На переломе

На переломе

Интерес Курчатова к новой области науки — физике атомного ядра — возник не внезапно. Этот интерес постепенно, неуклонно нарастал в нем уже с того времени, когда его мысли были заняты сегнетоэлектриками, диэлектриками, разрядниками.

Тот факт, что он все больше и больше занимался новой тематикой, говорит в пользу его интуиции как ученого.

— Ни у кого я не видел такого дальнего прицела в науке, как у Игоря Васильевича, — сказал ученик Курчатова Константин Антонович Петржак.

Дальний прицел... Это, пожалуй, очень точное выражение. И в том, что Игорь Васильевич в 1932 году занялся ядерной тематикой, во многом сыграл роль этот прицел.

И то, что это произошло в 1932 году, тоже не случайность. 1932 год на пути проникновения в тайны атомного ядра имеет особое значение. В этом году английский ученый Дж. Чадвик открыл новую частицу — нейтрон, не несущую электрического заряда. Тогда же в физико-техническом институте родилась протонно-нейтронная модель ядра, идею которой выдвинул Дмитрий Дмитриевич Иваненко.

По инициативе А. Ф. Иоффе И. В. Курчатов, Д. Д. Иваненко, А. И. Алиханов и Д. В. Скобельцын расширяли фронт ядерных исследований в институте.

С ноября 1932 года стали регулярно проводиться ядерные семинары — по четвертым дням пятидневки, то есть пять раз в месяц. На них обсуждались все новейшие исследования по ОДРУ, квантовой механике, космическим лучам. Кроме сотрудников физтеха, на заседания приходили научные работники Других институтов. В среднем собиралось до 30—35 человек.

В январе 1933 года на одном из заседаний ядерного семинара Игорь Васильевич выступал с докладом «О некоторых работах из области строения ядра», в котором дал обзор последних исследований.

Второе выступление Игоря Васильевича состоялось в марте 1933 года. Темой выступления Игоря Васильевича было «расщепление ядер». Запомним дату: март 1933 года. Через два года уже выйдет в свет монография И. В. Курчатова; посвященная этому новому для науки явлению.

Участники семинаров услышали от Игоря Васильевича рассказ об искусственных превращениях ядер элементов под действием ядер тяжелого водорода (дейтерия), называемых дейтонами — частицами, состоящими из протона и нейтрона.

Эти реакции, впервые полученные группой американских атомников, тут же изученные И. В. Курчатовым, имеют важное значение и в настоящее время.

— При бомбардировке быстрыми дейтонами, — объяснял Курчатов участникам семинара, — все испытанные мишени, а именно: уголь, золото, платина, фтористый литий, окись кремния и латунь — излучают протоны с одними тем же пробегом... То обстоятельство, что во всех случаях получались протоны с одним и тем же пробегом, и привело в первый раз к представлению о расщеплении дейтона на протон и нейтрон...

В апреле 1933 года Игорь Васильевич выступил с сообщениями о работах Резерфорда по бомбардировке ядра тяжелыми частицами. Резерфорд еще в 1919 году обнаружил излучение протонов при бомбардировке азота альфа-частицами. Два года спустя он с Чадвиком опубликовал подробное исследование этого явления, в котором установил зависимость максимальной энергии протона, выброшенного в направлении движения альфа-частицы, от ее энергии.

— Так впервые было показано, — пояснил Курчатов потом в лекции в Московском университете, — что мы можем изменить строение ядра при помощи внешних воздействий. Этими работами было положено начало исследованиям над ядерными превращениями.

Причину успеха Резерфорда Курчатов видел в том, что он применил потоки альфа-частиц, движущихся со скоростью 20 тысяч километров в секунду. Зачем нужны такие скорости?

«Атом в целом электрически нейтрален, — пояснял Курчатов. — Благодаря этому возможно тесное сближение атомов разных элементов и этим обусловливается большая вероятность нормальных химических реакций, идущих за счет электронных обменов внешней оболочки атомов.

Нетрудно видеть, что совсем другие условия господствуют для ядер. При сближении ядер они будут испытывать громадное электростатическое отталкивание, так как очевидно, что на малых расстояниях (меньших диаметра орбит) электронные оболочки уже не будут компенсировать больших положительных зарядов ядра. Только в том случае и возможно тесное сближение ядер, когда ядра движутся с большой относительной скоростью и, несмотря на отталкивание, все же могут подойти одно к другому на небольшие расстояния».

— Вполне понятно, — говорил он, — что проще могут быть реализованы расщепления легких ядер, имеющих меньший заряд, чем тяжелых. Далее ясно, что легче вызвать расщепление частицами, имеющими малый заряд ядра, и лучше всего употреблять для этой цели атомы водорода, заряд ядра которых равен единице.

Именно стремление бомбардировать ядра по возможности легкими частицами с малым зарядом и привлекло внимание физиков и самого Курчатова к дейтонам и протонам.

— Эти представления явились программой работ ряда больших лабораторий и институтов, занимавшихся исследованием свойств ядра, — говорил Курчатов. — Предполагалось, что, употребляя в качестве снарядов разрушения протоны, удастся вызвать ядерные реакции при относительных скоростях частиц, меньших, чем те, с которыми оперировал Резерфорд. Эти предположения оправдались. Кокрофту и Уолтону в Кембридже первым удалось вызвать разрушение ядер лития пучком протонов. Они получали протоны больших скоростей, ускоряя их в электрическом поле в трубках, напоминающих обычные рентгеновские трубки и работающих на еще более высоких напряжениях...

Сделал новый шаг и сам Резерфорд. Он установил, что ядерная реакция между ядрами водорода идет при скоростях частиц, равных 1300 километрам в секунду.

— Казалось бы, — комментировал Игорь Васильевич этот результат, — реакция водорода с водородом ставит нижний предел для скоростей частиц, которые еще могут вызывать ядерные превращения, в этом случае отталкивающие силы между ядрами минимальные. Но поразительные открытия последних лет показалиоднако, что это оказывается неверным. Были обнаружены новые частицы — нейтроны, масса которых равна массе протона, а заряд равен нулю. Очевидно, что для нейтронов, не имеющих заряда, не будут существовать те ограничительные условия для сближения с ядрами, которые так сильно затрудняют взаимодействие ядер во всех других случаях, и apriori ясно, что нейтроны будут очень эффективны в ядерных превращениях.

В 1933 году еще не было условия для изучения взаимодействия нейтронов с веществом, так как не существовало доступных источников нейтронов. Поэтому свое внимание Игорь Васильевич обратил пока на протоны.

И источники протонов тогда были у нас еще малодоступны. «Хотя нам удавалось ставить интересные эксперименты по ядерной физике, — вспоминает академик А. И. Алиханов, — это было очень и очень нелегко. Дело в том, что в физико-техническом институте не было самого главного для исследования ядра — не было источника частиц для бомбардировки и расщепления ими ядер. В то время источниками частиц с большой энергией были естественные радиоактивные элементы — продукты распада радия. Радий был в количестве одного грамма в Ленинградском радиевом институте (теперь институт имени В. Г. Хлопина), и мы, пользуясь любезностью хозяев этого грамма радия, получали раз в 7—10 дней в запаянной стеклянной ампуле выделенную радием эманацию радия».

С целью создания новых источников заряженных частиц началось строительство высоковольтной установки в Украинском физико-техническом институте и ускорителя протонов в Ленинградском физико-техническом институте.

«В те годы в Ленинградском физико-техническом институте, — вспоминает академик И. К. Кикоин, — почти не было „ядерной“ культуры, если не считать небольшой лаборатории Д. В. Скобельцына, занимавшегося физикой космических лучей».

И Игорь Васильевич взялся за создание этой «ядерной» культуры. В физтехе был сооружен ускоритель протонов. Начала работать и высоковольтная установка в Харькове. На построенной своими руками аппаратуре для получения быстрых протонов И. В. Курчатов совместно с К. Д. Синельниковым, Г. Я. Щепкиным, А. И. Вибе выполнил свои первые работы по расщеплению ядер бора и лития.

Но для развития исследований недостаточно было построить ускорители протонов. Прогресс был немыслим без устройств, которые бы позволяли наблюдать за тем, что происходит с ядрами. Техника наблюдений за ядерными превращениями тогда только зарождалась, и опять у ее истоков в нашей стране стоял Игорь Васильевич Курчатов.

Вот как он сам описывает методы наблюдения за ядерными процессами:

«В виду крайней редкости событий, случающихся с ядрами, все эти методы построены на обнаружении одного атома, одного ядра или одного электрона. Решение такой задачи возможно только потому, что частицы в ядерных процессах имеют большие скорости и этим резко отличаются от мириад атомов и электронов, образующих применяемую в исследовании аппаратуру.

Очень большое значение в методике ядерных исследований имеют камера Вильсона и счетчик Гейгера».

Игорь Васильевич много работал над усовершенствованием этих приборов. Сохранилась ученическая тетрадь с надписью на обложке: «По методике к камере Вильсона. И. Курчатов».

Под руководством Игоря Васильевича была сконструирована автоматическая камера и проведены исследования по определению наилучшего режима ее работы; был сконструирован и счетчик Гейгера.

Все эти исследования проводились в очень сложных условиях. Мало того, что аппаратура для ядерных исследований тогда не выпускалась промышленностью, приходилось порой доказывать необходимость продолжения этих работ вообще. Член-корреспондент Академии наук СССР К. И. Щелкин вспоминает:

«Заниматься ядерной физикой в то время было нелегко. Некоторые консервативно настроенные лица считали ее наукой, „оторванной от жизни“, „не приносящей пользы производству“. А. Ф. Иоффе, как рассказывают, на время приезда различных обследователей иногда отсылал И. В. Курчатова из института и помалкивал об „оторванных от практики“ работах. Мне самому приходилось слышать на собраниях нападки на ученых, „не желающих помогать производству“ и занимающихся „никому не нужной“ ядерной физикой. К счастью, такие суждения не разделялись Коммунистической партией, Советским правительством, и в нашей стране еще в 30-х годах выросла сильная школа физиков».