Кокрофт по большей части занимался снабжением, пока Уолтон взял на себя основную экспериментальную работу. Одна из проблем, с которой они столкнулись, касалась стеклянных колб, составлющих часть выпрямителя. Уолтон заказывал изготовление колб стеклодуву Феликсу Нидергесассу, а затем подвергал их высокому напряжению с помощью катушки Теслы, что часто приводило к катастрофическим последствиям. Электрические поля концентрируются вокруг любых острых краев, будь то пыль или дефект стекла, а «коронные разряды»[131] вызывают искры у поверхности и пробивают в ней отверстия. Чтобы добиться правильной формы колб, потребовались месяцы проб и ошибок, и в конце концов конструкция стала настолько большой, что уже не умещались в стеклодувной лаборатории Нидергесасса, и колбы пришлось заказывать на специализированном заводе.

Помимо стеклянных колб, требовались специальные провода для анода и катода, источник нагрева для катода, защита от коронного разряда, предотвращающая искрение, и надежные вакуумные насосы. Как и большинство исследователей в Кавендише, они использовали красный сургуч Банка Англии для всех соединений и печатей. Все компоненты должны были быть проверены на способность выдерживать высокое напряжение. Уолтон провозился несколько месяцев. Он должен был работать быстро, но в то же время не мог спешить, поскольку имел дело с опасными высокими напряжениями. Каждый раз, когда где-то требовалась замена, он ломал все восковые печати, заново все чистил, нагревал и снова запечатывал перед повторным тестированием – уходили целые дни на поиск утечек вакуума и их устранение.

Резерфорд иногда заглядывал во время своих обходов, чтобы посмотреть, как идут дела. При виде крупногабаритного оборудования от промышленных поставщиков он в своем типичном стиле жаловался, что все слишком громоздко или слишком дорого, что побудило физиков из Metrovick сказать, что пускай тогда «смотрит на все через другую сторону телескопа, чтобы не казалось таким огромным». К 1930 году компания Metrovick выполнила свое обещание и выпустила новый компактный трансформатор, который мог пройти через дверь Кавендишской лаборатории прямиком в подвал. Но пол лаборатории все равно пришлось укрепить, чтобы удержать такую установку. Компания также поставила новую вакуумную систему, после того как один из их ученых, Билл Берч, изобрел насос на новом типе масла (Apeizon). Кокрофт получил в свои руки несколько прототипов еще до того, как новинка увидела свет.

Несмотря на весь прогресс, ученым еще предстояло создать источник протонов или ускорительную трубку, через которую будут проходить частицы. Для источника протонов они протестировали ряд различных установок и в итоге остановились на сестре электронно-лучевой трубки, называемой анодно-лучевой трубкой. Устройство похоже на электронно-лучевую трубку: длинный стеклянный цилиндр, заполненный газообразным водородом, с большим напряжением, приложенным между анодом (на одном конце) и катодом (теперь в середине трубки). Протоны создаются электрическим полем, разрывающим газообразный водород, и затем подтягиваются к отрицательному катоду, в котором есть отверстие для их прохождения. Наконец, они выходят с другой стороны в направлении, противоположном направлению электронов (катодные лучи), создавая при этом прекрасное флуоресцентное свечение в трубке.

Тонкая трубка была размещена в верхней части установки так, чтобы протоны могли перемещаться вниз к ускоряющей секции, стеклянной вакуумной трубке длиной 1,5 метра. Внутри трубки высокое напряжение подключалось к двум цилиндрическим металлическим электродам с зазором между ними. Эти протоны должны ускориться высоким напряжением, проходя вниз через зазор. Первый в мире ускоритель частиц почти готов.

К маю 1930 года они были готовы к проведению испытаний. В течение недели Кокрофт и Уолтон медленно увеличили напряжение с 50 до 100 тысяч В, а затем – до 280 тысяч В, но появились признаки того, что они достигли предела. Однако появившийся пучок протонов не был удовлетворительным: он был полностью расфокусирован и растянут по кругу диаметром около 4 см. С таким широким лучом ничего не получится. Чтобы это исправить, пришлось бы все собирать заново. Но сначала они решили посмотреть, не произойдет ли в таком варианте чего-нибудь интересного с научной точки зрения. Они предположили, что при такой низкой энергии протоны мало что могут сделать с ядром – возможно, возбудить несколько частиц и испустить гамма-лучи. Поэтому Кокрофт и Уолтон соорудили простой электроскоп и поместили образец лития под луч. Ничего. Бериллий? Крошечный эффект. Свинец? Какой-то небольшой эффект, но, скорее всего, просто что-то не так с самим аппаратом. Прежде чем они смогли продвинуться дальше, трансформатор вышел из строя.

Пришло время подвести итоги. Поскольку трансформатор сломался, нужно было решить, стоит ли его ремонтировать, чтобы восстановить машину на 300 кВ. Учитывая отсутствие результатов, исследователи не были уверены, что стоит. Что, если расчеты, которые они сделали, неверны и 300 кВ не хватит для расщепления ядра? Даже небольшое изменение в числах давало совершенно иные результаты. Тем временем Резерфорд – ныне лорд Резерфорд – все больше теряет терпение из-за отсутствия результатов. Нужно было любой ценой удержать его на своей стороне и доказать, что его инвестиции в их большой эксперимент того стоили. Хотя было бы быстрее перестроить машину на 300 кВ, чем строить новую, более крупную версию, Кокрофт и Уолтон должны были признать, что 300 кВ все равно стали бы только первым шагом. В конце концов, все решило то, что их перевели в новую большую комнату, в которую свет проникал через красивые высокие арочные окна вдоль одной стены, в то время как другая была увешана досками. В такой комнате можно легко разместить более крупную машину. Кокрофт и Уолтон решили, что они обязаны в следующий раз получить результаты, поэтому решили отказаться от машины на 300 кВ и сосредоточить свои усилия на создании новой машины на 800 кВ.

В новой установке, созданной Кокрофтом, к первому выпрямительному каскаду были добавлены схемы удвоения напряжения[132]. С их помощью они могут принимать входное напряжение от 200 до 800 кВ. Кокрофт и Уолтон заменили стеклянные трубки в форме колб для выпрямительной и ускорительной секций более надежными стеклянными цилиндрами, после того как наткнулись на эту идею в работе Чарльза Лауритсена, физика из Калифорнийского технологического института в США. Они также заменили воск для герметизации швов на пластилин, который лучше справлялся с этой задачей и который гораздо проще повторно герметизировать, если что-то нужно отрегулировать. Как и прежде, Уолтон неустанно работал над созданием новой машины, каким-то образом занимаясь одновременно еще и своей докторской диссертацией.

В начале 1932 года, почти через четыре года после начала работы Кокрофта и Уолтона, в Кавендише было сделано новое крупное открытие. Однако оно принадлежало не им, а Джеймсу Чедвику. Он тихо проводил свои эксперименты, когда узнал о результатах от Ирен