Глава первая ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА

Почти все ленинградские коллеги по ЛФТИ утверждают, что в декабре 1932 года И. В. Курчатов неожиданно для многих переключился на исследования физики атомного ядра. Прекратив изучать физику полупроводников, он оставил работы, имевшие большие перспективы в промышленном использовании, и ушел в область, которая в то время в СССР считалась неприменимой на практике. Возможно, это решение уже достигшего высот в своей области талантливого ученого и стало неожиданным для многих, но только не для самого Курчатова с его изумительной интуицией, которая никогда его не подводила и, как показала жизнь, не раз помогала ему, говоря словами Пастернака, «услышать будущего зов». Еще в студенческие годы он писал о своей мечте: «Хотел бы узнать, откуда берется энергия звезд, источаемая ими в мировое пространство».

Начало 1930-х годов явилось прологом к решению проблемы практического освоения ядерной энергии. К тому времени накопилось огромное число экспериментальных доказательств предсказанного Эйнштейном взаимопревращения материи в энергию. Возможность использовать это явление практически и притом в колоссальных масштабах была открыта через семь лет после этого. В свое время великий Резерфорд утверждал, что в XX веке человечество не осуществит эту фантастическую задачу, так как для этого понадобилось бы использовать всю имеющуюся на Земле энергию. 1932 год оказался переломным: Чадвик открыл нейтрон^[149], Юри получил тяжелый водород^[150] — дейтерий, Кокрофт и Уолтон в Кембридже впервые расщепили ядро лития^[151], Андерсен обнаружил позитрон^[152]. В 1934 году супруги Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность^[153], а в Риме начал свои опыты с медленными нейтронами по изучению искусственной радиоактивности Энрико Ферми^[154]. Так что в уходе Курчатова в физику атомного ядра было больше закономерного, чем внезапного: он увидел в ней великое будущее, которое изменит мир.

Организационно его переход был оформлен приказом по ЛФТИ от 16 декабря 1932 года «О создании „особой“ группы по ядру» под руководством самого директора института А. Ф. Иоффе^[155]. Организацию работы группы Иоффе, подписав приказ, поручил Курчатову. Таким образом, Курчатов становится «правой рукой» академика по организации и проведению исследований в области освоения атомной энергии с самого их начала. Окончательно фактическое руководство всеми исследованиями перешло к Игорю Васильевичу с 1 мая 1933 года, когда группа была преобразована в отдел ядерной физики^[156]. Заказчиком новых исследований выступил Наркомат тяжелой промышленности, выделив на работы по атомному ядру Ленинградскому физико-техническому институту 100 тысяч рублей^[157].

Назначенный главой отдела Курчатов энергично взялся за дело и большую часть 1933 года посвятил изучению литературы по ядерной физике. Попутно он обозначил стратегические цели и продумал варианты, первоначальные шаги и путь по организации и ведению экспериментов в области физики атомного ядра для своих сотрудников. Так же энергично он занялся подготовкой приборов для намечаемых исследований.

Вслед за Курчатовым к исследованиям физики атомного ядра перешли сотрудники и других лабораторий этого института: Абрам Исаакович Алиханов, ранее возглавлявший позитронную лабораторию^[158], Лев Андреевич Арцимович, заведовавший до этого высоковольтной лабораторией^[159], и Дмитрий Владимирович Скобельцын — руководитель лаборатории в отделе ядерной физики, который с начала 1920-х годов изучал проблемы космических лучей^[160].

Исследования по физике атомного ядра начали разворачиваться также и в других научно-исследовательских центрах Советского Союза — ленинградском Радиевом институте АН СССР (РИАН), московском Физическом институте АН СССР (ФИАН) и Украинском физико-техническом институте (УФТИ). Украинский физико-технический институт в Харькове, где после возвращения из Англии обосновался К. Д. Синельников, развернул свои работы раньше всех других. Там впервые в СССР 11 октября 1932 года А. К. Вальтер, К. Д. Синельников, А. И. Лейпунский и Г. Д. Латышев осуществили эксперимент — расщепили ядро лития^[161], проведя это сразу вслед за англичанами Кокрофтом и Уолтоном. С этого научного достижения и начался отсчет выдающихся открытий советских ученых в этой области. Курчатов, часто бывавший у коллег-харьковчан, непосредственно не участвовал в данном эксперименте, хотя в некоторых публикациях его ошибочно называют участником этих работ^[162]. Впрочем, не случайно: в то время он много трудился над разработкой высоковольтной установки и новой ускорительной техники УФТИ^[163]; часто ездил в Харьков, где анализировал проводимые там эксперименты и вместе с Синельниковым выдвинул гипотезу о рождении в реакции «литий-6» легкого, тогда еще неизвестного изотопа гелия^[164].

У себя в Ленинградском физтехе Курчатов с самого начала приступил к разработке методов искусственного ускорения частиц, которые открывали более широкие перспективы, чем использование альфа-частиц естественно радиоактивных препаратов. Тогда же, в 1933 году, он решил создать и соответствующую техническую базу, в частности, ускорители заряженных частиц. Первые высоковольтная установка и ускорительная трубка позволили ему получать пучок протонов с энергией 350 кэВ. С помощью этой ускорительной трубки он провел первые собственные эксперименты с протонами на литии и боре^[165].

Затем вдвоем с сотрудником его отдела М. А. Еремеевым Курчатов соорудил новую установку с магнитом массой две тонны — они называли его «циклотрончик». Протоны на этом первом в ЛФТИ устройстве ускорялись уже до энергий порядка 530 кэВ. Этот циклический ускоритель был тогда единственным в мире за пределами лаборатории Лоуренса в США. Но нужна была более совершенная техника промышленного изготовления. Курчатов, проявив завидные энергию и темперамент, в том же 1933 году вместе с А. И. Алихановым доказал руководству необходимость соорудить в ЛФТИ большой циклотрон. Ученые «пробили» вопрос финансирования работ на его проектирование. В результате Главнаука отпустила Ленинградскому физико-техническому институту на эти работы в 1938 году 100 тысяч рублей^[166].

Стремясь как можно глубже познать современную ускорительную технику, Курчатов использовал буквально любую появлявшуюся возможность для этого. За год до этого, в 1937 году, как лучший знаток ускорительной техники он был приглашен академиком В. Г. Хлопиным, чтобы возглавить и осуществить ввод в действие спроектированного по инициативе Л. В. Мысовского еще в 1932 году, но еще не запущенного в работу первого в СССР крупного циклотрона. Налаживание этого циклотрона в Радиевом институте шло чрезвычайно медленно и туго. Устойчивой и регулярной работы его не получалось, пуск постоянно откладывался. Согласившись определить необходимый цикл работ и провести их, Курчатов в течение трех лет, с 1937 по 1939 год, лично монтировал, разбирал, принимал, отбраковывал и испытывал все его детали и узлы. Анализировал, разрабатывал методики и испытывал всё вместе с учениками — М. Г. Мещеряковым и др. Составлял и передавал необходимые заказы на завод. Когда их выполнение задерживалось, Курчатов сам отправлялся на завод, разговаривал с исполнителями, терпеливо устранял препятствия и препоны. А если дело задерживалось в мастерских РИАНа или ЛФТИ, то шел в мастерские и объяснял мастерам, что нужно сделать, вместе с ними искал способы устранения помех. Благодаря его активной деятельности в начале 1937 года циклотрон заработал, пучок протонов начал поддаваться регулировке. И уже 16 марта 1937 года директор РИАНа академик В. Г. Хлопин доложил об этом на ученом совете института^[167]. Этот циклотрон стал пятым в мире большим действующим ускорителем после четырех, которые тогда действовали в США. 17 марта 1937 года «Ленинградская правда» отметила событие пуска этого советского циклотрона статьей «Атомная пушка РИАНа»^[168].

В Радиевом институте Курчатов работал с 1935 по 1940 год вначале консультантом, а затем заведующим физическим отделом и циклотронной лабораторией. Чтобы ближе познакомиться с работой этого единственного в СССР в то время циклотрона и овладеть необходимой техникой, он весной 1937 года перешел работать в РИАН по совместительству один раз в неделю. А с 1 апреля 1939 года Президиум АН СССР утвердил его в должности заведующего физическим отделом РИАНа (также по совместительству). В этой должности он фактически работал до 17 января 1941 года^[169]. Приход Курчатова в РИАН изменил положение с наладкой циклотрона — постепенно Игорь Васильевич добился его устойчивой и регулярной работы. Первые ускоренные частицы на нем удалось получить в октябре — ноябре 1938 года.

11 июня 1939 года Курчатову было выдано авторское свидетельство № 22 872 на изобретение установки для получения диффузного источника нейтронов^[170]. В. Г. Хлопин был доволен. «Большой циклотрон Радиевого института является единственно действующей установкой не только в Союзе, но и в Европе», — отмечал он в «Вестнике АН СССР»^[171].

Все чаще о работах в области ядерной физики стали писать в центральных газетах. В «Правде», «Ленинградской правде», «За индустриализацию» регулярно рассказывалось об «атомной пушке» и работах на ней. Довольный ходом эксперимента, Курчатов поделился новостями с женой в письме в Харьков, где она находилась в гостях у брата. «Дела с циклотроном идут хорошо… на большой палец! За время работы с 1 по 8 марта удалось удлинить время работы с 5 минут до 5 часов. Работаю… в 10 (утра. — Р. К.) начинаю, в 11 (вечера. — Р. К.) кончаю…»^[172] — писал он. Эти работы в РИАНе находились под пристальным вниманием Академии наук и в 1938 году дважды проверялись комиссиями. Одна из них в справке от 1–5 октября, тщательно ознакомившись с делами отдела Курчатова, назвала его крупным специалистом по ядерной физике^[173].

С конца ноября 1939-го по март 1940 года, когда шла война с Финляндией, Курчатов временно прекратил эксперименты на циклотроне, так как из-за военных действий на Карельском перешейке в Ленинграде была ограничена подача электроэнергии и топлива. Поэтому план научно-исследовательских и производственных работ ленинградских институтов срывался по многим темам. Директор РИАНа В. Г. Хлопин существенно замедлил в институте почти все темы по урану, а некоторые были им закрыты^[174]. Но к этому периоду деятельность Курчатова в РИАНе, связанная с настройкой и пуском циклотрона института, уже вышла на финишную прямую.

Работая в РИАНе, Курчатов постепенно все глубже погружается в проблемы, связанные с новым циклотроном в ЛФТИ. От РИАНа он окончательно отходит в конце 1940 года, полностью переключившись на создание установки и строительство здания для нее в родном Физтехе^[175]. Начало строительства здания было торжественно отмечено в день его закладки в Лесном в 1939 году. В это время, вспоминал его брат Борис, «впервые выявляются исключительные способности Игоря Васильевича как преданного своему делу, решительного и целеустремленного человека, как организатора и вдохновителя работ больших научных коллективов. Постоянно бодрый, веселый, инициативный, оптимистически настроенный, любивший озадачить и спросить „есть ли достижения“, он умел увлечь своим личным примером… За это его прозвали „Генералом“»^[176].

За восемь лет, с 1933 по 1941 год, научные исследования и эксперименты в ядерной физике в Советском Союзе получили большое развитие и резонанс. Успешная деятельность Курчатова и его лабораторий в этот период бесспорна и очевидна, поскольку ее результаты вышли на уровень лучших мировых лабораторий. Вклад Курчатова в мировую науку довоенного периода оказался весомым даже на фоне работ таких ученых, как П. А. Черенков, С. И. Вавилов, И. Е. Тамм, И. М. Франк, А. И. Лейпунский, А. И. Алиханов, Л. А. Арцимович, Д. И. Иваненко, Я. И. Френкель, Я. Б. Зельдович, Ю. Б. Харитон.

Подтверждением этого являются следующие достижения Курчатова и его команды. В работах по нейтронному направлению, выполненных совместно с группой Л. В. Мысовского, Курчатов установил фундаментальный факт разветвления ядерных реакций^[177]. При облучении фосфора (одноизотопного элемента) быстрыми нейтронами он и исследователи его отдела наблюдали два периода полураспада, которые они признали двумя независимо идущими реакциями с образованием изотопов. Вскоре Курчатов с сотрудниками подтвердил тот же результат на другом одноизотопном элементе — алюминии.

В 1935 году, развивая пионерские исследования Э. Ферми, Курчатов осуществил большой цикл работ по облучению нейтронами ядер элементов, получая, таким образом, искусственно радиоактивные изотопы^[178]. Весной 1935 года вместе с Л. И. Русиновым, Б. В. Курчатовым и Л. В. Мысовским при облучении брома нейтронами Игорь Васильевич обнаружил, кроме двух уже известных радиоактивных изотопов с периодами полураспада 18 минут и 4,2 часа, третий новый радиоактивный изотоп брома с периодом полураспада в 36 часов. Курчатов так объяснил это явление: два радиоактивных изотопа брома являются ядерными изомерами, то есть имеют различные свойства и энергию при одной массе и одном атомном номере^[179]. Он также создал теорию этого явления, положившую начало новому направлению исследований в физике — изомерии формы, изомерного протонного распада, гипотетической возможности существования нейтронного изомерного распада^[180].

В истории ядерной физики это открытие изомерии искусственно радиоактивных ядер является крупной и общепризнанной заслугой Курчатова. Ученые отмечают, что данное достижение эквивалентно открытию нового вида радиоактивности — гамма-радиоактивности. Курчатов первым сформулировал основное положение о причине процесса разрядки метастабильного состояния ядра, заключающейся во внутренней конверсии^[181].

Эта плодотворная идея, выдвинутая Игорем Васильевичем и подтвержденная его учениками, исследовавшими спектры электронов конверсии брома-80, ныне является общепринятой. Она также доказана новым типом изомеров тяжелых делящихся ядер, обнаруженных учеником Курчатова Г. Н. Флеровым. «В настоящее время изучение изомерии ядер является одним из главных методов получения сведений о возбужденных состояниях ядер», — писал Георгий Николаевич в конце 1980-х годов, вспоминая своего учителя^[182].

После открытия в 1935 году явления ядерной изомерии брома Курчатов пишет и публикует монографию «Расщепление атомного ядра». В предисловии он отметил, что в его труде представлен обзор основных экспериментальных данных, полученных за последние годы в области физики атомного ядра^[183]. Книга вызвала восторженные отклики многих критиков, в том числе профессора Л. Д. Ландау. Вышедшая в серии «Проблемы новейшей физики» книга, по оценкам современников, написана на высочайшем научном уровне, в ней нашли отражение самые последние достижения в области атомного ядра. Восторженно принявший ее К. Д. Синельников писал Курчатову из Харькова: «Книжка действительно хороша! Все очень хвалят, даже Дау!»^[184] (Ландау. — Р. К.). Заслужить похвалу столь строгого критика, каким являлся в научном мире Лев Давыдович Ландау, мог не всякий, даже талантливый ученый. Ландау всю жизнь оставался высокого мнения о Курчатове. Всемирно известный физик-теоретик в годы преподавания в Московском государственном университете, отвечая на вопросы студентов, называл Курчатова гением^[185].

В этот период Игорь Васильевич много времени посвящает важной для него теме — проблеме протон-нейтронного взаимодействия и селективного поглощения нейтронов ядрами различных элементов. В середине 1930-х годов данные вопросы в исследованиях по физике атомного ядра являлись центральными. М. Гольдхабер, изучавший тогда эти проблемы в Кавендишской лаборатории в Великобритании, отметил, что в мире в то время действовало несколько центров, где велись подобные серьезные исследования по ядерной физике. Среди них первой он называл свою лабораторию, затем «римскую школу», когда там еще работал Ферми, затем сотрудников Жолио-Кюри в Париже. Также к этому ряду Гольдхабер причислял Курчатова и его сотрудников. «Они делали хорошие работы, — заявлял он. — Я всегда считал, что именно Курчатов являлся крупнейшей фигурой в области атомной энергии в России… Он не очень отставал от нас»^[186]. Курчатов и его коллеги, составлявшие тогда часть мирового интеллектуального сообщества физиков-ядерщиков, по признанию иностранных коллег, вносили свой весомый вклад в общее дело развития ядерной физики. Они не только достойно заявили о себе, но и доказали, что работают на том же уровне, что зарубежные группы исследователей.

Курчатов всегда предпочитал работать коллективно. Исследования по нейтронной физике он также вел совместно с сотрудниками других институтов — Ленинградского физико-технического института, Радиевого института Академии наук, Украинского физико-технического института. Он подключил к ним и своих ленинградских студентов и учеников, руководимых им кафедр из Педагогического и Политехнического институтов, а также по два-три месяца в году сам систематически экспериментировал на высоковольтных установках с Синельниковым, А. Вальтером, А. Лейпунским в Харькове. Он торопился изучать ядерные реакции, производимые быстрыми и медленными нейтронами на литии, боре, золоте, палладии, рутении, родии. Число опубликованных только лично им в 1934–1935 годах научных статей превышает двадцать пять. Такое их количество объяснялось не только активностью Курчатова, но и его идейным лидерством в области нейтронных исследований. Основное содержание своих работ он также публиковал в академических изданиях, в иностранной печати, излагал в обзорных докладах, с которыми выступал на сессии Академии наук СССР и ядерных конференциях^[187], просвещая как специалистов-физиков, так и всех, кто проявлял к ним интерес.

Во многом благодаря достижениям Курчатова и его команды еще до войны были пересмотрены теоретические представления об атомном ядре, что, в свою очередь, сыграло существенную роль в построении истинной картины протекания ядерных реакций и структуры капельной модели ядра Бора. Физики-ядерщики, соратники и ученики Курчатова подчеркивали, что его исследования взаимодействия нейтронов обнаружили многие базовые свойства атомных ядер и эффективно продвинули вперед ядерную физику как самостоятельную науку. Отмечалось также, что работы Курчатова — одного из лучших учеников А. Ф. Иоффе — по проблемам физики атомного ядра в предвоенный период пополнили теоретическую и экспериментальную основу знаний, необходимых для решения проблемы практического осуществления цепной ядерной реакции^[188].

К сказанному следует добавить, что Курчатов активно и талантливо популяризировал научные достижения не только в сугубо научных, но и в широких кругах, для которых они представляли интерес с точки зрения их практических применений и использования в промышленности. Сотрудничая в реферативных отделах научных журналов, молодой ученый выступал в них автором актуальных тематических обзоров по проблемам физики, обсуждаемым на научных конференциях. В каждом выпуске он публиковал рефераты по работам в направлениях, которыми он занимался в тот или иной период времени, — физике и технике твердых выпрямителей, фотоэлементов, газового разряда и т. д. Сложные научные проблемы он излагал популярно, талантливо, интересно и органично, великолепно владея даром пропагандиста и популяризатора достижений науки, как при чтении лекций студентам, в своих публичных выступлениях, так и в устных докладах, и на семинарах и конференциях.

Таким образом, имеются объективные основания утверждать, что научные работы Курчатова, выполненные в довоенный период им и под его руководством в области физики атомного ядра, сравнимы с передовым мировым уровнем. Все они были доказаны Курчатовым и его командой в экспериментах с медленными нейтронами в процессе изучения искусственной радиоактивности, создания новейшей циклотронной техники и ее освоения. Старт, взятый советской ядерной физикой в 1930-е годы, быстро привел к выдающимся результатам. «Медленное накопление фактов, — по мнению Иоффе, — сменилось бурной атакой на атомное ядро»^[189]. Только за три года, с 1933 по 1935 год, советскими учеными (и в первую очередь самим Курчатовым) было опубликовано более ста работ по «ядру», многие из которых стояли на мировом уровне^[190].

В предвоенные годы в «детском саду папы Иоффе» было взращено и воспитано первое поколение первоклассных отечественных физиков-ядерщиков мирового класса. Из всех «лучшим знатоком дела» и «первым среди равных» Иоффе называл Игоря Васильевича Курчатова^[191]. Однако прошло немало лет, прежде чем эта высокая оценка стала очевидной для всего научного сообщества не только в Советском Союзе, но и за рубежом.