Ни пылинки: как добиться идеальной чистоты

Родившийся в 1919 году в Техасе Уиллис Уитфилд, окончив школу, сделал выбор в пользу молодого, но перспективного направления — электроники. Отслужив два года в войсках связи, он поступил в техасский Университет Хардина-Симмонса, который закончил в 1952 году со званием бакалавра в области физики и математики. Два года Уиллис применял свои знания в Исследовательской лаборатории ВМС для совершенствования ракетного топлива, а в 1954 году его заметило начальство Национальных лабораторий Sandia в Нью-Мексико, где занимались самыми новыми, самыми сложными, самыми ответственными и самыми секретными исследованиями (в том числе разработкой ядерного оружия). В то время электроника не была столь миниатюрной, как сейчас, но для сверхчувствительных измерительных инструментов, которые применялись в Sandia, пыль представляла серьезную проблему — никакие маски, комбинезоны, бахилы и частая уборка не помогали.

Решение искали и в других компаниях. Например, инженеры General Motors предложили сделать комнату с наклонными стенами, чтобы уменьшить оседание пыли и циркуляцию воздуха, и герметичными дверями с полированными дверными ручками. Как говорил потом сам Уиллис Уитфилд, «эти парни думали в совершенно неправильном направлении». Сам же Уиллис думал о частицах пыли — откуда они берутся и куда потом деваются? Он пришел к выводу, что пыль не только попадает в помещение извне, но и возникает внутри — это мельчайшие фрагменты одежды, кожи, оборудования. Микроскопические частицы подхватываются потоками воздуха и долго находятся во взвешенном состоянии.

Пыль снаружи легко отфильтровывалась, но Уитфилд не только подавал чистый воздух внутрь помещения, но и выводил равное количество воздуха наружу. Кроме того, он понял, что единственная сила, способная бороться с пылью, — это гравитация, и направил очень медленный ламинарный поток воздуха вертикально сверху вниз, чтобы помочь силе тяжести удалить летающие частицы.

Первый же эксперимент в 1961 году поставил исследователей в тупик: счетчик частиц пыли, установленный в лаборатории, остановился. Выяснилось, что прибор не вышел из строя, а просто показывал значения в тысячу раз меньшие, чем в самых чистых комнатах того времени. В 1964 году Уитфилд получил патент на «Сверхчистую комнату» с ламинарным потоком воздуха. Позднее чистые комнаты стали появляться десятками, внося свою долю в гигантские успехи электроники, оптики, микромеханики и медицины. А в конце 2000-х бронзовая статуя Уитфилда еще при жизни изобретателя стала эмблемой центра микросистем (MESA) лабораторий Sandia.