter met de gewone, huiselijke kwikthermometers, die al spoedig wegens het bevriezen van het kwik buiten dienst zijn; zelfs niet met andere vloeistofthermometers, maar met gasthermometers, d.w.z. met toestellen waarbij de druk van een gas, en wel een gas met geringe dichtheid, als maat voor de temperatuur wordt genomen. Het gebruik van een gasthermometer is evenwel omslachtig, en het toestel is weinig geschikt om de temperatuur te meten in een

[p. 540]

kleine ruimte. Nu kan men echter thermometers construeeren berustende op de verandering van een geschikt waarneembare en meetbare eigenschap met de temperatuur, mits vooraf met behulp van een gasthermometer de veranderlijkheid van die eigenschap met de temperatuur is bestudeerd; een zoodanige eigenschap is de electrische weerstand van een metaaldraad, b.v. een platinadraad. Men gebruikt dan ook bij voorkeur weerstandsthermometers; deze moeten echter vooraf zijn geijkt door vergelijking met een gasthermometer, want deze stelt de temperatuurschaal vast. Maar nu stuit nog de vaststelling der temperatuurschaal bij zeer lage temperatuurgraden op moeilijkheden, doordat het gas ten slotte zelf vloeibaar wordt; men ontgaat deze moeilijkheid zooveel mogelijk door helium als thermometrisch gas te gebruiken, maar in het gebied, dat binnen den laatsten graad van het absolute nulpunt is gelegen, doet zelfs de heliumthermometer geen dienst meer, en zoo is dan ook het vraagstuk van de nauwkeurige meting der temperaturen in de onmiddellijke nabijheid van het absolute nulpunt nog niet opgelost, al begrijpt men reeds dat men daar gebruik zal moeten maken van een thermometer berustende op de meting van de dampspanning van helium.

Een onschatbaar, ja onmisbaar voordeel is het, wanneer in het laboratorium zelf een goede instrumentmakerswerkplaats bestaat, waar de onderzoeker zijne toestellen als het ware onder zijne oogen kan zien opbouwen, raad kan geven bij moeilijkheden gedurende de uitvoering zelf of, zoo hij het wenscht, wijzigingen in zijne plannen kan aanbrengen. De onderzoeker heeft dus de hulp van den instrumentmaker dringend noodig, en alleen door voortdurende samenwerking tusschen beiden is wetenschappelijk onderzoek mogelijk. Waar nu metaal, glas en hout de hoofdbestanddeelen van elk toestel uitmaken, is het noodig dat aan een goed ingericht physisch laboratorium verbonden zijn een werkplaats voor metaalbewerking en een timmermanswerkplaats, een glasblazerij, benevens een smederij. Door deze overwegingen geleid heeft Kamerlingh Onnes aan zijn laboratorium werkplaatsen verbonden en deze gaandeweg verbeterd, en bij iedere uitbreiding van het laboratorium werd de noodige aandacht aan uitstekend ingerichte instrumentmakerswerkplaatsen

[p. 541]

geschonken, zoodat deze thans als modelinrichtingen beschouwd kunnen worden. De werkplaatsen voor fijne bewerking durven ieder probleem aan, hoe ingewikkeld ook, en de glasblazerij is op het gebied van vervaardigen van vacuumglazen en buizen zoo gespecialiseerd, dat daar kunstproducten worden gewrocht, die in geen andere glasblazerij te verkrijgen zouden zijn.

Maar wil de werkplaats aan haar doel beantwoorden, ook als er een aantal onderzoekers tegelijkertijd in het laboratorium werkzaam zijn, dan is het vooral van belang over een groot aantal werkkrachten te kunnen beschikken. Dit behoeven niet allen volleerde werklieden te zijn: er zijn altijd vele kleinere werkzaamheden te verrichten, die ook aan minder geoefende handen kunnen worden overgelaten. Dat aan deze eischen door de werkplaatsen te Leiden in ruime mate wordt voldaan is daaraan te danken, dat er getracht wordt deze werkplaatsen ook voor de gemeenschap nuttig te doen zijn, nl. als opleidingsschool voor vakmannen. De ambachtsscholen toch leveren jaarlijks een aantal jongelieden, die niets liever wenschen dan zich praktisch en dikwijls ook theoretisch verder te ontwikkelen in technische richting. Voor hen is een plaatsing in de instrumentmakerswerkplaats van een natuurkundig laboratorium van groote waarde. Immers de groote verscheidenheid van het werk brengt mede, dat de leerlingen in korten tijd veel ondervinding opdoen. Het werkt voor hen aanmoedigend, dat de door hen vervaardigde voorwerpen dadelijk in gebruik kunnen worden genomen en op hunne deugdelijkheid kunnen worden beproefd. In een laboratorium als dat te Leiden, met zijne uitgebreide installatie van electrische en andere krachtwerktuigen, krijgen ze veel te zien dat hen later te pas komt. En terwijl ze zoo overdag hun tijd nuttig gebruiken, bezoeken ze 's avonds een school waar ze theoretische kennis opdoen, een school gesticht door het Genootschap Mathesis Scientiarum Genitrix, waaraan onder andere een uitgebreide cursus in electrotechniek is verbonden, die ook al aan het initiatief van Kamerlingh Onnes zijn ontstaan te danken heeft.

De werkplaatsen voldoen aldus aan een algemeen gevoelde behoefte naar méér gelegenheid tot opleiding in technische richting, als voortzetting van het onderwijs aan ambachtsscholen. Dat zij werkelijk aan een behoefte voldoen wordt bewezen

[p. 542]

door het groot aantal liefhebbers dat zich telkens voor een opengevallen plaats aanmeldt - want het aantal plaatsen is beperkt, al neemt het steeds toe -, waardoor het ook mogelijk is uitsluitend goede leerlingen aan te nemen; het blijkt ook uit het groot aantal der leerlingen die, de werkplaatsen verlatende, in allerlei door hen gewenschte betrekkingen worden aangesteld, b.v. als bedrijfschef in een industrie of als praeparator in een inrichting voor onderwijs, niet alleen in Nederland, maar ook in het buitenland.

Het feit dat aan zoo'n groot laboratorium uitgebreide krachtinstallaties zijn verbonden maakt het mogelijk ook leerlingen te bekwamen in de behandeling van motoren. Onder leiding van een bekwaam machinist wordt hun geleerd den stoomketel te stoken, de stoommachines, gasmotoren, dynamo's, electromotoren, schakelborden en accumulatorenbatterijen te behandelen, en ondervinding op te doen in het monteeren van toestellen en aanleggen van leidingen. De leerlingen, die zulks wenschen, kunnen in iedere afdeeling eenigen tijd doorbrengen en aldus een bewijs leveren van hun aanleg om met werk, dat hun in den aanvang geheel vreemd is, spoedig vertrouwd te geraken. Wanneer ze uit de werkplaatsen treden, zijn ze tot alles in staat. Ook voor teekenen en meer speciale laboratoriumwerkzaamheden, zooals fotografeeren, worden steeds eenige leerlingen aangewezen.

Om het voortbestaan van dit opleidingsstelsel te verzekeren werd in 1900 gesticht een Vereeniging tot bevordering van de opleiding tot instrumentmaker, welke zich bezig houdt met alles wat de opleiding in de werkplaatsen van het natuurkundig laboratorium te Leiden betreft, door het aanstellen van goede leerkrachten, verstrekken van beurzen, afnemen van examens en uitreiken van diploma's.

De Russische hoogleeraar de Metz, die in 1900 het laboratorium bezocht, schreef daarna in een verslag: ‘Zulk een inrichting is ongetwijfeld uitstekend. Slechts op die wijze is het mogelijk goede instrumentmakers te vormen. Het schijnt me toe, dat het nuttig zoude zijn dit voorbeeld bij ons te volgen, waar het zoo moeilijk is zelfs tegen goede betaling een goeden instrumentmaker te vinden.’

Een Belg kan het hem heden ten dage nog nazeggen.

[p. 543]

In 1905 werd op bescheiden schaal begonnen met het inrichten van vacantiecursussen voor instrumentmakers en glasblazers. Die cursussen kwamen eerst tot volledigen bloei en ontwikkeling in 1908, toen een programma was opgemaakt en verspreid en de gelegenheid tot deelnemen ook in 't buitenland was bekend gemaakt. Het aantal deelnemers nam steeds toe en zelfs uit vreemde landen komen nu laboratoriumbedienden, studenten, geleerden zelfs om de cursussen te volgen.

Het bedrijf van zoo'n laboratorium is natuurlijk niet zonder gevaar, en, behalve dat het personeel natuurlijk verzekerd is tegen ongevallen, evengoed als op iedere fabriek of werkplaats, en ook de gewone veiligheidsmaatregelen in acht worden genomen in verband met brandgevaar enz., moesten bijzondere maatregelen genomen worden in verband met den aard van het bedrijf zelve: het werken onder hooge drukken en het gebruik van niet altijd ongevaarlijke gassen. Waterstof b.v. is een zeer licht brandbaar, en dus gevaarlijk gas; gevaarlijk vooral wanneer men werkt met kilogrammen van deze stof. Overigens zijn ook andere gebruikte stoffen: het chloormethyl, het aethyleen, het methaan, alle organische stoffen, niet geheel zonder gevaar. Van den beginne af heeft nu Kamerlingh Onnes door het consequent toepassen van veiligheidsmaatregelen volgens een rationeel systeem er voor gezorgd, dat zich in het Leidsche laboratorium in dat opzicht langzamerhand een traditie vormde, zoo krachtig, dat na eenigen tijd zoowel het wetenschappelijk als het technisch personeel niet beter wist, of dat behoorde alles zoo te zijn, en er zich over verwonderd zou hebben als het elders anders was. Nooit een vlam of vonk in een lokaal, waarin zich brandbare gassen bevinden, veiligheidskleppen op de gasleidingen, spiegelruiten en ijzergaas om glazen buizen waarin gas samengeperst wordt, of om groote glazen vaten die leeggepompt zijn, de oogen bovendien beschermd met een bril. Om het gevaar van het ontploffen van bussen met samengeperste gassen in geval van brand te voorkomen, worden deze bussen voorzien van een afsluitplaatje uit gemakkelijk smeltbaar metaal. Ziedaar een aantal veiligheidsmaatregelen waarvan de toepassing wel eens veel tijd en werk kostte en constructieve moeilijkheden opleverde, doch die tegenwoordig als 't ware

[p. 544]

automatisch toegepast worden. Het Leidsche laboratorium mag er dan ook trotsch op zijn, dat er in de 40 jaren dat het bestaat, geen enkel ernstig ongeluk is gebeurd; de haast onvermijdelijke kleine verwondingen in de instrumentmakerswerkplaatsen en glasblazerij mogen wel buiten rekening worden gelaten.

Ik behoef haast niet te zeggen dat aan zoo'n groote inrichting een talrijk personeel verbonden is. In September 1924 moest Kamerlingh Onnes als directeur aftreden, omdat hij de leeftijdsgrens van 70 jaar had bereikt. Thans zijn aan het hoofd twee directeuren, elk meester in zijn eigen afdeeling: de professoren W.H. Keesom en W.J. de Haas, de eerste voor onderzoekingen op het gebied der mechanische verschijnselen, de tweede voor onderzoekingen op het gebied van electromagnetisme en stralingen. Het laboratorium heeft verder een onderdirecteur, die den schakel vormt tusschen de directeuren en het technisch personeel; hij is de technische directeur van het instituut en is belast met het geldelijk beheer. Verder is er een conservator, een soort wetenschappelijk onderdirecteur, en als secundair wetenschappelijk personeel zijn er 11 assistenten.

Het hoogere technische personeel bestaat in de eerste plaats uit een bedrijfschef, een man die nu reeds 30 jaren aan het laboratorium is verbonden, en er mede is opgegroeid. Hij is de man, die de technische moeilijkheden uit den weg ruimt: de moeilijkst te construeeren toestellen zijn niet alleen onder zijn leiding gebouwd, maar grootendeels door hem ontworpen. Zooals zijn titel het aanduidt, wordt het geheele bedrijf van het kryogeen laboratorium door hem geleid en het is voor een groot deel aan zijn constructief talent, zijn groote vindingrijkheid te danken dat het laboratorium geworden is wat het is. Daarnaast staan een hoofdinstrumentmaker, een hoofdglasblazer, een eerste machinist; daaronder drie praeparatoren en een groot aantal (een twintigtal) leerjongens.

Ik mag deze beschrijving van het laboratorium niet besluiten zonder nog een enkel woord te spreken over de praktische oefeningen in de natuurkunde, die door Kamerlingh Onnes werden opgevat als een voorbereiding tot zelfstandig wetenschappelijk onderzoek. Volgens hem moeten die oefeningen in het

[p. 545]

begin bestaan in het verrichten van eenvoudige waarnemingen volgens aangegeven methoden met weinig samengestelde instrumenten. De aanstaande natuuronderzoeker verricht op die wijze nog geen zelfstandig werk, maar hij leert waarnemen en instrumenten behandelen. Zoo heeft Kamerlingh Onnes sinds jaren een school van jonge, vooral op experimenteel gebied werkzame, physici kunnen vormen, waarvan verscheidene collega's van hem geworden zijn; de twee tegenwoordige directeuren zijn leerlingen van hem. In 1904 en 1922 weerden feestbundels uitgegeven als herdenking van zijn 25-jarig doctoraat en zijn 40-jarig professoraat. De werken daarin samengebracht leggen er getuigenis van af met welk schitterend succes zijn streven bekroond is geworden.

Het Leidsch kryogeen laboratorium is meer geworden dan alleen een sieraad der Leidsche Universiteit: het wordt over de geheele wereld erkend als een van de belangrijkste middelpunten van wetenschappelijk onderzoek. Aangetrokken door de hulpmiddelen die het hun bood, en bovenal door de hulpvaardigheid en de gastvrijheid van den stichter, ‘le gentleman du froid’ zooals een Fransch collega hem heeft genoemd, kwamen tal van natuurkundigen uit verscheidene, soms verre landen naar Leiden, jongeren om er leiding en voorlichting te zoeken, ouderen om hunne denkbeelden op de proef te stellen, veelal ook om in samenwerking met Kamerlingh Onnes moeilijke vraagstukken van fundamenteel belang ter hand te nemen. Er zijn tijden geweest, dat men in het oude gebouw een bonte verscheidenheid zag van onderzoekers, ook van nationaliteiten die elkander later zouden bevechten. Het is zeer te hopen, dat die tijden zullen terugkeeren, en dat het laboratorium in de toekomst die nationaliteiten weer eendrachtig en in vriendschappelijk overleg zal zien samenwerken om de problemen der moderne physica op te lossen.

Prof. Dr. J.E. VERSCHAFFELT