Преодоление. Арзамас-16: как это было. Историко-аналитическое исследование

Несомненной заслугой Н.Н. Семенова в развитии отечественной науки является и то, что он сумел создать собственную школу физико-химического направления. В начале века физическая химия была в зачаточном состоянии. Научные силы в данной области знаний – разобщены. Деятельность Семенова по их объединению имела особое значение для будущего интенсивного развития отечественной ядерной школы.

Работы учеников Семенова отражали результаты более двух десятков исследований, проведенных за период с 1920 по 1931 год. Их итогом явилось то, что были отброшены устаревшие представления о характере взрывчатых процессов и заложены основы новой теории взрывов и горения. Эти работы вызвали целый поток откликов как у отечественных ученых, так и за границей.

Будучи заместителем директора Физико-технического института, Н.Н. Семенов непосредственно сам руководил созданной им лабораторией электронной химии. В биографии, написанной в 1940 году, он писал об этой лаборатории как о центре, породившем многих крупных ученых. Он назвал при этом Кондратьева, Харитона, Ковальского, Неймана, Соколика, Зельдовича, Лейпунского и других.

В 1931 году лаборатория была реорганизована в Институт химической физики. Быстрорастущий научный коллектив энергично продолжал разработку теории цепной химической реакции. Самостоятельные направления исследований возглавляли Франк-Каменецкий, Зельдович, Беляев, Щелкин. Лабораторией взрывчатых веществ института руководил Ю.Б. Харитон. В характеристике, подписанной Семеновым, датированной 18 июня 1946 года (эта характеристика появилась не случайно, ибо именно в это время решался ряд организационно кадровых вопросов, связанных с созданием первого отечественного ядерного центра) говорится: «Профессор Харитон – специалист по теории взрывчатых веществ, является высокообразованным, творческим физиком и одним из основателей советской химической физики и одноименного института. В период с 1921 по 1931 год Харитон провел ряд прочно вошедших в науку работ по общим вопросам молекулярной физики, радиоактивности и измерению малых интенсивностей света, вопросам электронной теории и цепной кинетики, положив начало изучению цепных реакций в стране».

Я.Б. Зельдович, высоко оценивая вклад Ю.Б. Харитона в науку о взрыве, писал: «Еще 20-летним юношей он впервые экспериментально доказал существование разветвленной цепной химической реакции на примере окисления фосфора». Он отметил, что Харитон положил начало собственному оригинальному направлению в исследовании взрыва и взрывчатых веществ, и выделил участие его в развитии таких сотрудников харитоновской лаборатории в Институте химической физики, как А.Ф. Беляев, А.Я. Апин, Б.М. Степанов, В.К. Боболев.

Одновременно с институтом химической физики из общей тематики Ленинградского физико-технического института выделился еще один – Электрофизический институт. «Отпочкование» захватило не только сами исследования в связи с их углублением и расширением, но и организационные научные структуры. В разных регионах страны образовались новые научные центры – в Томске, Свердловске и Харькове, который в то время был столицей Украины. Становлением сибирской научной школы физики руководил В.Д. Кузнецов. Харьковский физико-технический институт был организован И.В. Обреимовым, который и возглавил его.

Основной тематикой харьковской школы была физика твердого тела и низких температур. Работа здесь шла активно, проводились конференции с участием зарубежных коллег. С 1932 года по 1937 годтеоретически отдел института возглавлял Л.Д. Ландау, будущий нобелевский лауреат (1962 год).

В 1935 году в Москве был создан Институт физических проблем. Вернувшийся после 13-летнего пребывания в Англии (в Кавендишской лаборатории Кембриджа у Резерфорда) П.Л. Капица стал руководителем нового института. Во время заграничной работы он в 1923 году защитил диссертацию на степень доктора философии. Степень доктора физических наук на родине он получил без защиты 1934 году в числе других известных физиков страны. Через 6 лет пребывания в Англии Капица был избран членом английского королевского научного общества и одновременно членом-корреспондентом Академии наук СССР. 1930 году он стал профессором королевского научного общества Англии. Многие историки науки отмечают искреннюю привязанность корифея ядерных исследований Резерфорда к своему российскому коллеге. Это проявлялось во многом, включая всемерное содействие созданию максимально благоприятных условий для его научной деятельности. В частности, для Капицы была построена специальная лаборатория при Кембриджском университете. Она называлась Мондовской, поскольку средства на ее строительство были взяты из посмертного дара Королевскому обществу химика и промышленника Л. Монда. Открытие лаборатории состоялось в феврале 1933 года.

После возвращения Капицы в СССР для вновь созданного Института физических проблем наша страна приобрела все оборудование Мондовской лаборатории. Английская сторона пошла на этот шаг под влиянием настойчивых просьб Резерфорда. На данное решение, несомненно, повлияла и общая атмосфера интернационального сотрудничества в области физических исследований. Значило и то немаловажное обстоятельство, что все финансовые обязательства по оплате оборудования были выполнены советской стороной своевременно и в полном объеме.

Так возник еще один технически хорошо оснащенный отечественный центр физических исследований. Строительство здания института велось под закупленное оборудование и с учетом направленности научных работ П.Л. Капицы. Будущий нобелевский лауреат (1978 год), совмещавший в себе гениального экспериментатора, прекрасного теоретика и блестящего инженера, принял активное участие в развитии отечественной науки.

К середине 30-х годов в СССР уже сформировалась разветвленная сеть физических научно-исследовательских центров. Она обладала определенными особенностями. Говоря об этом почти 40 лет спустя, Харитон отмечал, что эта сеть включала как академические, так и тесно связанные с ними отраслевые научно-исследовательские институты. В отраслевых институтах были сосредоточены высококвалифицированные кадры, и им предоставлялась возможность проведения работ не только прикладного, но и фундаментального характера.

Позитивно оценивая этот период развитие отечественной науки нельзя пройти мимо того, что искусственно сдерживало, замедляло развитие науки в целом и физики в частности. Физиков, как и науку в целом, не обошли стороной политические репрессии второй половины 30-х годов. В это время было арестовано несколько выдающихся ученых-физиков. В феврале 1939 года группа ученых (Вавилов, Иоффе, Капица, Крылов, Мусхелишвили и Фок) обратились к Наркому НКВД Л.П. Берии с письмом в защиту арестованных ученых. Они писали: «Изъятие этих крупнейших ученых наносит ущерб развитию физики и делу подготовки высококвалифицированных кадров. Поэтому мы обращаемся к вам с просьбой пересмотреть основания, послужившие их осуждению в надежде, что новое рассмотрение выяснит возможность возвращения их к продуктивной научной деятельности».

Подобные обращения иногда срабатывали. Так арестованный в апреле 1938 года по обвинению в шпионаже в пользу Германии Ландау провел в тюрьме только годи был освобождён под личное поручительство Капицы.

Но вернемся в 30-е годы. Стремление государственных структур получить немедленную практическую отдачу от фундаментальной науки неизбежно оказывало влияние на административное руководство наукой. Необходимость теоретической физики приходилось отстаивать, а исследовательскую работу в области ядерной физики академики С.И. Вавилов и А.Ф. Иоффе вплоть до самой войны вели в своих институтах под огнем критики со стороны некоторых руководящих инстанций за отрыв от практических нужд народного хозяйства. Я.Б. Зельдович в своих воспоминаниях отмечал: «Работу по теории деления урана мы считали неплановой и занимались ею по вечерам. Иногда очень поздно».

При всех сложностях политического и экономического порядка ядерные исследования получали все большее развитие. Сказывались высокий интеллектуальный потенциал отечественный физической школы и увлекательность самой ядерной физики для ученых. Более значительную роль стали играть лаборатории по ядерным исследованиям Алиханова. Развивалась экспериментальная база. В частности, строились импульсный ускоритель Ленинградском физико-техническом институте и электростатический генератор Ван-де-Граафа в Харьковском физико-техническом институте. В Радиевом институте был пущен первый в Европе циклотрон.

Было положено начало регулярному проведению Всесоюзных конференций по физике атомного ядра. В 1933 году состоялась первая из них. Оргкомитет конференции возглавлял И.В. Курчатов. На конференцию приехали известные физики из Франции, Англии, Италии, Швейцарии, Чехословакии.

В 1935-1936 годах был разработан проект самого мощного, по тому времени, циклотрона, который намеревались построить в Ленинграде. Нарастал поток научных публикаций физиков-ядерщиков по итогам проводившихся исследований. За четыре года, с 1932 по 1936 год, свет увидели более ста работ данной тематики. Многие из них нашли живой отклик в западноевропейских научных центрах.

Из достижений этого периода следует отметить открытие П.А. Черенковым с С.И. Вавиловым эффекта, проявляющегося в испускании света веществом при движении в нем заряженных частиц со скоростью, превышающей фазовую скорость света. Этот эффект получил название «Черенковского свечения». Позже И.Е. Тамм и И.М. Франк дали теоретическое обоснование данного явления, которое, как открытие, было отмечено Нобелевской премией в 1958 году (П.А. Черенков, И.Е. Тамм, И.М. Франк).

В сентябре 1936 годах в Москве состоялась Вторая всесоюзная конференция по ядерной физике, через год Третья – в Ленинграде. Они были посвящены проблеме строения ядра и частиц. В период между этими событиями фронт работ по ядерным исследованиям существенно расширился. В 1936 году Я.И. Френкель ввел в теорию атомного ядра понятие температуры возбуждения ядра, истолковав процесс распада ядра как испарение частиц из нагретого ядра. Независимо от Н. Бора были сформулированы основные положения капельной модели атома, что позволило отечественным физикам вполне самостоятельно к 1939 году подойти к созданию основ теории деления тяжелых ядер, предсказать возможность их спонтанного деления.

1939 годбыл отмечен проведением Четвертой Всесоюзной конференции по ядерной физике и космическим лучам. Она проходила Харькове. К этому времени ученые всего мира активно обсуждали статью Л. Мейтнер и О. Фриша, теоретически объясняющую результаты опытов Гана-Штрассмана по делению ядер урана. Первые сведения об этом пришли в нашу страну с февральскими номерами английских и немецких научных журналов. Налаженные в 20-е годы информационные каналы еще работали. Ю.Б. Харитон вспоминает, что эти сведения вызвали у советских физиков такое же волнение, как и у физиков всего мира. Среди сотрудников Ленинградской группы физических институтов (ФТИ, ИХФ, РИ АН СССР) разгорелось обсуждение практической возможности осуществления цепной ядерной реакции и ядерного взрыва. Начались эксперименты и расчетные работы по данной тематике. А вскоре были получены и первые интересные результаты, показавшие, что отечественная наука принимает активное участие в обширном научном штурме тайм атомного ядра.

В лаборатории И.В. Курчатова молодые физики Г.Н. Флеров и К.А. Петржак открыли явление самопроизвольного без облучения нейтронами деление ядер урана 238. Это открытие, явилась серьезным вкладом советских ученых в физику ядра. Л.И. Русинов и Г.Н. Флеров независимо от западных физиков, экспериментально установили число вторичных нейтронов, испускаемых при делении урана. В Институте химической физики, Ю.Б. Харитон и Я.Б. Зельдович, отойдя от исследований вопросов горения и детонации газовых смесей, взрывчатых веществ, занялись выяснением условий осуществления разветвленной цепной реакции деления урана в реакторе. И предложили использовать в качестве замедлителя нейтронов тяжелую воду и углерод. При этом следует отметить, что еще в 1937 году Харитон предложил метод разделения изотопов с помощью центрифугирования. Обосновал его возможность математически.

В 1939 году в журнале экспериментальной и теоретической физики были опубликованы две статьи Харитона и Зельдовича. Они назывались «К вопросу о цепном распаде основного изотопа урана» и «О цепном распаде урана под воздействием медленных нейтронов». Самостоятельные расчеты отечественных физиков не только подтвердили теорию цепной реакции, но и обогатили ее.