Текст книги "Курчатов"

Автор книги: Петр Асташенков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 18 страниц)

Если «затормозить» нейтроны...

Вскоре после открытия наведенной радиоактивности Энрико Ферми начал исследования взаимодействий нейтронов с веществом не только на той большой скорости, с которой вылетали нейтроны из радон-бериллиевого источника, а и на других, меньших скоростях. Было известно, что нейтроны вылетают из бериллия со скоростью 30 тысяч километров в секунду. Если их «затормозить», то как они будут взаимодействовать с ядрами?

В 1934 году к подобным же исследованиям приступил и Курчатов. Он писал:

«Согласно нашим представлениям большие скорости вовсе не обязательны для того, чтобы нейтрон мог проникнуть в ядра элементов, расщеплять должны были и более медленные нейтроны».

Чтобы проверить это утверждение практически, следовало найти замедлители нейтронов.

И первое, что пришло в голову исследователям, применить воду.

Игорь Васильевич так рисовал механизм замедления нейтронов в воде: «Нейтроны, проходя через воду, испытывают время от времени столкновения с протонами, и ввиду того что масса обеих частиц примерно одинакова, при каждом столкновении энергия нейтрона... уменьшается. Вместо быстрых нейтронов мы получим, таким образом, медленные, со скоростью в 1000 километров в секунду».

Опыты подтвердили предположения, но кое-что и уточнили:

«Детальное исследование свойств замедленных (водой или парафином) нейтронов показало, что их скорости еще меньше, чем мы... рассчитывали... Нейтроны, проходя через воду или парафин, испытывают большее число столкновений, чем это было указано выше, и должны достигать по расчету в конце концов (в толщинах парафина всего лишь в 10 см) тепловых скоростей... порядка двух километров в секунду».

Ну хорошо, медленные нейтроны получены. Как они взаимодействуют с ядрами? Результат исследования искусственной радиоактивности, возбуждаемой замедленными нейтронами, полученный Э. Ферми, оказался совершенно неожиданным: медленные нейтроны вызывали искусственную радиоактивность в еще большей степени, чем быстрые. В этом немедленно убедился и Игорь Васильевич.

«Полученные с медленными нейтронами результаты настолько поразительны, – писал в те годы И. В. Курчатов, – что первое время казалось, будто мы имеем дело вовсе не с нейтронами, а с какими-то новыми частицами».

Потребовалось пересмотреть прежние взгляды. Игорь Васильевич отмечал: «Мы видим, что основные условия возможности ядерных реакций, которые мы ранее указывали (наличие большой скорости у взаимодействующих частиц), не всегда обязательны. Оказывается, что наоборот – при малых скоростях нейтронов ядерные расщепления проходят с максимальной интенсивностью».

Но со всеми ли ядрами происходит такое? Выяснению характера взаимодействия медленных нейтронов с ядрами разных элементов и были посвящены эксперименты 1935 года.

Работы велись и в физтехе и в радиевом институте. Много сил отнимало налаживание приборов. Нередко они все же подводили в самый горячий момент. Борис Васильевич Курчатов вспоминает, как Игорь Васильевич выручил однажды из «беды» академика Хлопина и его супругу, экспериментировавших в одной из лабораторий радиевого института. У них уже все было готово к опыту, как вдруг... щелкнули переключатели, а приборы молчат.

– Проклятый счетчик! – с досадой произнес женский голос.

Курчатову, находившемуся в соседней комнате, стало ясно – счетчик Гейгера «закапризничал». Игорь Васильевич с лаборантом отключили свой исправный счетчик и внесли в комнату, где работали Хлопины.

– Вот спасибо, – благодарили супруги, – сами ведь знаете, как тяжело откладывать уже готовый эксперимент!

Игорь Васильевич понимающе кивнул – тем более что свой эксперимент он вынужден был действительно отложить...

...От эксперимента к эксперименту, как по своеобразным ступеням, Курчатов шел к более полному познанию взаимодействия ядер с нейтронами. Будет ли расщепляться литий медленными нейтронами? Игорь Васильевич вместе с ленинградскими и харьковскими учеными ставит опыты. Замедлителем служит вода. Ампулу, излучающую нейтроны, опускают в бак, а сверху, на крышке бака, помещают мишень – пластинку лития, запаянную в алюминиевую коробочку. Сравнивать эффективность воздействия быстрых и медленных нейтронов можно, выпуская воду из бака и впуская ее. Когда воды между ампулкой и мишенью нет – действуют быстрые нейтроны, когда они разделены водой – медленные. «Мы убедились, – записали авторы в отчете, – что активность мишени обусловлена главным образом действием замедленных нейтронов».

Но мало установить этот факт. Надо определить, что за реакция происходит. Камеры отметили: вылетают две частицы. Одна из них – ядро трития, сверхтяжелого изотопа водорода с массовым числом 3. Итог определился так: поглощение ядром лития нейтрона приводит к образованию ядра трития и альфа-частицы.

Но это, так сказать, качественная сторона явления. А нельзя ли дать количественную оценку взаимодействия ядра лития с нейтроном? Нельзя ли, например, определить площадь круга, пролетая через который нейтрон будет захвачен ядром, расположенным в центре этого круга?

Произведя расчеты, Курчатов и его сотрудники установили, что «сечение захвата» (так именуется площадь этого воображаемого круга) у лития тем больше, чем медленнее пролетает нейтрон.

Но в дальнейшем обнаружились и аномалии. При определенной скорости нейтронов поглощение их вдруг резко возрастало, а при дальнейшем уменьшении скорости – опять падало. Испробовав в качестве мишени множество веществ, Курчатов пришел к выводу: некоторые из них способны резко увеличить поглощение нейтронов со строго определенными скоростями. Такое «резонансное поглощение», как его стали называть, оказалось особенно велико у лития, бора, кадмия, редкоземельных элементов и некоторых других веществ.

Обсуждение этих экспериментов вызывало в лаборатории оживленные споры.

«Я припоминаю драматическую ситуацию, – рассказывает академик А. И. Алиханов, – которая возникла в связи с обнаружением резонансного поглощения нейтронов. Явление заключалось в резком возрастании поглощения нейтронов в веществе в определенной, узкоограниченной области скоростей нейтронов. В этой работе участвовал и Л. А. Арцимович.

Он взял на себя роль «адвоката дьявола». Он упорно настаивал, что их опыты еще не доказывают с полной уверенностью существование резонансного поглощения нейтронов. Мы стали невольными свидетелями этих споров между Л. А. Арцимовичем и И. В. Курчатовым, так как хорошо слышали их голоса через стену.

Обычно спор кончался на том, что «противники» приходили к соглашению: провести еще один, решающий опыт. И так было несколько раз, пока, наконец, не появилась статья Э. Ферми и его сотрудников, в которой сообщалось о существо вании резонансного поглощения нейтронов».

Ядерные исследования велись одновременно в ряде стран. Каждый новый шаг одних ученых воодушевлял других. Идею итальянца Э. Ферми развивал француз Ф. Жолио-Кюри, а его предположение уточняли немцы О. Ган и Ф. Штрасман. Иногда одно и то же открытие рождалось в разных лабораториях.

Статья Ферми и его сотрудников вызвала, конечно, досаду у советских экспериментаторов, «выпустивших» из рук крупнейшее открытие. Но она же говорила и о другом: о том, что советские ядерщики стоят на верном пути, правильно оценивают происходящие на их глазах события и ни в чем не отстают от самых передовых лабораторий мира, штурмующих в одном строю с ними атомное ядро.

Работы И. В. Курчатова, выполненные совместно с Л. А. Арцимовичем и другими нашими учеными, не только подтверждали открытие Ферми, но и помогли доказать ошибочность некоторых выводов. Считалось, что вещества, жадно поглощающие нейтроны, должны сильно рассеивать их. И. В. Курчатов на примере серебра показал, что эффективное сечение рассеяния медленных нейтронов по крайней мере в двадцать раз меньше сечения захвата. Был обнаружен и другой важнейший факт. Коэффициент поглощения нейтронов при измерениях получается наибольшим, когда в качестве индикатора и поглотителя берется одно и то же вещество. Этот любопытный опыт также подтвердил так называемую селективность поглощения нейтронов.

В том же 1935 году И. В. Курчатов и Л. И. Арцимович открыли захват нейтрона протоном и определили первое значение сечения захвата. Эта работа сыграла важную роль для построения теории строения ядра дейтерия.

Подробно изучал Игорь Васильевич рассеяние нейтронов различными веществами, измерял сечения рассеяния. И в этих работах участвовали представители трех институтов – радиевого и двух физико-технических (Ленинградского и Украинского).

В отчетах об исследовании Игорем Васильевичем сечений захвата и рассеяния нейтронов фигурируют такие вещества, как кадмий, вода, свинец. Какое же давнее знакомство у. него с этими веществами, которые буквально незаменимы для нынешней атомной техники!

Очень симптоматично в связи с этим звучат разделы одной из работ И. В. Курчатова:

«1. Ослабление пучка нейтронов при прохождении через слои воды.

2. То же при прохождении через слои свинца».

При обсуждении результатов Игорь Васильевич анализирует «упругие» и «неупругие» соударения. Это на современном языке физиков ядра означает упругое и неупругое рассеяние нейтронов. Упругое рассеяние, как это выяснилось уже в то время, состоит в том, что «столкнувшееся» с нейтроном ядро остается в прежнем состоянии, а «отлетевший» нейтрон сохраняет свою кинетическую энергию. В случае неупругого рассеяния ядро переходит в возбужденное состояние, и из него вылетает нейтрон, причем не обязательно тот, который попал в него.

То, что уже тогда, в 1935 году, И. В. Курчатов занимался вопросами рассеяния нейтронов ядрами, – исключительно важно. Ведь, например, упругое рассеяние лежит в основе замедления быстрых нейтронов, а само замедление – один из важнейших процессов, протекающих в ядерных реакторах.

Так камень за камнем складывалось под руководством Игоря Васильевича основание отечественной нейтронной физики.

В педагогическом институте

Размах деятельности Курчатова мог поразить не знавшего его человека. Он организовал лабораторию нейтронной физики в физико-техническом институте, вел, как уже отмечалось, исследования не только в области ядра, но и в других направлениях физики.

Он же был одним из основателей Украинского физико-технического института в Харькове, часто приезжал туда и «привозил» с собой «груз» новых замыслов. На многих его работах тех лет наряду с ЛФТИ значится УФТИ (Украинский физико-технический институт). Да и сам Игорь Васильевич в конце жизни вспоминал об этом:

«В начале 30-х годов мне довелось быть у истоков зарождавшейся атомной физики на Украине. В то время я часто приезжал в молодой физико-технический институт, созданный в Харькове по решению правительства в октябре 1928 года, и работал в нем со своими старыми друзьями: К. Д. Синельниковым, А. К. Вальтером и А. И. Лейпунским, вместе с которыми начинал свою научную деятельность в Ленинграде...

В Харькове с К. Д. Синельниковым мы работали над созданием новых высоковольтных установок, ускоряющих заряженные частицы для исследования атомного ядра. С А. К. Вальтером мы разрабатывали импульсные и электростатические ускорители для исследования атомных ядер. На основе этих исследований в последние годы советской промышленностью были выпущены электростатические ускорители, которыми оснащены многие ядерные лаборатории СССР. С А. И. Лейпунским были проведены исследования атомных ядер при помощи нейтронов, незадолго до этого открытых англичанином Чадвиком».

А вот и упоминание о частых поездках Игоря Васильевича в Харьков, непосредственно взятое из его переписки тех лет. 22 мая 1934 года он писал жене Марине Дмитриевне по пути из Харькова: «По всей вероятности, завтра уеду в Ленинград, с Кирой (К. Д. Синельниковым. – П. А.) я уже сговорился. Решили так. Если у них дела с трубкой продвинутся настолько, что можно будет до отпуска что-нибудь сделать, я в начале июня опять приеду в Харьков. Если же собрать трубку не удастся, я уже до отпуска останусь в Ленинграде».

А вот еще одна точка приложения сил И. В. Курчатова. Он участник организации филиалов физико-технического института в Сибири и на Урале. Это было еще весной 1931 года. Он писал тогда в Ленинград из Свердловска:

«Сегодня (20 мая) приступили к работе, увязали организационную сторону дела в Президиуме УСНХ. Вечером двинемся в редакцию „Уральский рабочий“ для разработки плана печатных выступлений, причем предлагают нам продиктовать статьи стенографистке. Город вообще организован по-деловому. Намечалась поездка в Златоуст на конференцию, но мы отказались, так как в Сибири будет много работы».

С тех пор ленинградцы активно помогали новым институтам стать на ноги.

И наконец, в Ленинграде появился еще один адрес, где можно было искать И. В. Курчатова. Это педагогический институт имени М. Н. Покровского, куда в 1932 году И. В. Курчатов был приглашен вести научные семинары с преподавателями и возглавить создание ядерного практикума для студентов.

Создавать новейшую лабораторию в институте, где на это не отводилось средств, было чрезвычайно трудно. Но занимался новым делом Игорь Васильевич буквально с упоением.

Помощников было много – весь институт. В организацию лаборатории включились молодые преподаватели А. В. Морозов, А. М. Прокофьев, ныне доценты, кандидаты наук. Много делали полезного и студенты А. А. Шебашев, П. И. Короткевич, Н. А. Денисов... Большинство из них стало видными физиками.

Шебашев, например, окончив институт, проявил большую склонность к науке, выполнил исследования по ядерной физике. С началом войны он добровольно вступил в ополчение и погиб в одном из боев на подступах к Ленинграду.

П. И. Короткевич во время работы в блокированном Ленинграде подорвал здоровье и умер, не дожив до главного штурма атомного ядра, об участии в котором всегда мечтал.

Игорь Васильевич регулярно собирал своих помощников. Для встречи с ними приглашал в педагогический виднейших ученых Ленинграда.

С большим успехом читал Курчатов курс ядерной физики. По отзывам тех, кто его слушал, он вел курс своеобразно, сложные вещи умел преподносить образно, просто. Студенты даже говорили друг другу: «До того ясно, что кажется, нечего и записывать. А в книгу заглянешь – намного труднее изложено, и жалеешь, что не записывал лекции».

Игорь Васильевич сообщал студентам о самых последних данных науки. В дополнение к посещению лекций каждый студент-физик выполнял практические работы по ядру, рентгеновым лучам. В итоге будущий педагог получал солидную научную подготовку.

Многие студенты занимались в лаборатории вечерами. Игорь Васильевич приезжал к ним, помогал разобраться в сложных схемах, выслушивал их мнения, подсказывал. Делал это весело, тактично, так что студент не волновался, а чувствовал расположение к совместной работе с ним. Резкой грани между учителем и учеником не было.

Лаборатория экспериментальной физики педагогического института не только была создана, но и вскоре заявила о себе. Одни только темы опубликованных ее сотрудниками работ говорят о многом: «К вопросу о селективном поглощении нейтронов» А. В. Морозова, «Определение коэффициента поглощения медленных нейтронов в воде» А. В. Морозова и А. А. Шебашева... И в конце каждой из статей: «В заключение позволяем себе принести благодарность И. В. Курчатову за руководство работой...»

Игорь Васильевич по-отечески заботился о лаборатории ядерной физики в педагогическом. Даже, находясь на отдыхе, далеко от Ленинграда, интересовался, как там идут дела.

Сохранилось письмо Игоря Васильевича А. В. Морозову, работавшему в институте над проблемой селективного поглощения нейтронов. Он определял коэффициент поглощения серебром нейтронов, пропущенных через теплый и охлажденный парафин. В ходе опытов выяснилось влияние температуры парафина на активность серебра, обусловленную мягкой компонентой нейтронного излучения. Эта работа опубликована в 1936 году.

Вот что писал Игорь Васильевич А. В. Морозову в ходе работы:

«28.III. Сегодня утром еще думал о ваших результатах...

Мне кажется странным, что имеет место такой большой эффект при охлаждении парафина... Этот результат надо проверить особенно тщательно.

Теперь еще вот что. Когда будете производить измерения, то записывайте и измеряйте эффект без рассеивающей среды, то есть давайте точку при слое парафина, равном нулю. В этом же случае, то есть для слоя парафина, равного нулю, снимайте точку с кадмиевым фильтром. Эти измерения нужны только для слоя парафина, равного нулю, при наличии рассеивателя мерить с кадмием не нужно.

Наконец, во всех измерениях, кроме записывания расстояний (об этом уже было указано), записывайте и число, когда производятся измерения с ампулкой. Это нам будет нужно для того, чтобы пересчитать все данные к одному моменту времени так, как будто они делались в один день. Вот пока и все.

Буду ждать от Вас ответа – достаточно ли ясно я все рассказал?

Как идут дела с камерой?..»

Игорь Васильевич разрабатывал планы работ аспирантов, рассматривал и правил их диссертации.

И сейчас, когда беседуешь с его бывшими учениками, их лица светлеют, о любимом профессоре они рассказывают с восторгом. Один из них – Виктор Георгиевич Лушковский, ныне декан математического факультета педагогического института имени Герцена, куда влился институт имени Покровского, с улыбкой рассказал такой эпизод.

Как-то Лушковскому редколлегия стенгазеты поручила сделать портрет Игоря Васильевича. «Я застал его, – вспоминает Лушковский, – в лаборантской после лекции. Я усадил Курчатова на стул, повернул его лицо к свету. Навел объектив на резкость. Быстро щелкнул, боясь надолго отвлекать его от работы. В лаборатории сразу же проявил – недодержка!

Снимок нужен был обязательно. Ну с какими глазами я еще раз буду беспокоить такого занятого человека?

Все же я решил в конце занятий покрутиться возле ядерной лаборатории; авось удастся встретиться и еще раз уговорить его сфотографироваться. Вижу, действительно быстрым шагом он выходит из лаборатории. Посмотрел на меня, сразу все понял, спрашивает:

– Что, испортил?

– Да, – подтвердил я.

– Ну ладно, пойдемте.

Я снял его еще раз и стал уже закрывать аппарат, как он спрашивает:

– А у вас есть еще пластинки?

– Есть, – ответил я, не понимая, к чему он клонит.

– Сделайте еще снимок... – и, многозначительно подмигнув, пояснил: – Для надежности.

Вскоре появилась стенгазета. В ней институтские дела были прокомментированы стихами Пушкина. Под портретом Игоря Васильевича мы подписали слова из «Бориса Годунова»: «Шестой уж год я царствую спокойно».

В 1936 году заслуги Курчатова перед институтом были отмечены в специальном приказе. В нем говорилось:

«Курчатова И. В., профессора кафедры физики, за эффективное высококвалифицированное руководство научно-исследовательскими работами по физике, большую добросовестность и умение поставить дело, за участие в повышении научной квалификации преподавателей... премировать 300 рублями».

В 1937 году Игорь Васильевич был утвержден в должности заведующего кафедрой экспериментальной физики.

А вот выписка из протокола объединенного заседания деканатов института имени Покровского от 11 июля 1938 года:

« Слушали:

Предложение дирекции института о выставлении кандидатуры доктора физико-математических наук Курчатова И. В. к избранию в действительные члены Академии наук СССР.

Постановили:

Учитывая, что Курчатов И. В. является крупным советским ученым, научно-исследовательская работа которого не только получила широкое применение в технике, но и свидетельствует о новых исканиях его в наиболее трудных областях современной физики, о новых путях, прокладываемых им в исследовательской работе молодой советской научной мысли – выставить от Ленинградского государственного педагогического института имени М. Н. Покровского кандидатуру доктора Курчатова И. В. в действительные члены Академии наук СССР.

Председатель Юров

Ученый секретарь Руткевич».

Игорь Васильевич не был избран тогда в академики. Однако сам факт выдвижения говорит об общественном признании его научных заслуг.

Как же хватало у Курчатова сил на его учебные, научные, общественные дела?

Секрет колоссальной работоспособности, может быть, в некоторой степени объясняется умением Игоря Васильевича отдыхать. В отпуске – ни минуты покоя. Спорт, походы, движение до полной физической усталости.

Игорь Васильевич сообщал из Крыма жене:

«...встаю в 7, с 8 до 9 играю с Анной Васильевной (жена А. Ф. Иоффе. – П. А.) в теннис. Это, оказывается, замечательно, дает прекрасную бодрость. Затем завтрак от 9 до 10; с 10 до 2 обычно гуляем по лесу. С 2 до 3 обед... С 4-30 до 5-30 играю опять в теннис...»

В другом письме:

«Был уже в двух больших поездках:

1) в Семеиз, в Институт физики моря;

2) в Крымский заповедник».

Занятия спортом, дальние походы быстро давали свои плоды. Прошло менее десяти дней, а он уже сообщает в Ленинград:

«Мое здоровье настолько поправилось, что завтра начинаю получать душ „шарко“, в результате которого из меня образуется вполне „элегантный молодой человек“, как заверил меня доктор».