Het toeval van de werkelijkheid

Een halve eeuw natuurkunde

[p. 295]

9. Industrie en wetenschap na de tweede wereldoorlog

Ik heb getracht uit te leggen waarom ik niet wil schrijven over de geschiedenis van het Philipslaboratorium gedurende de tijd waarin ik directeur was. Misschien dat een ander dit later zal kunnen doen, maar voorlopig kan ik lezers die daar meer van willen weten alleen verwijzen naar publikaties in vaktijdschriften en naar het Philips Technisch Tijdschrift,¹ dat probeert een overzicht te geven van de resultaten van het Natuurkundig Laboratorium op een niveau dat ook voor niet-specialisten begrijpelijk is. Dit hoofdstuk heeft een ander doel.

Sinds de tweede wereldoorlog zijn onze kennis en begrip van de natuurverschijnselen enorm toegenomen. Datzelfde geldt minstens evenzeer voor ons technisch kunnen. Ik wil laten zien dat deze technologische vooruitgang voornamelijk berustte op vooroorlogse fundamentele kennis, maar dat de naoorlogse vooruitgang in fundamentele kennis niet mogelijk zou zijn geweest zonder naoorlogse technologie. Deze bewering kan ik niet waarmaken zonder enigszins in te gaan op technische details en de opmerkingen die ik maakte in de inleiding tot hoofdstuk 2 gelden ook hier.^*

Ik zal deze relaties tussen wetenschap en industrie eerst in het algemeen, en dus noodzakelijkerwijze oppervlakkig, bespreken. Daarna zal ik enkele voorbeelden uit het Natuurkundig Laboratorium behandelen die mijn algemene stelling illustreren. In zekere zin is ook mijn eigen carrière een illustratie. Want, wat ook mijn tekortkomingen als directeur van het laboratorium mogen zijn geweest, ze berustten niet op het onloochenbare feit dat ik de

1 Zie ook An Anthology of Philips Research (red. H.B.G. Casimir en S. Gradstein), N.V. Philips Gloeilampenfabrieken, Eindhoven 1966, ter gelegenheid van hun 75ste verjaardag.

* In dit hoofdstuk worden enkele dingen herhaald die ook voorkomen in Appendix B. Dat is begrijpelijk: sommige ontwikkelingen die omstreeks 1930 begonnen gaan nog steeds door.

[p. 296]

latere ontwikkelingen in de fundamentele wetenschap maar zeer gedeeltelijk had gevolgd. Voor mijn werk als leider van een industrielaboratorium was mijn fundamentele kennis nog wel voldoende.

Algemene beschouwing

‘Want per slot van rekening, wat is de mens in de stoffelijke wereld? Een niets vergeleken bij de oneindigheid, een alles vergeleken met niets, een middending tussen alles en niets.’² Deze woorden van Pascal zijn vandaag nog even toepasselijk als toen ze werden geschreven, misschien zelfs nog toepasselijker, of laat ik liever zeggen, ze krijgen nu een meer concrete inhoud. In de eeuw van Pascal begon het gebied van astronomische waarneming te groeien: in 1610 publiceerde Galilei zijn Sidereus Nuncius, waarin hij de wonderbaarlijke dingen beschrijft die men met een verrekijker te zien kan krijgen. Hooke's Micrographia, dat op analoge wijze het gebied van de microscopie openlegde, werd in 1665 gepubliceerd.^*

Het leven van Pascal (1623-'62) valt tussen deze twee publikaties, waarvan de eerste naar de grote, de tweede naar de kleine dingen wijst. Onze aarde maakt deel uit van ons zonnestelsel, dat op zijn beurt deel uitmaakt van ons melkwegsysteem. Duizenden en duizenden van melkwegsystemen zijn ingebed in het heelal. De microscoop brengt cellen en bacteriën aan het licht, de elektronenmicrosoop toont verrassende details van hun structuur. Atomen zijn tienduizend keer zo klein als bacteriën: in hoofdstuk 2 schreef ik over hun realiteit. Tienduizend keer kleiner dan het atoom is de atoomkern. Bij nog kleinere afmetingen hebben we een geheel nieuwe wereld van velden en efemere deeltjes ontdekt.

De krachtvelden die in deze gebieden overheersen zijn verschillend. De beweging van planeten en satellieten wordt beheerst door de zwaartekracht, de universele aantrekking tussen alle zware lichamen. Deze gravitatie kreeg een ander aanzien door Einsteins algemene relativiteitstheorie, een theorie waaruit ook het bestaan van zonderlinge dingen zoals zwarte gaten en van

2 Blaise Pascal: Pensées: ‘La place de l'homme dans la nature’.

* Uiteindelijk heeft onze landgenoot Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) meer bijgedragen tot de microscopie dan Hooke, maar de eerste van zijn lange reeks brieven aan de Royal Society werd in 1673 geschreven.

[p. 297]

een eindig maar uitdijend heelal kan worden geconcludeerd. Elektromagnetische krachten houden het atoom bijeen, binden atomen tot moleculen en zorgen voor de samenhang van vaste stoffen. Wij mensen leven in de doorsnijding van gravitatie en elektromagnetisme. De zwaartekracht zorgt ervoor dat onze atmosfeer bij de aarde blijft en houdt onze voeten op de grond; de grond zelf ontleent zijn stevigheid aan elektromagnetische wisselwerking tussen de atomen.

Binnen de atoomkernen werken geheel andere krachten: de sterke kernkrachten. Ook de elektrische krachten zijn echter van belang. In lichte atoomkernen overheersen de kernkrachten, maar in de uraankern is de ‘nucleaire’ aantrekking maar net voldoende om de elektrostatische afstoting van de protonen in bedwang te houden. Als er nog één neutron wordt ingeschoten, dan houden de kernkrachten het niet meer en de elektrostatische afstoting drijft de splijtstukken met enorme energie uiteen. Er bestaan ook zogenaamde zwakke kernkrachten. Die zijn verantwoordelijk voor een niet-elektrische wisselwerking tussen kernen en elektronen en spelen een essentiële rol bij bèta-radioactiviteit. Het is mogelijk gebleken elektromagnetische krachten en zwakke kernkrachten in één formalisme samen te vatten. Een werkelijke unificatie van alle krachtvelden is op het ogenblik dat ik dit schrijf nog niet gelukt. In zoverre is ons beeld van de stoffelijke wereld nog verre van volmaakt.

De voorgaande beschouwing leidt tot de volgende indeling:

Astrofysica en kosmologie
Natuurkunde van gassen, vloeistoffen, en vaste stoffen
Natuurkunde van moleculen en atomen
Kernfysica
Deeltjesfysica.

Laat ons nu de theorie iets nader beschouwen. Ik heb in een eerder hoofdstuk geprobeerd uit te leggen hoe het denkbeeld van energiequanta, eerst ingevoerd door Planck in verband met warmtestraling, door Einstein gegeneraliseerd en met succes toegepast op het fotoeffect en op de soortelijke warmte van vaste stoffen, door Bohr en anderen zeer veel verder werd ontwikkeld in verband met het onderzoek van atoombouw en van atoomspectra. Uiteindelijk leidde dit tot de geboorte van de quantummechanica.

[p. 298]

Vervolgens begon deze nieuwe quantummechanica haar toepassingsgebied uit te breiden: naar grotere systemen, zoals moleculen en de gecondenseerde materie (dat wil zeggen vloeistoffen en vaste stoffen); en ook naar kleinere objecten, naar atoomkernen. Tussen de ‘traditionele’ quantummechanica, dat is quantummechanica toegepast op atomen, moleculen en vaste stoffen, en quantummechanica toegepast op atoomkernen, bestaan twee belangrijke verschilpunten. Ten eerste: in de traditionele quantummechanica blijven de deeltjes bestaan. Een elektron blijft een elektron en zelfs een kern kan als een stabiel deeltje worden beschouwd, met een massa en een lading - mogelijkerwijze niet helemaal symmetrisch verdeeld - en een magnetisch moment. Met de mogelijkheid van radioactief uiteenvallen hoeft in het algemeen geen rekening te worden gehouden. Ten tweede: in de ‘traditionele’ quantummechanica kent men de wisselwerkingen. Het enige krachtveld dat in aanmerking hoeft te worden genomen is het elektromagnetische veld. Dat kan zich wel op diverse manieren manifesteren, als eenvoudige elektrostatische wisselwerking, als ‘plaatsruil wisselwerking’ (exchange interaction), en als Van der Waals-krachten (al of niet geretardeerd). Vrijwel alle natuurkundigen zijn ervan overtuigd, en ik geloof dat ze gelijk hebben, dat quantummechanica en elektromagnetisme in beginsel de gehele scheikunde behelzen. Ze weten ook dat men zelfs met de grootste computers alleen de eigenschappen van de eenvoudigste moleculen enigermate nauwkeurig kan berekenen. Toch zou een voldoende arrogante natuurkundige wel kunnen volhouden dat de gehele experimentele scheikunde niet anders is dan het bedrijven van een ‘analog computer’ om ingewikkelde Schrödinger-vergelijkingen voor veel deeltjes op te lossen. Zou men iets dergelijks ook voor de biologie kunnen beweren? Persoonlijk geloof ik dat niet, maar hierover bestaat verschil van mening.

In de kernfysica is de situatie anders. We kennen de krachten niet a priori, ze moeten worden afgeleid door de uitkomsten van berekeningen te vergelijken met experimentele resultaten. Deeltjes zijn niet onveranderlijk en hun aantal blijft niet constant. Een neutron kan veranderen in een proton onder uitstraling van een elektron, een proton kan veranderen in een neutron onder uitstraling van een positief elektron. Bij deze processen vindt dan ook nog uitstraling van een zeer moeilijk waarneembaar neutrino

[p. 299]

of antineutrino plaats. Een positief elektron zal vroeger of later een negatief elektron treffen en het paar zal verdwijnen onder uitzending van doordringende elektromagnetische straling, gammastraling. Een minder principieel, maar wel zeer belangrijk punt is dat de deeltjes in een kern zeer dicht op elkaar gepakt zijn, en benaderingsmethodes die voor atomen goed werkten kunnen niet worden toegepast. Het is dus niet verwonderlijk dat een nauwkeurige berekening van de eigenschappen van ingewikkelde atoomkernen nog niet mogelijk is.

In zoverre is er toch ook wel een zekere verwantschap tussen ingewikkelde moleculen en ingewikkelde atoomkernen: in beide gevallen is een nauwkeurige berekening van hun eigenschappen niet doenlijk. Er is ook een fundamenteel verschil. In het geval van de moleculen zijn de grondbeginselen waaruit we de eigenschappen niet kunnen berekenen veel beter bekend.

Ik noemde al even de wereld van velden en deeltjes die we in het sub-nucleaire aantreffen. Men spreekt ook wel van ‘hoge-energiefysica’ omdat men met tot zeer hoge energieën versnelde protonen of elektronen moet werken om deze wereld te ontsluiten.

Uitersten ontmoeten elkaar (‘Ces extrémités se touchent,’ schreef Pascal in zijn beschouwing over het oneindig kleine en oneindig grote). Veel in de astronomie en de kosmologie wordt beheerst door de zwaartekracht, maar de sterren zelf kunnen worden beschouwd als enorme fusiereactoren en in speculaties over het ontstaan van het heelal komen de nieuwste ideeën uit de deeltjesfysica in het spel.³

De onderverdeling van de natuurkunde in verschillende gebieden die ik boven heb aangeduid, is desalniettemin wel zinvol. Ook zullen maar weinig natuurkundigen werkelijk deskundig zijn op al deze gebieden, en een werkelijke unificatie is nog niet tot stand gebracht. Maar al erkent men de verschillen, men moet de onderlinge relaties en analogieën niet uit het oog verliezen. Niet alleen is de algemene methodologie van de natuurkunde steeds dezelfde maar er zijn ook allerlei wiskundige methodes en resultaten, die van het ene gebied naar het andere kunnen worden overgebracht. De wiskunde die werd ontwikkeld voor de beschrijving van mechanische (en akoestische) trillingen kon worden gebruikt om de oplossingen van de Schrödinger-vergelijking te vinden en omgekeerd hebben natuurkundigen die waren groot-

3 Verg. Steven Weinberg: The first three minutes, Fontana/Collins, paperback, Londen 1978.

[p. 300]

gebracht met golfmechanica, hun vaardigheden gedurende de tweede wereldoorlog met vrucht toegepast op de golfpijpen en trilholtes die worden gebruikt in radarapparatuur. Bijzondere oplossingen van niet-lineaire vergelijkingen - solitons - kunnen een belangrijke rol gaan spelen in diverse takken van de natuurkunde. Analogieën, bijvoorbeeld tussen hydrodynamische verschijnselen en verschijnselen uit de deeltjesfysica kunnen heuristische en zeker ook didactische waarde hebben. In Appendix B vermeld ik een analogie tussen halfgeleidertheorie en de theorie van positieve elektronen.

Hoe meer men echter in de details duikt, hoe groter de verschillen schijnen te worden. En de techniek is uiteindelijk geïnteresseerd in details. Niet zozeer in de grondslagen van de theorie van het ferromagnetisme maar in de eigenschappen van bepaalde magnetische materialen, om één enkel voorbeeld te geven. De natuurfilosoof moge streven naar eenheid in de wetenschap, de technicus zal het nuttig vinden vakgebieden te onderscheiden en daarbij zal hij vooral op toepasbaarheid letten.

Hebben recente ontwikkelingen van astronomie en kosmologie directe invloed op de techniek gehad? Zeker niet. Zelfs de ruimtevaart hoeft aan de astronomie niets anders te ontlenen dan, in principe eenvoudige, gegevens over de beweging van planeten en satellieten. (Die gegevens moeten wel erg nauwkeurig zijn.) Terzijde, ik vind de naam ‘kosmonaut’ voor de huidige ruimtevaarders weinig passend. Ik wil de vaardigheid, het uithoudingsvermogen en de durf van deze mensen niet onderschatten, maar van astronomisch standpunt gezien zijn hun uitstapjes niet meer dan bermtoerisme. Dan kan ik mijn jongste kleindochter nog beter globetrotter noemen, wanneer ze tot het eind van mijn terrein is gelopen, want dan heeft ze meer dan één honderdduizendste deel van de aardomtrek afgelegd. Een maanreiziger is niet verder gekomen dan een miljoenste van een miljoenste van de afmetingen van ons melkwegsysteem, en dat is weer een heel klein stukje van de kosmos. Hoe dan ook, ruimtevaart, waarnemingssatellieten, communicatiesatellieten hebben de resultaten van de moderne astronomie niet nodig. Het ziet er niet naar uit dat dit spoedig zal veranderen.

Iets dergelijks kan worden gezegd over de hoge-energiefysica. Je kunt erover twisten wanneer dat vak is begonnen. In 1932,

[p. 301]

toen het positief elektron werd ontdekt? Of in 1935 toen Yukawa een ‘zwaar elektron’ voorspelde? Kort daarop werden bij het onderzoek van kosmische stralen inderdaad deeltjes gevonden die ongeveer honderd keer zo zwaar waren als een elektron, maar ze hadden niet de door Yukawa gepostuleerde eigenschappen. Men zou daarom ook kunnen zeggen dat de deeltjesfysica pas na de tweede wereldoorlog begon, toen de pionen werden ontdekt, deeltjes waarvan de eigenschappen inderdaad overeenstemden met Yukawa's voorspellingen. Toen kwamen ook de grote versnellers in Berkeley, in Brookhaven en elders in bedrijf. Hoe dan ook, het vakgebied is in elk geval meer dan dertig jaar oud, het is snel gegroeid en is nog steeds snel groeiende. Toepassingen zijn echter nog steeds niet in zicht.

Alleen de kernfysica en de fysica van atomen en moleculen, gassen en gecondenseerde materie - samen de middenmoot van mijn lijstje - zijn van directe technische betekenis.

In mijn vijfde hoofdstuk heb ik het gehad over de opkomst van de kernfysica in de jaren dertig. Zelf heb ik daar nauwelijks aan meegedaan, maar in die tijd begon het Philipslaboratorium zich er wel voor te interesseren. Er werden versnellers gebouwd, er werden enige nieuwe kernreacties ontdekt, en zelfs verwierf Philips de Europese rechten en een niet-exclusieve Amerikaanse licentie onder de Fermi-octrooien. Dat alles gebeurde echter lang voordat ik bij Philips kwam.

De toepassingen van kernfysica zijn drieërlei: kernwapens (atoombommen), kernenergie, en radio-isotopen voor gebruik in medische therapie en diagnostiek en als algemeen analytisch hulpmiddel.

Het bestaan van kernwapens is een beslissende factor in de internationale politiek, hoewel hun gebruik tot nog toe beperkt is gebleven tot de twee bommen die Hiroshima en Nagasaki verwoestten. De hoop dat ze nooit weer zullen worden gebruikt is identiek met de hoop dat onze Westerse beschaving niet te gronde zal gaan. Het ‘geheim van de atoombom’ is, wat de principes betreft, al lang een publiek geheim, maar over details wordt zorgvuldig gewaakt. Dat betekent niet dat het bijzonder moeilijk is een atoombom te maken. Op zijn minst een half dozijn naties is daarin geslaagd en er zijn vele andere die het zeker zouden kunnen als ze het politieke besluit daartoe zouden nemen. Het bete-

[p. 302]

kent wel dat de invloed van kernwapentechnologie op andere takken van industrie gering is.

Het gebruik van kernenergie als warmtebron voor elektrische centrales heeft zich minder snel ontwikkeld dan men kort na de oorlog verwachtte en hoopte. Als men de balans opmaakt voor de paar honderd reactoren die in gebruik zijn of waren, dan ziet die er zowel wat de economische kant van de zaak als wat de veiligheid betreft gunstig uit, maar toch zitten er zowel aan de financiering als aan de brandstof-cyclus een aantal haken en ogen. In elk geval heeft de kernenergie aanleiding gegeven tot discussies, protesten, acties die zeker in ons land buiten alle proporties schijnen, gezien de bescheiden bijdrage van kerncentrales aan ons energiebestel. Tegenstanders kunnen echter niet geheel ten onrechte betogen dat ze door felle protesten tegen een vooralsnog vrij onschuldige situatie een toepassing op grote schaal, die ze funest achten, hopen te voorkomen. Veel natuurkundigen en technici zijn van mening dat een of andere vorm van kernenergie, waarbij men ook aan kweekreactoren en aan kernfusie moet denken, op lange termijn onontbeerlijk zal zijn voor de energievoorziening van de wereld. Tegenstanders vinden dit een verwerpelijke opvatting.

Radio-isotopen zijn interessant en nuttig. Ze spelen geen erg belangrijke rol in de industrie.

Om kort te gaan, kerntechnologie is een levensbelangrijke factor in de menselijke samenleving, niet wegens werkelijke toepassing, maar wegens de potentiële mogelijkheden. Ze is een ontwikkeling van na de tweede wereldoorlog. Kernfysica begon al voor 1900 en kwam tot grote bloei in de jaren dertig. De belangrijke kernreacties die aan de kerntechnologie ten grondslag liggen werden al voor 1940 gevonden. Ongetwijfeld had de kerntechnologie veel nauwkeuriger gegevens over deze processen nodig, maar ze gebruikt maar een zeer klein gedeelte van de enorme hoeveelheid gegevens over energieniveau's, uitstralingen, levensduren van meer dan duizend verschillende kernen, gegevens die sinds de tweede wereldoorlog vlijtig zijn bijeengegaard door experimentatoren onder gebruikmaking van steeds geraffineerdere en steeds meer presterende apparatuur, gegevens die gedeeltelijk zijn verklaard door theoretici onder gebruikmaking van steeds diepzinniger wiskundige begrippen en steeds meer presterende computers.

[p. 303]

Alle andere technische vooruitgang - op het gebied van de levenloze materie wel te verstaan - berustte op verschijnselen binnen de greep van wat ik ‘traditionele’ quantummechanica noemde en van de macroscopische theorie, die daarvan een grensgeval is. Zoals ik in vorige hoofdstukken uiteenzette hadden aan het begin van de jaren dertig de beginselen van de quantummechanica en haar toepassingen al een tamelijk definitieve vorm gekregen. De meest fundamentele uitbreiding van de theorie van na de oorlog en betrekking hebbende op dit ‘traditionele’ gebied, was de schepping van de quantumelektrodynamica - de zogenaamde renormalisatietheorie - aan het eind van de jaren veertig en het begin van de jaren vijftig.⁴ Deze theorie leidt tot kleine, maar nauwkeurig meetbare correcties van energieniveau's en van het magnetisch moment van het elektron, maar deze zijn voor zover ik zie van generlei belang voor welke toepassing dan ook. (Dat zou natuurlijk nog weleens kunnen veranderen.) Overigens zijn ontwikkelingen van na 1945 een nadere uitwerking van bekende grondbeginselen of de wiskundige oplossing van problemen die op grond van deze beginselen konden worden geformuleerd.

Nu loop ik wel het gevaar dat men mij voor een oude man zal uitmaken, die mijmert over het verleden en niet beseft wat er allemaal in latere jaren is gebeurd. Laat ik daarom meteen toevoegen dat ik heel goed weet dat deze latere ‘aanvullingen’ het oorspronkelijke werk veelal overtreffen in omvang, in experimentele verfijning en in wiskundige scherpzinnigheid. Een paar voorbeelden.

In 1907 maakte Einstein in zijn theorie van de soortelijke warmte gebruik van een model waarbij werd aangenomen dat alle atomen in een kristal trillen met dezelfde frequentie. In 1911 maakte Debye een meer realistische onderstelling over het frequentiespectrum, die leidde tot vrij goede overeenstemming met het experiment. Bijna gelijktijdig leidden Born en Von Karman een mooie formule voor dit frequentiespectrum af, waar je in de praktijk niet veel mee kon doen. Dank zij een combinatie van experimenteel en theoretisch werk kennen we tegenwoordig dit frequentiespectrum nauwkeurig.

Omstreeks 1930 liet Bloch zien dat de energieniveaus van elektronen in metalen in energiebanden zijn gerangschikt en Brillouin

4 Dyson (op. cit.) vertelt uit eigen ervaring over deze theorie.

[p. 304]

bewees enkele algemene eigenschappen van deze bandenstructuur. Alweer door een combinatie van theorie en experiment kennen we nu de structuur van deze banden tot in bijzonderheden. We kennen ook de grenzen van geldigheid van dit ‘bandenplaatje’.

Reeds in de jaren dertig was men ervan overtuigd dat supergeleiding zou moeten kunnen worden verklaard op grond van bekende beginselen. Dat bleek waar te zijn maar het duurde tot 1957 voor een oplossing werd gevonden. Er kwam een nieuwe, en geenszins voor de hand liggende aanpak van het, voor de supergeleiding essentiële, veel-elektronenprobleem aan te pas. Daarna stimuleerde deze theorie een aantal interessante nieuwe experimenten.

De uitvinding van de laser leidde tot hernieuwde belangstelling voor, en verfijning van de theorie van optische spectra.

Het probleem van fase-overgangen, zoals smelten van vaste stoffen of het verdwijnen van ferromagnetisme (Curiepunt), een probleem dat al in de vorige eeuw door Van der Waals was aangepakt, is een uitdaging geweest voor vele mathematisch georienteerde natuurkundigen en er zijn sinds Onsagers beroemde verhandeling grote vorderingen gemaakt.

Wat de klassieke, ‘niet-quanteuze’ theorie betreft, ook daar zijn de grondslagen niet veranderd, ook daar is er sprake van grote vooruitgang. Juist op dit gebied heeft de computer de mogelijkheden van theoretische berekening geweldig doen toenemen.

De vooruitgang van de experimentele natuurkunde was nauw verbonden met de theorie. Dat is een verschil met vroeger jaren; denk maar aan de ontdekking van de supergeleiding of van de röntgenstralen. (Voor astronomie en voor deeltjesfysica lopen de experimentele ontdekkingen nog vaak onafhankelijk vooruit op de theorie.) De uitvinding van de laser werd voorafgegaan door zijn theoretische voorspelling, een voorspelling gebaseerd op ideeen die in 1917 door Einstein waren geformuleerd. Iets dergelijks geldt voor kernspinresonantie. Wat het Josephson-effect - of moet ik zeggen de Josephson-effecten - betreft (dat zijn alle effecten die te maken hebben met het tunnelen van een persisterende stroom door een dun laagje van een stof die in dikkere lagen niet supergeleidend is), wil ik Josephson zelf aan het woord laten: ‘Experimentele onderzoekingen gedurende de laatste paar jaar over het gedrag van tunnelende superstromen hebben gere-

[p. 305]

sulteerd in het constateren van de meeste eigenschappen die waren voorspeld, maar ook van andere die op het ogenblik van hun ontdekking onverwacht waren.’⁵ Ik moet hieraan toevoegen dat Josephsons voorspellingen aanvankelijk niet algemeen werden geloofd.

Van al de ontdekkingen in de vaste-stoffysica heeft de waarneming dat positieve gaten kunnen worden geïnjecteerd in n-type germanium en daar een tijdje kunnen overleven de grootste technische consequenties gehad. Men zou dit verschijnsel hebben kunnen voorspellen; naar mijn beste weten was dat niet gebeurd.^*

Nu vrees ik dat bovenstaande opsomming weinig indruk zal maken op een lezer die niet enigszins vertrouwd is met de genoemde onderwerpen. Toch hoop ik dat zelfs wanneer dat wat ik heb geschreven voor hem niets anders is dan een reeks van niet geheel onbekende kreten, hij me toch zal willen geloven dat er in recente tijden een enorme research-activiteit is geweest en dat die onverminderd doorgaat.

Er is nog een ander aspect waarop ik de nadruk wil leggen. Dat is het uiterst professionele karakter van het grootste deel van deze research. Welk onderwerp je ook kiest, je zult vrijwel altijd vinden dat er zowel experimenteel als theoretisch al veel is gedaan en dat je dat grondig moet bestuderen voor je kan hopen wat nieuws te kunnen doen. Ook worden de experimenten hoe langer hoe gecompliceerder en de kans dat je belangrijk werk kunt doen met eenvoudige toestellen die je in enkele dagen met je eigen handen kunt maken, is uiterst gering. In mijn jonge jaren, toen ikzelf redelijk produktief was, was ik in zoverre een amateur dat ik dingen deed omdat ik ze leuk vond en dat ik me nooit erg lang aan één onderwerp hield, maar liever van het ene naar het andere fladderde. Ik kon ‘nippen aan iedere bloem en ieder uur wisselen’ (sip every flower and change every hour) heeft Blackett, de Beggar's Opera citerend, eens van me gezegd bij een van de jaarlijkse diners van de Royal Society.⁶ Het wordt hoe langer hoe moeilijker op die planloze manier te werk te gaan.

Laat ons nu de relaties tussen wetenschap en techniek van de andere kant bekijken. Laat ons de techniek als uitgangspunt ne-

5 B.D. Josephson in: Quantumfluids (red. D.F. Brewer), North Holland Publishing Co., Amsterdam 1966, p. 174.

* Het denkbeeld dat een onbezette plaats in een energieband, een ‘gat’, zich gedraagt als een positief deeltje was omstreeks 1930 opgekomen. Vergelijk Appendix B.

6 Notes and Records of the Royal Society 25 (1969), p. 4.

[p. 306]

men. Ik vind het nuttig onderscheid te maken tussen vier takken van techniek:

1. Energietechniek. Die omvat niet alleen elektrische centrales, motoren en turbines, maar alle machines en mechanische apparaten waarbij energie een belangrijke rol speelt: auto's, locomotieven, vliegtuigen en raketten, maaimachines, draglines en bulldozers;

2. Informatietechniek. Telecommunicatie, radio en televisie, microdocumentatie, grammofoonplaten, bandopnemers, rekenmachines en computers;

3. Technologie van materialen en chemicaliën. Nieuwe metaallegeringen, keramische materialen, plastics en kunststofvezels; medicamenten, landbouwchemicaliën, kleurstoffen;

4. Medische en biologische techniek. Nieuwe methodes van diagnostiek en therapie; genetica toegepast op land- en tuinbouwgewassen en op huisdieren, genetische manipulatie; biologische methodes van insektenbestrijding.

Natuurlijk sluiten deze takken elkaar niet volledig uit. Neem bijvoorbeeld de landbouw. Trekkers, maaimachines, ‘combines’ en andere machinerieën horen tot de energietechniek, maar kunstmest en bestrijdingsmiddelen horen bij de derde tak. Er is ook een informatieaspect; boeren en tuinders moeten op de hoogte worden gehouden van nieuwe mogelijkheden en ze moeten tijdig worden gewaarschuwd voor nachtvorst, invasies door parasieten, epidemieën en dergelijke. Toch is de essentie de biologische techniek. Vliegtuigen horen tot de energietechniek, maar voor de constructie van een vliegtuig is de materiaalkeuze en een strenge controle van de materiaaleigenschappen van groot belang. Moderne luchtvaart zou onmogelijk zijn zonder radio en radar, en ook de ingewikkelde instrumentatie hoort tot de informatietechniek. Zelfs de medische techniek komt om de hoek kijken, want er moet rekening worden gehouden met de psychologische en fysiologische reacties van passagiers en bemanning op de eigenaardige omstandigheden die samenhangen met het luchtverkeer.

Het is duidelijk dat in onze eeuw en vooral na de tweede wereldoorlog er in elk van de takken van techniek indrukwekkende vorderingen zijn geboekt. Daar wil ik nu niet op ingaan. Waar het bij mij op aankomt, is na te gaan in hoeverre die vooruitgang samenhing met fundamentele research. Ik heb al gesproken over

[p. 307]

het verband tussen kernfysica en kernenergie. Alle andere onderdelen van de energietechniek berusten niet op recente vorderingen van ons inzicht in de grondslagen der natuurkunde. Ze moeten gebruik maken van mechanica, van hydro- en aerodynamica, van thermodynamica en dat zijn vakken waarvan de grondbeginselen al een hele tijd gelden, al in de vorige eeuw werden vastgesteld. Dat betekent niet dat werk op deze gebieden minder wetenschappelijk, en zeker niet dat het minder moeilijk is dan werk in andere richtingen. Integendeel, het is bijvoorbeeld welbekend dat aerodynamica een heel moeilijk onderwerp is. Zelfs met behulp van grote computers kan men het gedrag van een vliegtuig niet volledig uitrekenen: windtunnels zijn nog niet overbodig.

Vóór de komst van de transistor was de informatietechniek gebaseerd op klassieke elektrodynamica en klassieke mechanica. Meer had men niet nodig om het gedrag van elektrische schakelingen en de beweging van elektronen in elektronenbuizen te berekenen. Moderne denkbeelden over de structuur der materie en de bouw van het atoom hadden geen beslissende invloed. Wél moet ik er nog eens op wijzen dat de ‘takken’ niet streng gescheiden zijn. Informatietechniek had wel bijzondere materialen nodig, zoals magnetische materialen voor transformatoren en dielektrica voor condensatoren.

Dit laatste geldt vooral voor elektronenbuizen. Een boek van Espe en Knoll⁷ uit 1936 geeft een indruk van de grote verscheidenheid van stoffen die bij de fabricage van elektronenbuizen worden toegepast. De vele gegevens die dat boek bevat hebben echter nauwelijks iets te maken met de theorie van de vaste stof. Tegen het eind van de jaren dertig en vooral na de oorlog veranderde dat. Technisch werk over magnetische materialen werd beïnvloed door de theorie. De uitvinding van de transistor^* was

7 E. Espe, M. Knoll: Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik, Julius Springer, Berlijn 1936.

* Enkele opmerkingen over nomenclatuur. Ik gebruik halfgeleider voor een stof waarvan het elektrisch geleidingsvermogen ligt tussen dat van een metaal en dat van een isolator, en in het bijzonder voor germanium en silicium. Een transistor is een van een halfgeleider gemaakt schakelelement dat soortgelijke functies heeft als een elektronenbuis. Ongelukkigerwijze wordt transistor ook gebruikt als een pars pro toto-aanduiding voor een kleine radio-ontvanger met transistoren en dat heeft weer tot gevolg gehad dat vooral de commerciële kringen bij Philips een transistor een halfgeleider zijn gaan noemen. Het is me niet gelukt dit dwaze taalmisbruik de kop in te drukken.
Bijzonder ongeiukkig vind ik ook het woord chip voor een op een flintertje silicium aangebrachte geïntegreerde schakeling, maar daar is de fout al in het Engels gemaakt. De grote Merriam-Webster geeft in 1958 voor chip al zestien verschillende betekenissen en het was dwaas daar nog een nieuwe aan toe te voegen. Flintertje is een stuk beter, omdat het woord nog niet zo overbelast was, maar niemand gebruikt het in dit verband. Overigens houd ik er ook niet van een mooi schilderij een doek te noemen.

[p. 308]

echter het eerste voorbeeld waarbij de theorie van de vaste stof een volkomen onmisbare rol speelde. Meer dan twintig jaar na haar schepping begon de quantummechanica de informatietechniek te revolutioneren. De verdere ontwikkeling van de transistor resulteerde in de geïntegreerde schakelingen, waarbij een aantal transistoren, gelijkrichters, condensatoren en weerstanden, en hun verbindingslijnen gelijktijdig worden gemaakt op een dun flintertje silicium. Deze, ongelukkigerwijze veelal als ‘chips’ aangeduide onderdelen - een slechtere naam was moeilijk te verzinnen en hij is er dan ook vlot ingegaan - heeft een nieuw tijdperk van elektronica ingeluid. Het kan, met slechts geringe overdrijving, worden gekarakteriseerd door te zeggen dat iedere elektronische schakeling, hoe gecompliceerd ook, betrouwbaar en goedkoop kan worden gefabriceerd als ze maar in voldoende grote aantallen wordt gemaakt en verkocht om de kosten van het ontwerp en de fabricagevoorbereiding goed te maken. Overal om ons heen zien we de gevolgen hiervan.

Over materialen en chemische verbindingen heb ik niet veel te zeggen. Ongetwijfeld maakt de scheikunde gebruik van fabricagehulpmiddelen en meettoestellen die aan de natuurkunde zijn ontleend. Ze kan ook niet zonder kennis van de chemische elementen en hun valentie, van chemische thermodynamica en van reactiekinetica, kortom, van fysische scheikunde. De opvatting van de directeur van een keramische fabriek, van wie werd verteld dat hij bij een vergadering eens tegen een collega zou hebben gefluisterd dat hij eigenlijk niet in atomen geloofde, behoort wel tot het verleden. Maar het herleiden van scheikunde tot toegepaste quantummechanica, dat in principe mogelijk zou zijn, heeft in de praktijk nog nauwelijks invloed gehad. Weinig is ook nog bekend over het verband tussen de structuur van ingewikkelde moleculen en hun biologische werking. Het zoeken naar stoffen met een specifieke biologische werking is nog grotendeels een experimen-

[p. 309]

teel handwerk. Dat geldt trouwens evenzeer voor het zoeken naar constructiematerialen met specifieke eigenschappen (daartoe reken ik ook de textielvezels). De elektrotechniek neemt dus in dit opzicht enigszins een uitzonderingspositie in. Daar wordt de aloude methode van systematisch proberen, van ‘onderzoekt alle dingen en behoudt het goede’ aangevuld en tot op zekere hoogte zelfs gedirigeerd door theoretische overwegingen.

Over medische en biologische techniek kan ik niet met voldoende kennis van zaken spreken.

Weer een ander gezichtspunt. Laat ons de techniek van de research in ogenschouw nemen. Er zijn verschillende niveaus van experimenteren. Daar is allereerst de aanpak met het lakje en touwtje. Dat wil zeggen dat de experimentator toestellen improviseert met eenvoudige, gemakkelijk te verkrijgen hulpmiddelen. Hij kan bijvoorbeeld een goudbladelektrometer maken met goudblad dat hij bij een boekbinder haalt en met een tabaksblikje als omhulling. Veel van het vroege werk over radioactiviteit werd daarmee gedaan. Hij kan in een warenhuis snuffelen op zoek naar iets bruikbaars. Otto Frisch vertelt dat hij zwart damesondergoed kocht om de binnenwand van een Wilsonvat te bekleden. Ik heb eens ergens gelezen dat iemand ronde gebaksvormen gebruikte als elektrodes voor een hoogspanningstoestel en ik heb zelf eens een paar hoepels gekocht in een speelgoedwinkel omdat ik vlug een grote spoel wou maken om het magnetisch veld van de aarde te compenseren. Het waren winkelknechten, want door het moderne verkeer zijn hoepels uit de mode geraakt.

Zelfs in een goed toegerust laboratorium als het Natuurkundig Laboratorium kwam speelgoed soms goed van pas. We moesten een keer een aantal preparaten bestralen met een elektronenstraal uit een hoogspanningsgenerator, die was opgesteld in een afgesloten vertrek waar je natuurlijk niet in mocht zolang het toestel in werking was, zowel vanwege de gevaarlijke hoogspanning als vanwege de röntgenstraling die eruit kwam. De eenvoudigste en snelste methode was een elektrisch speelgoedtreintje te kopen met open vrachtwagens. Het reed de hoogspanningsruimte in en uit door echte tunnels, dat wil zeggen, gaten in de muur. Het werd bestuurd van achter een kijkvenster - dubbelwandig met water ertussen om de straling tegen te houden - stopte een aantal keren volgens een vastgestelde dienstregeling zodat elk preparaat ge-

[p. 310]

durende de gewenste tijd werd bestraald, kwam dan terug naar het ‘station’ en werd uitgeladen.

Het volgende niveau is dat van de bekwame handwerksman, de glasblazer en de instrumentmaker. Sommige experimentele fysici waren zelf bijzonder vaardig, en dat geldt ook nog tegenwoordig, maar er zijn ook veel experimentatoren geweest die wel uitmuntten in het ontwerpen van experimenten en toestellen en in het interpreteren van resultaten, maar die met hun eigen handen niet veel konden uitrichten. Er wordt verteld dat wanneer de technicus van J.J. Thomson een ingewikkeld toestel moest monteren, hij aan een collega vroeg de professor weg te lokken zodat die niet kon proberen het zelf te doen. Daarentegen schijnt Heinrich Hertz heel handig te zijn geweest. Ik heb in een biografie gelezen dat hij als jongen heel wat tijd besteedde aan meubelmaken en houtdraaien. Toen de vakman die hem les had gegeven later hoorde dat hij tot hoogleraar was benoemd zei hij: ‘Wat jammer; die jongen had nu werkelijk een uitstekende houtdraaier kunnen worden.’

In elk geval hebben laboratoriumwerkplaatsen en de daar werkende vaklieden een belangrijke rol gespeeld in de ontwikkeling van de natuurkunde. Verwant daarmee zijn de talrijke kleine ondernemingen die met goede vaklieden kleine series meetinstrumenten maakten - en nog maken - voor de markt.

Het derde niveau is dat van industrieel vervaardigde apparaten waarvoor produktiemiddelen nodig zijn die de werkplaats van de vakman te boven gaan. Wetenschappelijke instrumentatie is een grote zaak geworden; ook zijn grote computers onmisbare hulpmiddelen voor wetenschappelijk onderzoek geworden.

Men kan er nog een vierde niveau aan toevoegen. De experimentator ontwerpt een gecompliceerd systeem waarvan de onderdelen zo groot zijn dat hij ze onmogelijk in zijn eigen werkplaats zou kunnen maken, maar het systeem is zo groot en tevens zo eenmalig dat geen industriële firma het op zich zou willen nemen het als geheel te leveren. De installaties van Kamerlingh Onnes - hij kocht pompen en compressoren - waren een vroeg voorbeeld. Heden ten dage horen grote deeltjesversnellers en astronomische observatoria zeker tot deze categorie.

Een enigermate volledige lijst van wetenschappelijke instrumenten die nu in gebruik zijn zou een dik boekwerk vullen. Ik zal

[p. 311]

hier alleen een ruwe schets geven van de verschillende prijsklassen.

Hoge-energiefysici en astronomen gebruiken de duurste toestellen. (Ook in dat opzicht komen ze elkaar tegen.) Grote deeltjesversnellers, zoals die in cern in Genève, kosten meer dan een miljard gulden, grote antennes voor radioastronomie op zijn minst enkele honderden miljoenen. Ook astronomische satellieten kunnen een bedrag in de orde van een miljard kosten en daarbij zijn de kosten van de raket, althans de ontwikkelingskosten daarvan, nog niet inbegrepen. Cyclotrons en grote Van de Graaffs kosten tussen de tien en honderd miljoen, grote computersystemen ook. Overigens is het merkwaardig hoe de terminologie verandert. Toen Cockcroft en Walton protonen versnelden met een spanning van een half miljoen volt was dat ontegenzeglijk een hoge spanning. Vandaag wordt iemand die kernfysica bedrijft met deeltjes versneld tot tien of twintig miljoen volt geacht ‘low energy nuclear physics’, kernfysica bij lage energie te beoefenen. Op andere gebieden van het leven worden woorden vaak gedevalueerd - vergelijk Houtermans' uiteenzetting over ‘gentlemen’ - maar in de natuurkunde gaat het juist de andere kant op. Een druk van één miljoenste millimeter kwik werd vijftig jaar geleden beschouwd als voortreffelijk vacuüm; nu zou men dat niet meer zeggen. Eén graad absoluut, één Kelvin, geldt niet meer als een zeer lage temperatuur, één op tienduizend is niet meer een grote nauwkeurigheid bij elektrische metingen.

Elektronenmicroscopen, massaspectroscopen, ingewikkelde spectrometers, kunnen enkele honderdduizenden kosten. Röntgentoestellen en niet al te ingewikkelde optische toestellen zullen toch wel boven de tienduizend komen. Elektronische meetinstrumenten, oscilloscopen en dergelijke zijn wat goedkoper. Er is ook een ruime keuze van routine-meetinstrumenten op de markt, die in grote aantallen worden geproduceerd voor servicewerkplaatsen en voor fabricagecontrole. Daar is voor om en bij duizend gulden al heel wat te koop. Wat computers betreft, die zijn er in alle prijsklassen, van minder dan duizend gulden tot in de vele miljoenen. De ontwikkeling van de ‘flintertjes’ maakt dat mini-computertjes hoe langer hoe meer kunnen presteren.

Helemaal onder aan de prijslijst vinden we het gereedschap van de zuivere theoreticus: papier, vulpen en potlood. (Eventueel ook de balpen. Weliswaar naar mijn mening ondeugdelijk om echt

[p. 312]

mee te schrijven, maar handig om mee te rekenen en te tekenen op papieren servetjes in een restaurant.)

Ik ben bang dat ik met bovenstaand lijstje toch nog niet al mijn lezers ervan zal hebben overtuigd dat moderne research inderdaad behoefte heeft aan moderne technologie. Ik zal verderop nog wel iets aan mijn beschouwing toevoegen, maar niet erg veel. Ik ben er namelijk van overtuigd dat alles wat ik nog meer zou kunnen schrijven minder indruk zou maken dan een bezoek aan een goed ingericht laboratorium waarbij men speciaal kijkt naar de apparatuur en zich op de hoogte stelt van de kosten.

Voorbeelden uit het Philipslaboratorium

Ik zal de volgende onderwerpen behandelen:

1.	Thermionische kathodes
2.	Magnetische materialen
3.	Beeldtransformatoren en camerabuizen
4.	Wetenschappelijke instrumenten.

Ze zijn typisch voor een industrielaboratorium en ze illustreren mijn algemene beschouwingen.

In alle vier gevallen was het werk van technisch standpunt gezien een succes en het leidde tot nieuwe industriële produkten. Wat wetenschappelijke resultaten betreft waren ze van een gemiddeld niveau. Ons werk aan magnetische materialen heeft ongetwijfeld bijgedragen tot een beter begrip van de magnetische verschijnselen, maar ik zou ander werk hebben kunnen kiezen, bijvoorbeeld dat over de stabiliteit van colloïden, dat meer heeft bijgedragen tot de fundamentele wetenschap maar minder invloed had op technische vooruitgang.

De gekozen voorbeelden zijn ook in een ander opzicht gemiddeld. Het werk zou onmogelijk zijn geweest zonder de kennis, voortkomend uit academisch onderzoek, maar het bestond ook voor een deel in het min of meer op goed geluk proberen. Ik had voorbeelden kunnen kiezen waarbij theoretische voorspelling een grotere rol speelde.

Ik zal overigens niet in detail beschrijven op welke punten en op welke wijze dit werk steunde op wetenschappelijke inzichten. Het zal echter wel duidelijk zijn dat men niet over elektronenbuizen kan denken, laat staan ze kan maken, als men niet weet dat er elektronen bestaan en als men de eigenschappen daarvan

[p. 313]

niet kent. Men heeft ook vacuüm nodig en men kan geen beeldtransformatoren ontwerpen als men de fundamentele begrippen aangaande lichtquanta en fotoelektriciteit niet kent. Ik laat het verder aan de lezer over dergelijke overwegingen meer in detail uit te werken.

Ik wil er de nadruk op leggen dat ik niet mijn eigen werk beschrijf en daarom moet ik wel enkele namen vermelden. H.J. Lipkin, in een nuttig leerboek,⁸ zegt aan het begin van zijn bibliografie dat hij in de tekst niet heeft verwezen naar oorspronkelijke publikaties en dat hij heeft geprobeerd geen namen te vermelden. In sommige gevallen zou het echter onpraktisch zijn geweest de naam van een auteur niet te vermelden, namelijk wanneer die algemeen wordt gebruikt om een veel gebruikt mathematisch begrip aan te geven (hij noemt onder andere Casimir-operatoren als voorbeeld). Aan deze auteurs biedt hij zijn verontschuldigingen aan. Misschien moet ik zijn voorbeeld volgen en mijn verontschuldigingen aanbieden aan de weinigen die ik noem en niet aan de velen die ik niet noem.

8 H.J. Lipkin: Lie Groups for Pedestrians, North Holland Publishing Co., Amsterdam 1965.

Kathodes

In een elektronenbuis, onverschillig of het een gelijkrichter, een versterker, een zendbuis of een kathodestraalbuis is, bewegen de elektronen zich in het vacuüm onder invloed van elektrische velden voortgebracht door hun medeëlektronen (ruimtelading) en door elektroden, en van magnetische velden opgewekt door magneten en spoelen. Maar hoe komt men aan die elektronen? Binnen in een metaal kunnen elektronen zich ook min of meer vrij bewegen, maar ze worden in het metaal vastgehouden door een aantrekkende elektrische potentiaal. Hoe krijgen we ze toch uit het metaal? Er bestaan daarvoor een aantal methodes. Men kan een sterk elektrisch veld aanleggen en ze eruit trekken. Dat is inderdaad mogelijk en men spreekt dan van koude emissie. Dat verschijnsel is wel in sommige speciale buizen toegepast maar het is slechts in weinig gevallen bruikbaar. Vaak is koude emissie storend: ze kan aanleiding geven tot ongewenste ontladingen in buizen die worden gebruikt bij hoge spanning, zoals röntgenbuizen.

We kunnen licht op het metaal laten vallen en als de golflengte kort genoeg is (voor ieder metaal bestaat er een bovenste grens),

[p. 314]

dan komen er elektronen naar buiten. Het mechanisme is ruwweg als volgt: een elektron absorbeert een lichtquantum en krijgt daardoor voldoende kinetische energie om uit het metaal te springen. Dit fotoelektrisch effect is belangrijk omdat men daarmee licht kan omzetten in een elektrische stroom en het wordt gebruikt in allerlei soorten van meet- en regelapparatuur, maar het is geen praktische manier om aan elektronen in een elektronenbuis te komen.

Als snelle elektronen op een metaal vallen kunnen ze door botsing een deel van hun energie overdragen aan elektronen in het metaal en sommige zullen uit het metaal worden geworpen. Dat noemt men secondaire emissie. In sommige gevallen geeft één invallend elektron aanleiding tot meer dan één secondair elektron; dan spreekt men van elektronenvermenigvuldiging (electron multiplication). Ook dit verschijnsel wordt toegepast in meettoestellen, maar het is geen praktische methode om voldoende elektronen in een radiobuis te krijgen.

Elektronen kunnen ook worden uitgezonden wanneer een geioniseerd atoom - bijvoorbeeld een atoom waaraan men één elektron heeft onttrokken - op een metaal valt. Dat gebeurt in gasontladingen en zo werden de elektronen ontdekt, maar omdat ik het wil hebben over vacuümbuizen hoef ik er niet nader op in te gaan.

Ten slotte is er ook nog thermionische emissie. Wanneer we een metaal verhitten krijgen de elektronen meer energie. Zowel de gemiddelde energie als de spreiding in energie nemen toe, en een deel van de elektronen krijgt genoeg energie om uit het metaal te ontsnappen. Dat is de manier om elektronen in het vacuüm te krijgen, die in vrijwel alle elektronenbuizen wordt toegepast.

Edison heeft waargenomen dat men uit een gloeiende draad een stroom door vacuüm kan trekken. De thermische emissie is nader onderzocht door O.W. Richardson (1879-1959) en door I. Langmuir (1881-1957), zowel experimenteel als theoretisch. De quantummechanica heeft hun theorieën in kwantitatief opzicht wel veranderd, maar in grote trekken is de beschrijving dezelfde gebleven.

Een witgloeiend gestookte wolframdraad is een bruikbare kathode, die vroeger vaak en ook later nog weleens (bijvoorbeeld in elektronenmicroscopen) werd toegepast, maar de hoge tempe-

[p. 315]

ratuur maakt dat de levensduur kort is en er zijn nog wel andere nadelen. Nu is de energie die een elektron nodig heeft om uit een metaal te ontsnappen niet voor alle metalen even groot en bovendien kan ze worden veranderd door oppervlaktelaagjes. Dat kan kwalitatief - en zelfs min of meer kwantitatief - worden begrepen op grond van een vrij eenvoudige theoretische beschouwing. Die bepaalde de richting van uitvoerig empirisch onderzoek en daaruit resulteerden in de loop van de jaren dertig en veertig zeer efficiënte oxyde-kathodes. Zulke kathodes kunnen bestaan uit een buisje van nikkel dat wordt verhit door een inwendig spiraaltje. De buitenkant van dit buisje wordt bedekt met een dun laagje van een pasta van bariumcarbonaat (veelal gemengd met strontiumcarbonaat). Terwijl de buis wordt leeggepompt wordt de kathode verhit en de carbonaten worden ontleed. Wat overblijft is een laagje van barium- en strontiumoxyde. Bij een activeringsproces wordt dat laagje gedeeltelijk verder ontleed door elektrolyse en het uiteindelijk resultaat is een buisje van nikkel bedekt met een poreuze, fijnkorrelige laag van barium- en strontium-oxyde, waarbij de oppervlakte van de korrels weer gedeeltelijk is bedekt met een heel dun laagje barium. Ook in de korrels kan een overschot van barium aanwezig zijn. We worden hier geconfronteerd met een situatie die in de industrie veel voorkomt. De grondbeginselen zijn wel duidelijk, maar het gedrag van de kathode hangt af van kleine details van korrelstructuur, van oppervlaktestructuur, van de hoeveelheid barium aan het oppervlak en binnen in de korrels. Geleidelijk aan wordt de samenstelling en de werkwijze proberenderwijs geoptimaliseerd en ten slotte komt men tot een aantal fabricagevoorschriften die voortaan nauwkeurig worden gevolgd, hoewel het heel goed kan zijn dat een deel ervan puur bijgeloof is. Het is niet te verwonderen dat er van tijd tot tijd in de fabriek een emissiecrisis voorkwam en soms werd het Natuurkundig Laboratorium dan te hulp geroepen. Zo werd een keer gevonden dat minieme hoeveelheden chloor een kathode kunnen vergiftigen.

Een elektron met voldoende energie om uit het metaal te komen zal in de buurt van het oppervlak blijven en zou weer gevangen kunnen worden als het niet door een elektrisch veld wordt weggetrokken. De verzadigingsstroom wordt bereikt wanneer alle elektronen die uit het metaal komen worden afgevoerd. Bij

[p. 316]

gewone radiobuizen is de stroom altijd veel kleiner dan de verzadigingsstroom en als men zou proberen de verzadigingsstroom te trekken, dan zou de kathode het algauw begeven door oververhitting of door te ver gaande elektrolyse. Nu had men voor gewone radiobuizen geen behoefte aan grote stroomdichtheden, maar dat had men wel voor microgolfbuizen, voor de speciale buizen die men gebruikte in radarinstallaties en in straalzenders. Daarom zocht men naar methodes om de stabiliteit en het geleidingsvermogen van de oxydelaag te verbeteren. Er werden grote aantallen betrouwbare buizen gemaakt maar de procédés bleven wat ‘alchemistisch’. Een collega bij een van de toonaangevende Amerikaanse fabrikanten van microgolfbuizen vertelde me eens het volgende amusante verhaal. Ze hadden een bepaald type buis al een tijd lang met succes gefabriceerd toen ze emissieproblemen kregen. Ze haalden er een consultant bij en die liep het hele fabricageproces zorgvuldig na, en vroeg hun ten slotte hoe ze de metalen onderdelen ontgasten. Toen ze hem vertelden dat ze dat in vacuüm deden meende hij dat hij de oorzaak van hun problemen had gevonden. Je moet ontgassen in zuivere waterstof, zei hij. Ze volgden zijn raad op en de kathodes deden het weer uitstekend. Een jaar later kregen ze weer moeilijkheden. Ze haalden dezelfde consultant erbij. Die keek weer alles zorgvuldig na, controleerde of ze nog steeds in zuivere waterstof ontgasten en wist er verder ook niets op. Ten einde raad haalden ze er een andere consultant bij. Die ontdekte algauw wat er mis was. Ze moesten in vacuüm ontgassen en zeker niet in waterstof. Ze volgden zijn raad op, en maakten weer uitstekende buizen. ‘En als we ooit weer last krijgen dan weet ik wat we moeten doen,’ zei mijn collega. ‘Dan halen we de eerste consultant er weer bij.’

In het Philipslaboratorium werd veel werk gedaan dat beoogde de details van de oxydekathode beter te begrijpen. Dat werk had succes, maar nog meer succes had een poging de situatie te vereenvoudigen. Het oorspronkelijke denkbeeld was dat men wilde proberen de oxydelaag helemaal kwijt te raken en als kathodemateriaal een legering te gebruiken die barium bevatte. Een vaste oplossing van barium in koper had wel goede elektronenemissie, maar er dampte zoveel barium uit dat er in de praktijk niets mee kon worden gedaan. Toen kwam de heer Lemmens erbij.

H.J. Lemmens (geboren 13 januari 1906) was baas van de glas-

[p. 317]

blazerij en van de buizenwerkplaats van het laboratorium. Hij was een man zonder theoretische kennis maar hij had veel ervaring, was handig en vindingrijk en was ook een goed organisator. Ik kreeg zelden klachten over hem te horen, noch van zijn ondergeschikten, noch van zijn ‘klanten’ in het laboratorium, en dat zegt nogal wat, want als een onderzoek niet naar wens loopt - en dat doet het meestal niet - dan worden de werkplaatsen graag als zondebok gekozen. Hij was energiek, opvliegend, en nam geen blad voor de mond. Hij was allerminst een kleine, zuinige burgerman: zoals veel mensen in het Zuiden van ons land had hij iets van een ‘grand seigneur’. Toen hij een keer een flinke bonus had gekregen voor zijn uitvindingen nodigde hij prompt zijn hele werkplaats uit op een avondfeest waar hij ze onthaalde op gebraden haantjes en rijkelijk bier. Hij had echter niet gedacht aan de inkomstenbelasting zodat hij later wat vast kwam te zitten, dus we hebben nog een aanvullende bonus moeten uitkeren. Een van zijn beste eigenschappen was dat hij bereid was te luisteren naar lieden met grotere theoretische kennis. Niet zo maar naar iedereen die een academische titel had: hij wist zijn adviseurs goed te kiezen. Hij overleed op 9 juni 1963: hij was met zijn brommer de weg naar Den Bosch plotseling overgestoken, op twee manieren een slachtoffer van zijn werk. Hij had een oog verloren bij een bedrijfsongeval zodat hij naar links minder zag en, zoals zijn weduwe later zei, hij lette nooit goed op in het verkeer: hij zat altijd over zijn uitvindingen te denken.

Lemmens wist dat er poreus wolfraam bestond. Stukken wolfraam verkregen door sinteren van poeder zijn als vloeipapier en hij wilde die kleine poriën vullen met carbonaat. Ik heb zo'n gevoel dat voor hem dat hetzelfde moet zijn geweest als een legering, want hij had geen idee van atomen en hun afmetingen. Ook praatte hij altijd over carbonades in plaats van over carbonaten. Hij probeerde dus poreus wolfraam te impregneren met ‘carbonades’ maar dat was geen succes. Het koolzuurgas dat bij de ontleding van de carbonaten vrijkwam maakte dat het wolfraam uiteen werd gedrukt. Toen had Lemmens een eigenaardig idee, dat waarschijnlijk niet zou zijn opgekomen bij iemand die de zaak theoretisch bekeek. ‘Als ik de carbonaten niet in het wolfraam kan onderbrengen, dan maar erachter.’ En hij stopte een pastille van carbonaat in een klein kamertje waarvan de voorkant uit poreus

[p. 318]

wolfraam bestond; de andere wanden waren van molybdeen. Een verhittingsspiraal bevond zich achter de achterwand. En dit geval, later bekend als L-kathode - werkte. De carbonaten werden ontleed, de oxydes werden gereduceerd en gaven barium af. Dat diffundeerde door het wolfraam en zorgde voor een oppervlaktelaagje aan de voorkant, dat kon worden aangevuld als het verdampte. Dat poreuze wolfraam werkte net als de pit in een goede ouderwetse petroleumlamp. En zo hadden we dan een kathode met een metallisch oppervlak, die met nauwe toleranties kon worden vervaardigd en waar men grote stromen uit kon trekken. Er was wel wat bariumverdamping, maar dat was in vele gevallen niet zo bezwaarlijk en de laag werd voortdurend aangevuld.

In de Verenigde Staten noemde men later alle kathodes die op een dergelijke wijze hun bariumlaagjes vernieuwen dispenser cathodes.

Nu was daarmee de ontwikkeling nog niet afgelopen. De North American Philips Laboratories hebben daar veel toe bijgedragen. Ik zal de verleiding weerstaan te beginnen met een uiteenzetting over de precieze relaties tussen Philips Eindhoven en North American Philips, want wat de organisatie van ondernemingen betreft ben ik allerminst deskundig en de zaak is wel duidelijk, maar niet zo eenvoudig. Voor mij was het voldoende te weten dat North American Philips geen filiaal van Eindhoven was en dat ik daarom geen enkel formeel recht had te beslissen over het programma van hun laboratorium, maar dat er contracten waren waardoor de twee firma's over elkaars octrooien en know-how konden beschikken. Dus was het wel nuttig samen over programma's te praten ten einde nutteloze duplicatie te vermijden en elkaar te steunen. Welnu, dit Amerikaanse Philipslaboratorium zocht systematisch naar andere bariumverbindingen dan carbonaat om te gebruiken bij de L-kathode en vonden dat barium-calcium-aluminaat (5BaO.3CaO.2Al₂O₃) de beste keuze was. Deze stof kan, gemengd met wolfraampoeder, als een pastille achter de poreuze wolfraamschijf worden geplaatst zoals in de oorspronkelijke L-kathode, maar de schijf kan er ook mee worden geïmpregneerd, zoals in de eerste pogingen van Lemmens.

Daarna kwam weer een interessante verbetering uit Eindhoven. Als de kathode bij lagere temperatuur zou werken, dan zou de bariumverdamping afnemen en de levensduur van de kathode

[p. 319]

zou langer worden. Dat zou echter alleen mogelijk zijn wanneer de elektronen minder energie nodig zouden hebben om het metaal uit te komen, in technische termen, wanneer de uittreepotentiaal zou kunnen worden verlaagd. Een eenvoudige theoretische overweging van een van onze chemici, Dr. Zalm, maakte het plausibel dat de uittreepotentiaal van een met een dun laagje barium bedekt metaal des te langer zou zijn, naarmate de uittreepotentiaal van het onbedekte metaal hoger was. Een wat paradoxaal schijnende conclusie, maar ze werd door het experiment bevestigd. Met een dun laagje osmium op het wolfraam werkt een dispenser-kathode al bij een honderd graden lagere temperatuur dan een ‘normale’ dispenser-kathode. Deze met osmium bedekte dispenser-kathodes zijn vrijwel ideale kathodes wanneer een lange levensduur bij grote stroomdichtheid wordt verlangd.

De kunst elektronenbuizen te maken voor het opwekken van radiogolven met zeer korte golflengte (< 10 cm) was gedurende de oorlog met sprongen vooruitgegaan: dergelijke buizen waren essentieel voor radar. Het is geen wonder dat Philips nog jaren na het einde van de oorlog een duidelijke achterstand had ten opzichte van Amerikaanse en Engelse concurrenten. De nieuwe kathode stelde ons in staat een aantal buizen te maken waardoor we weer meetelden.^*

Van bijzonder belang waren triodes voor golflengtes onder de tien centimeter. In principe waren het normale triodes met een kathode, een rooster en een anode, maar ze hadden een vlakke in plaats van een cylindrische geometrie, de afstand tussen rooster en kathode was heel klein en het rooster was gewonden met zeer dun draad; ook werkten ze bij grote stroomdichtheid. Dank zij deze buizen kon een Franse onderneming uit de Philipsgroep belangrijke orders in de wacht slepen voor televisiestraalzenders.

Het laboratorium heeft later geprobeerd uit dit type buis alles te halen wat erin zat. Bij een ontwerp dat nooit is klaargekomen wilde men een rooster gebruiken met draad van tweeëneenhalve micron, dat is één vierhonderdste van een millimeter. Ik ging weleens kijken bij de instrumentmaker die de roostertjes moest wik-

* We konden onder andere reflexklystrons maken voor golflengtes van vier en van twee millimeter en hebben een tijd lang zelfs een kleine fabricageafdeling in het laboratorium gehad. Deze buizen waren zeer in trek bij onderzoekers op het gebied van de microgolfspectroscopie.

[p. 320]

kelen en dan moest ik altijd denken aan Andersens sprookje over de kleren van de keizer. Daar beweren oplichters dat ze prachtige kleren aan het weven zijn, maar wie ongeschikt is voor zijn functie kan ze niet zien. In ons geval kon je het weefsel ook niet zien, competent of niet competent. Maar in tegenstelling tot de keizer bleven de roosters niet naakt.

Magnetische materialen

Reeds de oude Grieken kenden het verschijnsel magnetisme. Het wordt door Plato vermeld in een van zijn dialogen en, natuurlijk, door Aristoteles. Lucretius in zijn De Rerum Natura wijdt er bijna tweehonderd regels aan. De beginwoorden van dit deel van zijn werk zijn: ‘In dit soort zaken moeten eerst vele beginselen worden vastgelegd voordat je het ding zelf kunt verklaren.’⁹ Deze woorden zijn vandaag nog even toepasselijk: een lange inleiding zou noodzakelijk zijn als ik de details van de theorie van het magnetisme werkelijk zou willen uitleggen. Dat zal ik dus maar niet doen, al is het ook mooie natuurkunde.

Iedereen heeft vroeger of later wel eens met magneten gespeeld. Iedereen kent ook het magnetisch kompas, dat tegen het einde van de middeleeuwen in gebruik kwam (de Chinezen kenden het eerder dan wij). Toch zullen zelfs goed onderrichte fysici en ingenieurs zich vaak niet volledig rekenschap geven van het grote veld van toepassingen van dit merkwaardige verschijnsel.

Sinds de vroegste tijden heeft men verband willen leggen tussen magnetisme, magie en occultisme, en ook tussen magnetisme en medicijnen. Ernstige geneeskundigen geloofden in de invloed van magneetvelden op het menselijk gestel; kwakzalvers en oplichters zagen hier zeer lonende kansen. Dat soort van toepassingen zal ik buiten beschouwing laten: ze maakten geen deel uit van ons werkprogramma.

Permanente magneten worden gebruikt in luidsprekers, in kleine dynamo's (bijvoorbeeld rijwieldynamo's), en ze zorgen voor het magneetveld voor magnetrons, de buizen die radarsignalen uitzenden. Ze kunnen worden gebruikt om dingen tijdelijk vast te houden: tekeningen, kalenders of pin-up girls op stalen kasten, en noodverlichting op auto's, voor allerlei soorten van magnetisch speelgoed en natuurlijk - in kleine hoeveelheden maar wel belangrijk - voor kompassen. Dan zijn er ‘zachte’ magnetische ma-

9 Ik maakte gebruik van de vertaling door W.H.D. Rouse in de Loeb editie.

[p. 321]

terialen. Die worden magnetisch in een uitwendig magneetveld, dat kan worden opgewekt door een permanente magneet of door de elektrische stroom in een spoel, maar hun magnetisatie verdwijnt zodra het uitwendig veld wordt weggenomen. Transformatorkernen en de antennestaafjes in draagbare radio's horen tot deze categorie. In niet al te sterke magneetvelden is de magnetisatie evenredig met de veldsterkte; bij veel toepassingen werkt men in dit lineaire gebied. In sterke uitwendige velden neemt de magnetisatie niet meer toe. Ook van dat verzadigingsverschijnsel bestaan toepassingen. Het magnetische materiaal op de band van een bandopnemer wordt gebruikt als semi-permanent materiaal. De snel in de tijd wisselende elektrische stroom die het geluid of beeld representeert wordt geregistreerd als magnetisatie van de korreltjes op de band. Deze registratie is duurzaam, is permanent zolang er geen aanzienlijke magneetvelden bijkomen, maar we weten allemaal dat de registratie door voldoende sterke magneetvelden van hoge frequentie geheel kan worden ‘uitgewist’. Ook de ringetjes in computergeheugens worden semi-permanent gebruikt. (Misschien zou ik hier ‘werden’ in plaats van ‘worden’ moeten schrijven, want na vele jaren trouwe dienst raken de magnetische ringetjesgeheugens uit de mode.)

Magnetische materialen kunnen van zeer uiteenlopende chemische samenstelling zijn, het kunnen metaallegeringen zijn of nietmetallieke verbindingen, en in het Philipslaboratorium werden allerlei magnetische stoffen onderzocht. In 1937 werd een mooi resultaat bereikt met Ticonal, een legering van ijzer met nikkel, cobalt, aluminium en titanium; ongeveer dezelfde legering wordt in de Verenigde Staten Alnico genoemd. Men vond namelijk dat het ‘prestatiegetal’ (figure of merit), het getal dat een maat is voor de prestaties van de magneet (voor deskundigen: de waarde van BH_max), met een factor drie kan worden vergroot door het materiaal uitgaande van een hoge temperatuur af te koelen in een magneetveld. Het was een zuiver empirische vondst. Pas na de oorlog hebben we ingezien waar dit verschijnsel op berustte - we hadden daar een elektronenmicroscoop voor nodig - en toen hebben we de prestaties van permanente magneten nog verder kunnen opvoeren door ervoor te zorgen dat alle kristallieten waaruit een dergelijke legering bestaat, ongeveer dezelfde oriëntatie hebben. Daarmee werd een factor 1,6 gewonnen. Dit betekent dat men

[p. 322]

voor bepaalde toepassingen zes keer minder Ticonal nodig heeft dan vóór deze vindingen het geval was.

De belangrijkste bijdrage van Philips lag echter op het gebied van oxydische verbindingen van elementen uit de ijzergroep. Daar wil ik het wat uitvoeriger over hebben.

Zuiver ijzer is een goed magnetisch zacht materiaal. Toch zou een transformator met een massieve kern van zuiver ijzer het erg slecht doen voor wisselstroom van vijftig Hertz en bij hogere frequenties zou er van de werking niets overblijven. Dat komt door de wervelstromen die door het wisselende magneetveld worden opgewekt. In de sterkstroomtechniek wordt die moeilijkheid ondervangen door een ijzerlegering met hogere weerstand dan die van zuiver ijzer te gebruiken en vooral door de transformatorkernen op te bouwen uit dunne van elkaar geïsoleerde plaatjes, door hem te lamineren. Bij hoge frequenties halen dergelijke maatregelen niet voldoende uit. Daar moest men zijn toevlucht nemen tot poederkernen: ijzerpoeder is daar ingebed in een plastic. Het zou veel gunstiger zijn wanneer men een isolerende stof zou kunnen vinden met goede magnetische eigenschappen. Dan zou men met massieve kernen kunnen werken; lamineren (of verpoederen) zou overbodig worden. Dat was het doel dat door Holst duidelijk werd geformuleerd en dat door J.L. Snoek en anderen werd nagestreefd.

Er bestond een aanknopingspunt. De oudst bekende permanente magneet was de zeilsteen. Die bestaat uit magnetiet, een mineraal met de chemische formule Fe₃O₄. Nu is deze stof zelf onbruikbaar, ze is niet magnetisch zacht en ze heeft een vrij groot geleidingsvermogen. Maar de formule kan ook worden geschreven als FeO.Fe₂O₃. Daaruit zien we dat een op de drie ijzeratomen tweewaardig is, twee op de drie zijn driewaardig. Ook uit de met röntgenstralen vastgestelde kristalstructuur blijkt dat er in deze verbinding twee soorten ijzeratomen voorkomen. Nu kan men andere ferrieten gaan onderzoeken, verbindingen van het type MeO. Fe₂O₃ waarbij Me een of ander tweewaardig metaal is, of eventueel een mengsel van metalen. Onder dergelijke materialen werden bruikbare gevonden, om te beginnen hoofdzakelijk door proberen en schiften. Later werden de experimenten ondersteund door een beter inzicht in de samenhang tussen de magnetische eigenschappen en de rangschikking van de atomen in het

[p. 323]

kristalrooster, die met behulp van röntgendiffractie werd vastgesteld. Daarbij werd dankbaar gebruik gemaakt van de theoretische beschouwingen van de Franse natuurkundige (en latere Nobelprijswinnaar) Louis Néel, die van zijn kant de Philipsresultaten als bevestiging van zijn overwegingen kon aanhalen. De materialen worden gemaakt door sinteren, hebben een fijnkorrelige structuur, en worden zowel vanwege hun bereidingswijze als vanwege hun uiterlijk wel ‘zwarte keramiek’ genoemd. De naam ‘ferroxcube’ - hij werd bedacht door Snoek - werd ingevoerd als merknaam, maar is bijna tot soortnaam geworden. Snoek keek wel wat beteuterd toen hij op een dag op zijn bureau een bouillonblokje vond, dat iemand daar stiekem had neergezet, en waar Veroxcube op stond, wat de indruk moest wekken dat het uit echt (veritable) ossevlees was gemaakt. Of dat werkelijk zo was is twijfelachtig; ferroxcube bevat wel echt ijzeroxyde.

Deze ferrieten worden op ruime schaal toegepast en het werd op den duur mogelijk om voor bepaalde toepassingen ferrieten ‘op maat’ te maken. Bijvoorbeeld voor geheugenringetjes.^* Een ferrietringetje kan in de ene of in de andere tangentiele richting gemagnetiseerd zijn en de magnetisatie kan van de ene naar de andere richting worden omgeklapt door middel van een stroomstoot in een door het ringetje gestoken draad. Zo kan men in één ringetje één bit informatie vastleggen. Magnetisatie rondlopend in de richting van een klok zou als ‘ja’ of als 1 kunnen gelden, magnetisatie tegen de klok in als ‘nee’ of als 0. In grote computers worden (of liever werden) duizenden van zulke ringetjes met de bijbehorende draden gecombineerd tot matjes, waarvan dan weer vele werden gebruikt. Een ‘geheugenfabriek’, bijvoorbeeld die van North American Philips, maakte op mij altijd een merkwaardige indruk. Aan de ene kant van de fabriek, de zwarte kant om zo te zeggen, werd een beter soort roest vermengd met andere laag bij de grondse stoffen, gemalen, in de juiste vorm geperst en in grote ovens verhit. Zo op het gezicht een wat knoeierig, hoewel in werkelijkheid vrij nauwkeurig procédé. In de andere helft van de fabriek zaten dames met goed verzorgde handen onder begeleiding van een zacht muziekje gekleurde draden door ringetjes te rijgen en ze tot matjes te weven: een soort van geperfectioneerd

* Jammer genoeg is het denkbeeld ferrietringetjes als geheugen te gebruiken niet uit het Philipslaboratorium afkomstig.

[p. 324]

Fröbelschoolwerk. Een tegenstuk van deze kleine ringetjes, met een diameter van enkele millimeters, zijn de grote ringen met een diameter van ongeveeer een halve meter, die werden gemaakt voor de deeltjesversnellers in Brookhaven op Long Island bij New York en in Genève.

Een eigenaardig geval deed zich voor bij de aflevering van de ringen aan Brookhaven. De fabriek had bepaalde specificaties gegarandeerd en volgens hun metingen voldeed het materiaal daaraan, maar ook maar net. De metingen in Brookhaven gaven een veel gunstiger resultaat. We stuurden een van onze beste specialisten er opuit om de zaak te onderzoeken en hij vond dat de mensen in Brookhaven gelijk hadden: in de Philips-metingen was een systematische fout gemaakt. Brookhaven was blij. Het is altijd leuk het bij het rechte eind te hebben en bovendien kregen ze een beter materiaal dan ze hadden bedongen. Ik moet er niet aan denken wat ze zouden hebben gedacht als wij te gunstige waarden hadden opgegeven. Nu kon hun conclusie alleen maar zijn dat we dom maar eerlijk waren.

Bij het schrijven van dit boek en bij het maken van deze Nederlandse bewerking werd ik telkens weer geconfronteerd met vertaalproblemen. Die kunnen ook in het zakenleven een rol spelen en een grappig voorbeeld daarvan deed zich voor in verband met ferroxcube.

Philips had een Amerikaanse firma die naar onze mening inbreuk maakte op onze octrooien, een proces aangedaan. De zaak was zorgvuldig voorbereid en een van de scheikundigen van het Laboratorium zou meegaan met onze juristen en octrooimensen als deskundige. Kort voor zijn vertrek las hij, om zijn voorbereiding te voltooien, een verhaal van Ellery Queen. Opeens begon hij zich zorgen te maken: Ellery en zijn vader woonden in een brownstone. Waar was hij dat woord eerder tegengekomen? Dat moest in een van de Philips-octrooien zijn geweest. Hij ging de zaak na, en hier is wat hij vond. In het Nederlands heet mangaandioxyde bruinsteen, in het Duits Braunstein. In een van de Nederlandse octrooien wordt gezegd dat het mengsel mangaan moet bevatten, bij voorkeur in de vorm van zeer zuivere bruinsteen. In de Amerikaanse versie was dit vertaald als... brownstone en niet als pyrolusite, de correcte vertaling. Brownstone, een roodbruine zandsteen - ik neem aan dat de kleur afkomstig is van

[p. 325]

ijzeroxyde - is bepaald geen geschikte bron van zuiver mangaan! Toen keek hij in de meest bekende Nederlands-Engelse woordenboeken en vond dat die stuk voor stuk de vertaling brownstone gaven. Er volgde een koortsachtige activiteit. Woordenboeken werden verzegeld en verklaringen werden onder ede afgelegd dat deze woordenboeken op Nederlandse kantoren algemeen werden gebruikt. Maar het was alles niet nodig geweest. Niemand had de fout ontdekt en de zaak is voor het proces begon in der minne geschikt. Toch zouden de woordenboekmakers iets ter verdediging van hun foute vertaling kunnen aanvoeren. De Oxford-Dictionary geeft één citaat uit een scheikundeboek uit 1875: ‘hyperoxide of manganese or brownstone’ en een Duits-Engels woordenboek uit 1859 geeft ook Braunstein = brownstone. Blijkbaar hebben Engelse chemici, die sterk onder de invloed stonden van hun Duitse collega's, een tijd lang inderdaad het woord brownstone gebezigd als vertaling van Braunstein. Dat taalgebruik is in Engeland verdwenen, in de Verenigde Staten heeft het woord een totaal andere betekenis, maar de oude traditie leeft voort in de Nederlandse woordenboeken.

Er bestaat nog een ander soort ferrieten, de zogenaamde hexaferrieten, verbindingen van het type MeO.6Fe₂O₃ die toevallig ook een hexagonale kristalstructuur hebben. Sommige hexaferrieten zijn goed als permanente magneten, vooral BaO.6Fe₂O₃. Die verbinding staat in Europa te boek als ferroxdure, in de Verenigde Staten als magnadure. Het eerste proefstukje van dit materiaal werd per ongeluk gemaakt. Een assistent had de opdracht gekregen een preparaat van een bepaalde samenstelling te maken waarvan men zeker mocht verwachten dat het een soort ferroxcube zou zijn. Bij het herleiden van de chemische formule die hij had opgekregen tot grammen van de te gebruiken grondstoffen maakte hij rekenfouten. Het resultaat was een hexaferriet en een permanente magneet. Natuurlijk had dit eerste preparaat nog niet de optimale samenstelling. Het fasediagram werd vastgesteld, de kristalstructuur werd bepaald, de magnetische eigenschappen werden nauwkeurig gemeten. Dat neemt niet weg dat al dat werk wel nuttig was om de zaak af te ronden, maar dat de eerste stap een weegfout was. Voor een overtuigd voorstander van fundamenteel onderzoek is dat wel wat beschamend.

Als magneet kan ferroxdure niet tegen ticonal op, maar het is

[p. 326]

veel goedkoper en bevat geen zeldzame elementen. Het heeft een vrij lage verzadigingsmagnetisatie, maar een zeer hoge coërcitiefkracht, en dat maakt het bijzonder geschikt voor magnetisch speelgoed. Mijn vriend en collega G. Rathenau, een zeer consciëntieus man, wilde daarom zeker weten dat het niet vergiftig was. Het werd in grote doses aan konijnen gevoerd zonder schadelijke gevolgen. Overigens heeft men mensen ook wel eens ferriet laten slikken, vermengd met de bariumpap die als contrastmiddel wordt gebruikt bij het röntgenonderzoek van de ingewanden. Men kan dan met behulp van een permanente magneet die darmen wat heen en weer trekken. Voor zover mij bekend is de methode niet op grote schaal toegepast, hoewel ze me redelijker voorkomt dan een geneesmethode voor liesbreuken die door Ambroise Paré wordt beschreven:¹⁰ ‘Een zeker chirurg aan wie men vertrouwen mag hechten, heeft me verteld dat hij vele kinderen als volgt heeft genezen. Hij wrijft zeilsteen tot een fijn poeder, en geeft dat in met pap, en dan smeert hij de lies in met honing op de plaats waar de darm naar buiten kwam, en bestrooit die dan met fijn ijzervijlsel. Hij diende dit soort geneesmiddel toe gedurende tien of twaalf dagen...’

Wat ik over magnetische materialen heb verteld is schetsmatig en oppervlakkig. Ik vrees dat het geen ware indruk geeft van al het werk dat werd gedaan, van de talloze preparaten die werden gemaakt en onderzocht, van de vele metingen die zich uitstrekten over een groot frequentiegebied, van de röntgenanalyses en de bepaling van kristalstructuren, van theoretische modellen en hun experimentele toetsing, maar ik moet het er bij laten en lezers die zich werkelijk voor deze details interesseren, verwijzen naar de vakliteratuur.¹¹

10 The Apology and Treatise of Ambroise Paré (red. G. Keynes), University of Chicago Press, Chicago 1952, p. 102.

11 Een nuttige samenvatting is J. Smit en H.P.J. Wijn: Ferrites, Philips Technical Library, Eindhoven 1959.

Beeldtransformatoren en camerabuizen

Ik heb al verteld dat Holst, samen met M.C. Teves (en ook met J.H. de Boer) een pionier was op het gebied van beeldtransformatoren. Laat ons nu de grondbeginselen daarvan wat nader bekijken. Het oog van de mens kan infrarode straling niet waarnemen (juist daarom werd die straling infrarood genoemd). Maar een infrarood quantum kan wel een elektron vrijmaken uit sommige metalen, in het bijzonder uit zilver wanneer dit met een dun laagje cesium is bedekt. Overigens is het prepareren van goede

[p. 327]

fotokathodes alweer een wat ‘alchemistisch’ procédé: de theoretische achtergrond is voldoende voor een globaal begrip maar niet voor het vaststellen van fabricagevoorschriften. Als een elektron uit een fotokathode is vrijgemaakt, kan het door een elektrisch veld worden versneld; als het dan terechtkomt op een fluorescerende laag, zal een aantal lichtquanta worden uitgezonden. Zo geeft één geabsorbeerd infrarood quantum aanleiding tot de emissie van meer dan één zichtbaar quantum. Als nu het verloop van het elektrische veld zodanig is dat de elektronen die op het fluorescentiescherm vallen een afbeelding vormen van de fotokathode, dan zal een infrarood ‘prentje’ dat op de fotokathode wordt geprojecteerd, worden omgezet in een zichtbaar prentje op het fluorescentiescherm. In het Natuurkundig Laboratorium werd dit principe gerealiseerd in bevredigend werkende buizen, maar voor zover ik weet - ik was toen nog niet bij Philips - is het vóór de oorlog niet tot fabricage gekomen. Gedurende de tweede wereldoorlog werden vooral in de Verenigde Staten veel van dit soort buizen gemaakt.

Na de oorlog kreeg Philips militaire opdrachten dergelijke buizen te maken en er werd een vorm van elektrodes gevonden die een betere afbeelding van kathode op anode gaf. De zaak werd aanvankelijk als uiterst geheim beschouwd; zelfs het feit dat dergelijke buizen werden gemaakt mocht niet uitlekken. Dat was soms weleens wat lastig. Deze buizen konden namelijk goed te pas komen bij proeven over halfgeleiders, maar op het Natuurkundig Laboratorium mochten we de Philips-buizen niet gebruiken zonder prohibitieve veiligheidsmaatregelen. Gelukkig konden sniperscopes worden gekocht als war-surplus en die hebben we toen maar gebruikt. Dat werd althans gezegd, en iedereen was tevreden.

Er waren in die dagen nog maar weinig auto's in Nederland en de treinverbindingen waren ook nog lang niet op peil. Er waren dus veel lifters en men had automobilisten officieel gevraagd dienstplichtigen met weekeinde-verlof mee te nemen. Ik heb er heel wat vervoerd en vond het erg leerzaam. Zo nam ik een keer een jongeman mee die op weg was van Amsterdam naar Middelbeers. ‘Wat zal ik blij zijn als ik thuis ben,’ zei hij ‘want wat kan een mens op zaterdag en zondag in Amsterdam beginnen.’ Ik was het met hem eens dat vergeleken met Amsterdam Middelbeers

[p. 328]

veel meer te bieden heeft. Maar nu de beeldtransformatoren. Een van mijn passagiers legde me uit dat ze soms veel plezier hadden in de duinen. Dan zetten ze een gebied af met rode vlaggen en gingen op konijnenjacht. Maar nu hadden ze iets nieuws. Geweren met een bijzonder soort kijker, die kijkers maakten ze bij Philips, en zoeklichten die onzichtbaar licht uitstraalden, hij meende haast dat het infrarood heette. En nu konden ze konijnen schieten in het donker. Prachtige sport. Ik heb onze veiligheidsdienst maar niet op de hoogte gebracht van dit gesprek.

M.C. Teves werkte nog op het Natuurkundig Laboratorium maar hij werkte niet aan dit militaire project. Hij maakte echter wel degelijk gebruik van zijn vroegere ervaring: hij maakte een röntgenbeeldversterker. Er bestonden twee methodes van röntgendiagnostiek: fotografie en fluorescopie (ook wel doorlichting genoemd). Het nadeel van fotografie is dat men altijd moet wachten totdat de film is ontwikkeld; vooral tijdens operaties is dat hinderlijk. Ook krijgt men geen beweging te zien. Hoogstens kan men een aantal foto's kort na elkaar nemen. Het nadeel van fluorescopie (dat wil zeggen het bekijken van een fluorescentie-scherm) is dat de patiënt een vrij hoge dosis röntgenstralen krijgt, zelfs wanneer de intensiteit van de röntgenstralen en daarmee de helderheid van het beeld op het scherm zo zeer wordt gereduceerd dat een waarnemer zich lange tijd moet adapteren voor hij wat ziet. Die waarnemer zal dus niet een chirurg zelf kunnen zijn. De röntgenbeeldversterker vergroot de helderheid van het fluorescentiebeeld op de volgende manier. (Ik beschrijf de methode die oorspronkelijk in het Natuurkundig Laboratorium werd uitgewerkt en die jarenlang in de fabriek werd toegepast, maar die zo langzamerhand wel verouderd is, al zijn de grondbeginselen hetzelfde gebleven.) Er wordt een fluorescentiescherm gemaakt door een geschikt fluorescerend poeder in te bedden in silicon-kunststof. Die wordt in een vacuümomhulling geplaatst en ontgast. Siliconkunststof verdraagt de daarvoor nodige hoge temperatuur. Een doorzichtige fotokathode wordt nu op dit scherm aangebracht. Eén röntgenquantum dat in het scherm wordt geabsorbeerd maakt dat een aantal zichtbare quanta worden uitgestraald. Ongeveer tien procent van deze quanta maakt een elektron vrij. Deze elektronen worden versneld met een spanning van vijfentwintig kilovolt en vormen op een tweede fluorescentiescherm een afbeelding

[p. 329]

van de fotokathode. De totale hoeveelheid licht die door het tweede scherm wordt uitgezonden is ongeveer vijftien keer zo groot als de hoeveelheid die door het eerste scherm wordt uitgezonden. Maar dat is nog niet alles. Een veel grotere winst in helderheid word bereikt doordat de oppervlakte van het tweede fluorescentiescherm tachtig maal kleiner is dan die van het eerste scherm. De totale winst in helderheid is ongeveer een factor 1200. Mede dank zij de beeldversterkers kon een nieuw tijdvak in de röntgendiagnostiek worden ingeluid: men kon niet alleen statische en anatomische waarnemingen doen, maar ook dynamische en fysiologische. Zo werd bijvoorbeeld hartcatheterisatie waarvan de mogelijkheid al in 1929 door Forssmann was bewezen en die door Cournand en Richards werd uitgewerkt tot een klinische methode, pas veilig en handzaam door het gebruik van een beeldversterker.

Philips was niet de allereerste op dit gebied. We waren wel onafhankelijk van anderen begonnen, maar Westinghouse heeft enkele maanden eerder dan wij een röntgenbeeldversterker gedemonstreerd, die was ontworpen door J.W. Coltman. In principe waren de twee buizen analoog, maar ik meen te mogen zeggen dat onze apparatuur beter was aangepast aan de wensen van de röntgenologen. Daarover was voortdurend van gedachten gewisseld, onder andere met de eigen medische dienst van Philips. Ook had de optische groep van het Laboratorium geholpen geschikte optiek te vinden om het uiteindelijke fluorescentiebeeld te bekijken. Toch heb ik me erover verwonderd dat Westinghouse ons later niet heeft bijgehouden. Ze hadden nu eenmaal een kleine voorsprong. De reden heb ik pas veel later gehoord, tijdens een kleine conferentie op Kreta. Daar ontmoette ik een fysicus die destijds bij Westinghouse had gewerkt in de groep van Coltman. Hij vertelde dat Westinghouse toen juist een opdracht kreeg een onderzeeër te voorzien van aandrijving met kernenergie en alle natuurkundigen en ingenieurs die maar iets van straling wisten werden uit hun werk gehaald voor dit grote project. Coltman bleef bijna alleen achter. Het is wel een leerzaam verhaal: het laat zien dat het soms een voordeel is geen overheidscontracten te krijgen.

Camerabuizen voor televisie zijn heel wat anders dan beeldtransformatoren en beeldversterkers; ze hebben een andere functie en werken volgens andere principes. De twee soorten buizen

[p. 330]

hebben gemeen dat hun functioneren afhankelijk is van de eigenschappen en vooral oppervlakte-eigenschappen van dunne laagjes van bijzondere samenstelling. Om die eigenschappen voldoende in de hand te houden is een uiterst zorgvuldige fabricage vereist, nog aanmerkelijk zorgvuldiger dan voor normale elektronenbuizen nodig is. Een zeer succesvol project van het Natuurkundig Laboratorium uit de jaren vijftig en het begin van de jaren zestig was de ontwikkeling van het ‘plumbikon’, een nieuwe camerabuis.

Hier kom ik alweer de door Lucretius gesignaleerde moeilijkheid tegen. Een lange inleiding zou nodig zijn voor een werkelijke verklaring. Ik beperk me tot een korte, als gewoonlijk onbegrijpelijk voor de leek en overbodig voor de vakman. De televisiebeelden die we thuis zien worden op het scherm van de beeldbuis gevormd door een elektronenstraal die het oppervlak lijn voor lijn langs loopt: in de meeste Europese landen worden 625 lijnen vijfentwintig maal per seconde volgeschreven. De intensiteit van de straal - en daarmee de intensiteit van het door het scherm uitgestraalde fluorescentielicht - wordt op ieder ogenblik bepaald door het binnenkomende televisiesignaal. In de camerabuis wordt het optische beeld eerst omgezet in een elektrisch beeld: grote oppervlaktelading komt overeen met een lichte plek in het optische beeld. Een elektronenstraal tast dit elektrische beeld vijfentwintig keer per seconde af langs 625 lijnen, veegt het uit, en levert tevens het signaal dat moet worden uitgezonden. De elektronenstralen in alle ontvangers moeten precies synchroon lopen met de elektronenstraal in de camerabuis. Dat wordt bereikt met synchronisatiesignalen. Al deze dingen zijn gemakkelijk gezegd, maar vragen tamelijk ingewikkelde elektronica, en bij kleurentelevisie wordt het nog wat ingewikkelder. Voor de fysicus is echter de belangrijkste vraag: hoe zetten we het optische beeld om in een elektrisch beeld en wat zijn de eigenschappen van dat elektrische beeld?

Jarenlang had rca op dit gebied de onbetwiste leiding. Die traditie was gevestigd door Zworykin. Vladimir Kosma Zworykin werd geboren in 1889, studeerde in St. Petersburg (Leningrad) en in Parijs bij Langevin. In 1919, na de Russische revolutie, kwam hij naar de Verenigde Staten. Hij werkte eerst bij Westinghouse maar toen hij in 1929 in Rochester bij een bijeenkomst van het Institute of Radio Engineers zijn elektronisch televisiesysteem

[p. 331]

demonstreerde, begreep David Sarnoff meteen dat dit de man was om een nieuw waagstuk mee te beginnen en Zworykin werd een leidende figuur in de research van rca.

Toen ik Zworykin kort na de oorlog voor het eerst ontmoette, was hij dus al geen jongeman meer, maar hij zat nog vol nieuwe ideeën. Zijn Engels leek op dat van Gamow - ik meen dat ze elkaar goed kenden - en ik had dus geen moeite hem te verstaan. Hij is later hertrouwd, maar hij leefde toen alleen, met een bediende die ook voor hem kookte. Een van zijn hobby's was de Russische keuken te reconstrueren zonder kookboek. Hij herinnerde zich hoe dingen moesten smaken en had een vaag vermoeden welke ingrediënten eraan te pas kwamen en zijn kok bleef het recept veranderen totdat Zworykin het goedkeurde.

Hij vertelde ook over zijn betrekkelijk succes met een elektronisch toestel om honden te dresseren. De hond kreeg een halsband aan met een klein ontvangertje dat een opgevangen signaal omzette in een elektrische schok. Hij commandeerde de hond te gaan liggen, of te blijven liggen, of te komen, en als de hond niet gehoorzaamde kreeg hij een schokje toegediend. De hond leerde algauw de schokken te vermijden en na een tijdje was hij ook zonder zender heel gehoorzaam, maar alleen wanneer hij die speciale halsband omhad. Daarzonder deed hij waar hij zin in had; zulke honden worden domme honden genoemd.

Het mooiste verhaal dat ik me herinner, en dat ik nog al kenschetsend vond voor zijn goedmoedige ironie, had te maken met een methode om blinden te laten lezen. Hij had niet geprobeerd synthetische spraakklanken te laten horen, afgeleid uit een gedrukte tekst, zijn idee was eenvoudiger. Ik meen me te herinneren, maar het is lang geleden en ik heb nooit een publikatie gezien, dat de letters werden afgetast met een lichtstraal en dat zwart werd weergegeven als een lage, wit als een hoge toon. In elk geval kregen de blinde lezers een akoestisch signaal te horen, dat op vrij eenvoudige wijze uit de letters kon worden afgeleid, maar waarin deze op tamelijk ingewikkelde manier gecodeerd waren. Zworykin had zichzelf ervan overtuigd dat die code wel te leren was, maar zou je er prettig mee kunnen lezen, wat met braille wel gaat? Een groepje psychologen nam het op zich dat te onderzoeken. Ze vonden een proefpersoon die bereid was zich de moeite te getroosten op die manier te leren lezen. Ze was welis-

[p. 332]

waar niet blind, maar ze werd altijd zorgvuldig geblinddoekt. Weldra las ze tamelijk vloeiend, ze gaf vaak demonstraties, en ze ging nog voortdurend vooruit. Zoveel vooruit, dat Zworykin achterdochtig werd, want ze las sneller dan hij op grond van simpele overwegingen uit de informatietheorie voor mogelijk hield. Maar zijn opmerkingen werden door de psychologen van de hand gewezen. Ze vonden dat menselijke vaardigheden ver uitgingen boven wat een informatietheorie - die toch in eerste instantie voor levenloze zaken was opgesteld - mogelijk achtte. Toen werd het opeens stil. Nadat hij een paar maanden niets had gehoord belde Zworykin de leider van het team op. ‘Ik geloof dat het beter is als ik je even kom opzoeken,’ zei die nogal aarzelend. Zworykin schreef een paar woorden op een stukje papier, legde dat op zijn bureau en wachtte het bezoek af. De man kwam, nog diezelfde dag, en begon: ‘Ik weet niet goed hoe ik moet beginnen, maar...’ Zworykin viel hem in de rede, greep het velletje papier dat op zijn bureau klaarlag, gaf dat aan zijn bezoeker en vroeg: ‘Is dat de kwestie?’ Op het papier stond alleen: ‘Miss die-en-die heeft je bedrogen.’ ‘Hoe kon je dat weten,’ zei de man opgelucht. ‘Het was heel duidelijk,’ zei Zworykin. ‘Het kon eenvoudig niet zo vlug.’ Het volgende was gebeurd. De jonge vrouw had ontdekt dat ze zo werd geblinddoekt dat er een klein kiertje overbleef en met enige oefening was het haar gelukt er zo bij te gaan zitten dat ze onopvallend door dat kiertje kon lezen. Dat had veel succes, totdat bij een van haar demonstraties iemand op het idee kwam een zwart vel papier tussen haar en de tekst te houden. Ze barstte in huilen uit en, nog altijd volgens Zworykin, ze snelde naar de damestoiletten; daarna had niemand meer iets van haar gehoord.

Terug naar de camerabuizen. Een van de buizen die bij rca waren ontwikkeld was het vidicon. In die buis wordt het elektrisch beeld verkregen door fotogeleiding. Sommige stoffen hebben namelijk de eigenschap elektrisch geleidend te worden wanneer er licht op valt. Laat nu de ene kant van een dun laagje van een dergelijke stof bedekt zijn met een doorzichtige maar geleidende laag (tinoxyde op glas is een geliefde keuze) die op een positieve spanning wordt gehouden en laat ieder plekje aan de andere kant vijfentwintig maal per seconde op een spanning nul ten opzichte van de kathode worden gebracht door een aftastende elektronen-

[p. 333]

straal. Wanneer nu het laagje door licht wordt getroffen, dan zal er lading vloeien van de ene kant van het laagje naar de andere kant en op iedere plek zal de hoeveelheid getransporteerde lading, die door de elektronenstraal wordt gecompenseerd, evenredig zijn met de hoeveelheid licht die sinds de vorige aftasting daar ter plaatse op het laagje is gevallen.

De rca vidicons werkten uitstekend, ze waren niet al te moeilijk om te maken en eenvoudig te hanteren, maar de kwaliteit van de beelden die men ermee kon krijgen was voor studiowerk onvoldoende. Daarom besloten we te zoeken naar een geschikter fotogeleidend materiaal dan het antimoonsulfide en het arsenicumsulfide dat door rca werd gebruikt. Er waren verschillende redenen om loodoxyde, PbO, veelbelovend te vinden. En toen heeft jarenlang een groep van fysici en chemici en technische assistenten geworsteld met het probleem een laagje loodoxyde te prepareren, twee centimeter in diameter, één zestigste millimeter dik, dat alle eigenschappen had die nodig zijn voor studiowerk van hoge kwaliteit en in het bijzonder ook voor kleurentelevisie. In het bekende boek Tristam Shandy - ik vertelde in hoofdstuk 5 dat het een van Kramers' lievelingsboeken was - zegt de auteur over zijn vader dat hij in hoge mate de eigenschap bezat ‘die bekend staat onder de naam van doorzettingsvermogen bij een goede zaak... en van koppigheid in een slechte’. Dat was hier ook van toepassing. We werden vaak gehoond wegens onze domme koppigheid, vooral door mensen van de verkoopafdeling: ze vonden dat we maar liever de rca buizen precies moesten namaken, want ze geloofden niet dat we het op dit gebied ooit van de rca zouden kunnen winnen. Maar per slot van rekening bleek het toch doorzettingsvermogen te zijn geweest. Ook hier werd de uiteindelijke oplossing gevonden door een combinatie van empirisch zoeken met theoretische analyse en voorspelling. Nauwkeurige elektrische metingen, chemische analyse, röntgendiffractie en elektronenmicroscopie speelden alle een rol. Het onoverwinnelijk optimisme van Dr. de Haan, de leider van het team, onder het bekwame toezicht van mijn adjunct-directeur Dr. Bruining was van beslissende invloed. Ik zal echter niet te veel namen noemen; er waren zoveel verdienstelijke lieden die aan het project hebben meegewerkt.

Toen we eenmaal wisten hoe we perfecte plumbikons konden

[p. 334]

maken waren de moeilijkheden nog niet voorbij. We moesten de fabriek ervan overtuigen dat ze deze buizen moesten gaan maken en dat ze om te beginnen precies de fabricagemethode van het Natuurkundig Laboratorium moesten volgen. Naderhand konden ze die dan nog wel wijzigen en verbeteren. Ook dat is gelukt en na verloop van tijd maakte de fabriek zonder al te veel moeite voortreffelijke plumbikons en, zoals altijd in dergelijke gevallen, was de strooiing in eigenschappen aanmerkelijk kleiner dan bij onze proeffabricage.

De plumbikons bleken - mede door een vernuftige, ook op het Natuurkundig Laboratorium ontworpen optiek - bij uitstek geschikt voor kleuren-tv. Tot op vandaag wordt het merendeel van alle kleurenuitzendingen in de hele wereld opgenomen met plumbicons die of door Philips of door een van onze licentiehouders zijn gefabriceerd. Ik ben me ervan bewust dat lang niet iedereen overtuigd is van de noodzaak of zelfs maar van de wenselijkheid van televisie. Maar wanneer je televisie accepteert dan zul je moeten toegeven dat kleuren de inhoud aanmerkelijk verrijken. Dat geldt in het bijzonder voor culturele en instructieve programma's. Ik denk onder andere aan enkele prachtige Duitse uitzendingen over het gedrag van insekten. Ik ben er zeker van dat de voortreffelijke kwaliteit van de huidige kleurentelevisie voor een deel te danken is aan het werk van het Philipslaboratorium.

Laat ik er nog eens de nadruk op leggen dat mijn eigen bijdrage aan dit succes niet groot is geweest. Ik heb alleen mensen uitgezocht aan wie ik dit werk kon toevertrouwen, ik heb ze verdedigd tegen kritiek en ik heb ze aangemoedigd door te zetten. Ik ben nooit precies op de hoogte geweest van alle details en ik zou dit soort werk nooit zelf hebben kunnen doen.

Wetenschappelijke instrumenten

Ik vermeldde dat sommige buizen en sommige materialen die wij in het Natuurkundig Laboratorium hadden ontwikkeld, diensten bewezen in academische projecten. We bouwden ook meer complete apparatuur. In de jaren voor de tweede wereldoorlog geloofde Holst daar niet erg in. ‘Gloeilampen zijn zowat de enige dingen die je met winst aan een universiteitslaboratorium kunt verkopen,’ heeft hij eens wat schamper tegen me gezegd. Hij hield van overdrijven maar er schuilde veel waars in die opmerking.

[p. 335]

De firma's die op dat gebied wel enige winst maakten waren van het ‘instrumentmakerstype’ en dat soort produktie past niet zo goed in een grote onderneming als Philips met hoge algemene kosten (‘overhead’) en met een organisatie die wat te log en te weinig flexibel is voor kleine series van geraffineerde maar niet heel dure toestellen. Toch was er één uitzondering geweest: de Cockcroft-Walton generatoren. Ze werden ontwikkeld in het röntgenlaboratorium, een vrij kleine organisatie, die in het gebouw van het Natuurkundig Laboratorium was ondergebracht maar die tot 1942 een afzonderlijk budget en een onafhankelijke leiding had.

Dr. A. Bouwers was de schepper en leider van deze groep. Hij was begonnen als onderwijzer, had in Amsterdam gestudeerd en was in 1920 bij Philips in dienst getreden. Bouwers was een man met visie en hij was een groot uitvinder. Hij beschikte ook over de energie, de stootkracht en de bekwaamheid - en, zo nodig, de meedogenloosheid - die nodig waren om zijn vele ideeën te realiseren. Anton Philips had een zwak voor de röntgenactiviteiten, hoewel ze jarenlang niets opbrachten. Het kan zijn dat hij toch een goede toekomst voorzag, maar ik geloof dat ook de humanitaire kant bij hem aansprak. In elk geval was hij bereid Bouwers te steunen en hem de vrije hand te laten, hoewel Bouwers' uitvindingen, altijd vernuftig en meestal in beginsel deugdelijk, lang niet altijd tot commercieel succes leidden. Zonder Bouwers zou de röntgenactiviteit^* van Philips waarschijnlijk nooit dezelfde vlucht hebben genomen en zijn invloed op de ontwikkeling van röntgenapparatuur is ook ver buiten Philips voelbaar geweest.

Via röntgenstralen raakte Bouwers geïnteresseerd in hoogspanning; een in 1939 verschenen boek laat dat duidelijk zien.¹² En zo begon Bouwers met zijn medewerkers cascadegeneratoren te bouwen. Over het toestel dat in Cambridge werd geïnstalleerd heb ik al wat verteld. In Eindhoven stond ook een vrij grote generator opgesteld, in een hal die gewoonlijk het circus werd genoemd. Hij werd gebruikt voor kernfysische proeven en ook voor het maken van radioactieve fosforus voor medisch en biologisch onderzoek.

* De activiteit omvatte later ook andere medische apparatuur en uiteindelijk werd de naam van de hoofdindustriegroep gewijzigd in ‘Medical Systems’. Daar heb ik vergeefs tegen geprotesteerd. (Ik heb wat tegen op dit modieuze, veelal zinloze gebruik van het woord systems.)

12 A. Bouwers: Elektrische Höchstspannungen, Julius Springer, Berlijn 1939.

[p. 336]

In 1942 ging Bouwers weg bij Philips; hij werd leider van De Oude Delft, ene firma die na de oorlog een zekere vermaardheid kreeg op het gebied van professionele optica. Jarenlang was een van hun standaardprodukten de Odelca camera, een instrument voor zogenaamde indirecte röntgenfotografie. Daarbij wordt het röntgenbeeld dat op een fluorescerend scherm verschijnt, gefotografeerd op een film van kleiner formaat. Om dat efficiënt te kunnen doen was een lens met goede scherpte en zeer grote lichtsterkte nodig. De Odelca camera heeft vooral goede diensten bewezen bij massaonderzoek van de longen, want directe fotografie zou daar veel te duur worden en bovendien zouden de grote aantallen filmen van groot formaat tamelijk onhandelbaar zijn. Bouwers' vertrek naar De Oude Delft betekende dus niet dat hij de röntgenstralen helemaal vaarwel zei, en zijn kennis en aanzien op dat vakgebied kwamen hem goed van pas.

Na het vertrek van Bouwers werd het röntgenlaboratorium bij het Natuurkundig Laboratorium gevoegd. Ik werd min of meer met de leiding van het groepje dat overbleef belast. Min of meer, want bij Holst werden dergelijke zaken niet erg duidelijk vastgelegd. A.C. van Dorsten zette de traditie van wetenschappelijke apparaten voort, W.J. Oosterkamp werkte verder aan de röntgendiagnostiek. Ik wil niet beweren dat ik belangrijk heb bijgedragen tot röntgendiagnostiek of -therapie, tot hoogspanningstechniek of tot wetenschappelijke instrumentatie, maar ik heb er in elk geval genoeg van opgestoken om het belang van beeldversterkers in te zien en ik heb ook het werk aan wetenschappelijke apparaten aangemoedigd. Of eigenlijk is ‘aangemoedigd’ niet het juiste woord. Aanmoediging hadden Van Dorsten en zijn medewerkers niet nodig, maar wel enige steun.

In de jaren na de oorlog werd een aantal cascadegeneratoren - soms compleet met ontladingsbuis - verkocht aan universiteitslaboratoria, vooral in Nederland en in Engeland en Schotland. Op den duur hebben ze het echter toch moeten afleggen tegen de Van de Graaff-generatoren die in principe eenvoudiger zijn en die een aantal technische voordelen hebben.

Reeds gedurende de oorlog begonnen C.J. Bakker en F. Heyn^* een cyclotron te ontwerpen, en ze begonnen zelfs onderdelen te bestellen hoewel de Duitsers geen toestemming hadden gegeven een dergelijk toestel te bouwen. Ik had daar niet veel mee te ma-

* Bakker (1904-'60) werd later director-general van cern in Genève. Hij kwam om het leven bij een vliegtuigongeluk. Heyn werd hoogleraar in Delft.

[p. 337]

ken. Wel moest ik een keer de baas van de Duitse toezichthouders ontvangen en hem en enkele van zijn stafleden het circus vertonen. Gelukkig was er tijd geweest de onderdelen voor het cyclotron, die ook in die hal waren opgeslagen, goed in te pakken. Leunend tegen een van die pakken legde ik uit waarom ik het jammer vond dat we niet aan een cyclotron konden werken. Na de oorlog werd het oorspronkelijke ontwerp veranderd: de machine werd een synchrocyclotron. Er werd een regeling getroffen waarbij het cyclotron in Amsterdam werd geplaatst; Bakker was daar hoogleraar geworden. Een kleine groepje onder leiding van Heyn werd ook naar Amsterdam verplaatst.

Zo was dan ons eerste cyclotron netjes ondergebracht in Amsterdam, maar dat betekende niet het einde van de cyclotronactiviteit in Eindhoven. In de fabriek werden ettelijke cyclotrons gefabriceerd in nauwe samenwerking met het laboratorium. Eerst enige synchrocyclotrons, in hoofdzaak kopieën van de Amsterdamse machine; later veel geraffineerdere ‘isochrone’ cyclotrons. Van Dorstens groep werd bijzonder bedreven in het ontwerpen van dergelijke toestellen en in het berekenen van de vereiste elektrische en magnetische velden. Er waren echter op dat gebied geen blijvende zaken te doen, het groepje werd ontbonden, twee leden ervan werden hoogleraar in Eindhoven en het laatste prototype werd aan de technische hogeschool aldaar ten geschenke gegeven.

Door dit werk aan deeltjesversnellers kwamen we in contact met prominente onderzoekers en belangrijke laboratoria. Dat was over het algemeen nuttig en plezierig maar er waren ook wel eens pijnlijke situaties. Zo kreeg ik bijvoorbeeld bij een bezoek aan Oxford er flink van langs van Lord Cherwell, vanwege de slechte kwaliteit van sommige onderdelen van een cascadegenerator. Zijn klachten waren gerechtvaardigd, maar bij de snelle wederopbouw van na de oorlog was het moeilijk dergelijke fouten geheel te vermijden. In elk geval kon ik er weinig anders aan doen dan zijn klachten met voldoende nadruk over te brengen aan de fabriek.

Een cyclotron werd ook gebouwd voor Irène Joliot-Curie. Ze kwam naar Eindhoven om bijzonderheden te bespreken en ik heb toen ook met haar gepraat over natuurkunde in het algemeen. Ze was nog geen zestig jaar maar maakte op mij een vermoeide,

[p. 338]

haast zou ik zeggen een versleten indruk. Wat dat betreft was ze heel anders dan Lise Meitner die met zeventig jaar nog heel energiek was. Irène Curie overleed niet lang daarna, op 17 maart 1956, nog voor het cyclotron klaar was.

Haar man nam de zaak over; hij overleefde zijn vrouw niet meer dan twee jaar. Toen hij stierf was hij pas achtenvijftig jaar, maar ik kreeg de indruk dat hij de laatste jaren al erg in het verleden leefde. Hij sprak vooral over de jaren dertig, de heroïsche tijd, toen Irène en hij het werk deden waarvoor ze de Nobelprijs kregen, de jaren toen het groepje actieve fysici nog zoveel kleiner was en iedereen iedereen kende.

Het ging me wel aan het hart dat Philips dit gebied de rug toekeerde. Wel had ik zelf niet veel aan kernfysica gedaan, maar als jong theoreticus had ik de ontwikkeling van het vak toch wel gevolgd en ik had een aantal van de prominente figuren uit een fascinerende periode persoonlijk leren kennen. Joliot groettte me als een oude vriend: we hadden elkaar niet zo vaak ontmoet maar hij erkende me als iemand uit het kringetje. En nu werden de banden met dit soort mensen en hun laboratoria afgesneden. Het was niet alleen een kwestie van persoonlijke ijdelheid en heimwee. In de jaren dertig had Philips op grond van eigen technische competentie cascadegeneratoren gebouwd die aanmerkelijk beter waren dan de oorspronkelijke installatie van Cockcroft en Walton. Later waren onze isochrone cyclotrons minstens even goed en in sommige opzichten zelfs beter dan de beste door universiteiten gebouwde. Maar de tijden veranderden. Op het gebied van deeltjesversnellers was de competentie van Philips niet meer beter dan, zelfs niet gelijkwaardig met die van de beste centra van big research. En we konden ons niet veroorloven die competentie op te bouwen. Wel was er op de cyclotrons zogenaamd winst gemaakt, maar dat hing samen met onze manier van boekhouden. Iedere hoofdindustriegroep moest een bepaald percentage van de kostprijs van alle produkten betalen voor het research-laboratorium, maar hoeveel hulp dat gaf aan iedere industriegroep werd door de directie van het laboratorium bepaald en hoefde niet overeen te komen met wat door die groep werd betaald. In het ontwerpen en bouwen van cyclotrons was door het Natuurkundig Laboratorium veel meer geld gestoken dan door de fabriek werd betaald. Daar was geen enkel bezwaar tegen zolang het ging om het aan-

[p. 339]

lopen van een nieuwe activiteit: de hele opzet van de financiering van het laboratorium was er juist op gericht dat mogelijk te maken. Het moest echter geen blijvende toestand worden. En de eisen werden hoe langer hoe zwaarder. Het ‘kleine’ cyclotron in cern, een synchrocyclotron voor zevenhonderd miljoen volt, ging onze mogelijkheden al te boven: we zouden het ons niet kunnen hebben veroorloven op eigen risico of voor eigen gebruik een prototype van een dergelijke machine te construeren. We hebben nog wel het hoogfrequente^* deel van de apparatuur geleverd. Wat de heel grote versnellers betreft zouden we totaal niet in staat zijn geweest een leidende rol te spelen. Op dit gebied was de wetenschappelijke apparatenbouw ons ver voorbijgestreefd.

Elektronenmicroscopen werden een meer permanente activiteit. Ik heb in hoofdstuk 5 beschreven hoezeer ik onder de indruk was geweest van de voordrachten over elektronenmicroscopie die ik in de zomer van 1932 te Berlijn bijwoonde. Voor de oorlog was er geleidelijk vooruitgang, vooral bij Siemens. Na de oorlog wierpen zich ettelijke industrieën en vele laboratoria op dit onderwerp. In Nederland begon het werk aan elektronenmicroscopie aan de technische hogeschool in Delft: een jong ingenieur, J.B. Le Poole, bouwde daar uitstekende toestellen, waar veel nieuwe ideeën in waren verwerkt. Kort nadat ik bij Philips kwam regelde Holst een samenwerking tussen Delft en Philips op dit gebied. De eerste elektronenmicroscopen die door Philips werden gefabriceerd waren geheel en al in het Natuurkundig Laboratorium ontworpen, maar de nieuwe ideeën van Le Poole waren grotendeels overgenomen. Latere modellen werden op het fabriekslaboratorium ontwikkeld.

Elektronenmicroscopen zijn vooral voor biologisch onderzoek onmisbare hulpmiddelen geworden. Optische microscopen verbeterden het scheidend vermogen van het menselijk oog met een factor van enkele honderden; de elektronenmicroscoop doet daar nog een factor duizend bovenop. Daardoor wordt het hele gebied tussen de golflengte van het licht (en de afmetingen van een bacterie) en de grootte van een atoom zichtbaar gemaakt, en het blijkt dat juist de levende organismen in dat gebied een ingewikkelde structuur vertonen. Ik wil nog opmerken dat tot nog toe de patro-

* Ik weet dat dit slecht Nederlands is, maar als ik het op een andere manier probeer te zeggen, wordt het of veel langer of onduidelijk.

[p. 340]

nen van de micro-elektronica gewoonlijk geen fijnere structuur hebben dan met een optisch microscoop kan worden waargenomen (al kunnen grenzen wel veel scherper zijn dan een golflengte) maar dat is alleen een kwestie van tijd.

Natuurlijk is wat ik tot zover heb beschreven bij lange na geen volledige lijst van de door Philips gefabriceerde wetenschappelijke apparaten. Ik noem in het voorbijgaan de röntgendiffractietoestellen, oorspronkelijk vervaardigd door North American Philips, en de ‘koudgasmachines’ gebaseerd op de zogenaamde Stirling cyclus, die ook in de omstreden heteluchtmotor wordt toegepast. Vloeibare stikstof, die daarmee verkregen wordt, heeft allerlei toepassingen, ook biologische. We hebben onderzocht of nieuwe haringen hun goede eigenschappen lange tijd behouden wanneer ze worden bewaard onder vloeibare stikstof. Na een aantal maanden lieten we ze door een deskundig haringkoopman proeven. Zijn oordeel was niet al te gunstig. ‘Niet best,’ zei hij, ‘maar met een uitje kan ik ze in Brussel nog net kwijt.’ Een aantal van onze koelmachines werd geleverd aan ki-centra voor het bewaren van stieresperma. (Ik heb het altijd wat verwarrend gevonden dat in de veeteelt ki de gangbare aanduiding is voor kunstmatige inseminatie terwijl in de Philipsadministratie ki kapitaalsinvestering betekent.) In hoofdstuk 4 heb ik het een en ander over kunstmatige inseminatie geschreven en ik neem aan dat mijn lezers er dan ook van onder de indruk zijn hoe zelfs mijn schijnbaar extravagante uitweidingen een hechte samenhang vertonen. Ja, ik kan zelfs een brug slaan naar het magnetisme: de zuster van een van onze topmensen op het gebied van magnetisme was namelijk beeldhouwster, gespecialiseerd in diereportretten. Gewoonlijk wilden haar klanten hun lievelingshond of -kat laten uitbeelden maar op een goede dag kreeg ze de opdracht een standbeeld te maken van Tadema iv, een beroemde stamboekstier. Het zou moeten worden opgesteld voor het ki-station waar het dier dienst had gedaan. Bij de onthulling was ze werkelijk zenuwachtig. Voor kunstcritici was ze niet bang, maar hier was een publiek dat er geen theorieën over kunst op nahield, maar alles van stieren wist. Maar toen na de onvermijdelijke toespraken het doek zakte, ging er een goedkeurend gemompel door de verzamelde menigte: ‘Dat is 'm.’