3
Как создавалась советская физика
Мы заканчиваем публикацию воспоминаний академика И. К. Кикона.
Начало см. «Квант» №10, 11.
Do конца двадцатых годов нашего столетия основные условия физики мира, в том числе и советских, были направлены на решение проблемы строения atoms, его электронной оболочки и физики металлов.
Что же касается проблемы строения atomного ядра, то его заимались немногое физики. В основном это были физики школа Резерфора в Англии и Марии Кюри во Франции. В Советском Союзе ядерной физикой заимались ленинградские учены Л. В. Мысовский в Государственном радиевом институте, Д. В. Скобельцын в Ленинградском политехническом и Ленинградском физико-техническом институтах.
В то время нас обучали, а потом мы сами обучали тому, что ядро состоит из протонов и электронов, что число протонов равно atomному весу элемента, а число электронов в ядре равно разности atomного веса и порядкового номера элемента.
В начале 30-х годов в ядерной физике произвел информационный взрыв — в течение двух-трех лет на нас буквально обрушился поток новых фундаментальных открытий. В 1931 году в лаборатории Резерфора Кокрофт и Уолтон впервые осуществили расчетление ядер лития путем bombardировки их протонами с энергей в несколько сот кэВ. При этом из лития вылетали α-частицы с энергей около 8 МэВ. Сообщение об этих опитах ожидлено обсуждалось нами в лабораториях, в коридорах и даже за обедом. Это был первый случай, когда энергия образовашился частиц значительно превышала энергию bombardирових частиц.
Несколько позже эти опыты были повторены во многих laboratorиях мира и, в частности, у нас харьковскими физками под руководством К. Д. Синельникова.
В 1932 году английский физик Чэдвик (ученик Резерфора) открыл нейtron — частиц, масса которой близка к массе протона, но не имеющего электрического заряда. Это было настоящей сенсцией. Тем более, что независимо до этого аналогичные опыты были проведены немецкими и французскими физками, которые так же как и Чэдвик наблюдали проникающие излучение, испускаемое легкими элементами (например, бериллием) при bombardировке их α-частицами. Это излучение легко проникало сквозь тольтый слой свинца и при попадании на парафин выбивало из него протоны. Эти физики считали, что проникающие через свинце излучение представляют собой γ-лучи, но не стали изменять их энергию. Чэдвик же провел такие измерения и убедился, что такой энергий γ-лучи не могут обладать. Он убедительно показал, что сквозь свинце проникают незаряженные частицы, которые оказались нейтроны. Для нас это было дополнительной иллюстрацией того, как важны количественные опыты в физике.
В том же 1932 году появилось сообщение об открытии в космических лучах новой элементарной частицы — позитрона, которая представляла собой положительное элементарное электрон.
Все эти сообщения публикаались краткими заметками, без подробностей, в научно-популярных журналах.
4
налах, и мы с нетерпенем ждали появления подробных статей уже в серъезных научных физических журналах.
Для быстро введения советских ученых в русло современных идеей физики atomного ядра А. Ф. Иоффе решил организаовать Всесоюзную конференцию по физике atomного ядра с участем крупнейших зарубежных ученых. Эта конференция состоялась в конце сентября 1933 года. Она проходила в актовом зале Академии наук в Ленинграде. По составу участников и по широком программистом конференция имела международный характер. В ней приняли участие англійский физик Паулли, французские физики Перрен, супруги Жоллю-Кюри и другие всемирно известные ученые.
Уже после первых опытов по расширению ядра лития А. Ф. Иоффе понял, что физика atomного ядра вступает в новую эру, и присутствил к организации исследований в этой области в нашем физico-техническом институте. Поначалу был организован постояно действующий семинар по ядерной физике (отделно от общефициского традиционного семинара, о котором я уже рассказывал).
На этом семинаре (насколько я помню, он собирался по средам) детально обсуждались все новые работы по ядерной физике. Хотя я не собирался стать «ядерщиком», потому что был увлечен своим исследованием полупроводников и металлов, но аккуратно посещал эти семинары, чтобы быть в курсе новых событий в физике. Когда на семинаре обсуждалось очередное сенсционное сообщение, зал было переполнен. Довольно скоро в институте организации две группы «ядерщиков». Одана под руководством И. В. Курчатова, другая под руководством А. И. Алиханова. Обе эти группы заялялись созданием новой для них экспериментальной техники. Над было обзавести источником α-частиц, β-частиц (электронов), γ-частии и нейтронов. Такими источниками были продукты радиоактивного распада радия, запасы которого были сосредоточены в Ленинградском радиовом институте. Источником нейтронов служили amпульы, содержащие газообразный радон (продукт распада радия), излучащий α-частицы, и порошок берилля (берилли, облучаемый α-частицами, испускает нейтроны). Одновременно готовились приборы для регистрации частиц — счетчики, камеры Вильсона,онизационные камеры и многое другое вды техники, без которых нельзя начинить экспериментов по ядерной физике. Все это было сравнительно быстро разработано, изготовлено собственными руками, и экспериментальная работа закипела.
Вскоре после открытия позитрона в космических лучах многое физики стали искать возможность получения позитронов в лабораторных условиях. Эти попытки не только увенчались успехом, но и привели к открытию искусственной радиоактивности. Ирэн и Фредерик Жоллю-Кюри обнаружили, что во время облучения α-частицами легких элементов, например, алюминия или магния, они испускают позитроны. Испледуя это явление, они неожиданное обрабатывающее его экспериментальное закону интенсивность. Так супруги Кюри сделали двойное открытие. Они впервые обрабатывали искусственный радиоактивность и открыли новый вид радиоактивного распада — позитронный распад.
Сообщение об этих опытах было на нас не менее сенсцией, чем открытие нейтрона. Искусственная радиоактивность при облучении α-частицами наблюдается только у легких элементов. У тяжелых элементов ее обрабатывали. Это объяснялось тем, чтовероятность произвольного заряженных частиц (например, α-частиц) внутреннего мала. Именно по этим причинам итальянский физик Ферми
10
ло возможности нашего мирного строительства》.
С начала 50-х годов в нашей институте началась интескивная разработка проблем, связанных с мирным использованиемatomной энергии. Первым итогом этих работ был пуск в 1954 году в подмосковном городе Обнинске первой в мире atomной электростанции. Она имеет небольшую мощность, всего 5000 кВт. Но сегодня у нас в стране работает atomные электростанции различных типов и средних — гигант atomной энергетики Ленинградская АЭС мощностью в 2 000 000 кВт. В X пятиле мощность советских АЭС значительно вырастет.
Более 10 лет успешно трудится построенный под научным руководством физков нашего института первой в мире atomной ледокол «Ленин», немало способствовавший развитие навигации в полярных шипотах. Недавно построенный atomный ледокол «Арктика» уже совершил плавание к Северному полюсу. Готовится вступить в строй еще более мощный atomный ледокол «Сибирь».
В начале 50-х годов у физков возникла идея использования энергии, выделяющегося в так называемых термодерных реакциях. Еще до войны появлась теория немецкого физика Бёте и других физков, согласно которой огромная энергия, излучаемая Солнцем, обеспечивает термодерной реакцией, протекающий следующим образом. При удовлетворении высоких температурх легкие ядра, обладающие громадной кинетической энергей, способны преодолеть кулоновские силы отталкивания и могут сливаться в более тяжелые ядра. Этот процесс сопровождается выделением огромной энергии, значительное превышающее энергию сливающихся ядер.
В «земных» условиях термодерная реакция впервые была использована для получения взрыва громадной мощности — была создана термодерная bomба. После этого вступал вопрос о возможности использования термодерной энергии в мирных целях. Природные запасы
11
урна, используемого в atomных реакторах, ограничены. Запасы железного элемента как действий (тяжелый водород ), которые может быть использован для термоядерных реакций, огромны — действий входит в состав тяжелой воды, которая составляет 1/6000 долю всей воды, имеющейся на земном шаре. А при слиянии двух ядер действия энергия около 13 МэВ, что намного превышает первоначальную энергию сливоцикся ядер. Так что эта классовая энергия практически неисследованя в этом направлении.
Но для того чтобы использовать эту энергию в мирных целях, необходимо преждевременно переоначальную энергию сливоцикся ядер. Так что эта классовая энергия практически неисследованя в этом направлении.
Прежде всего необходимо было научиться нагреть водород до высокой температуры, при которой ядра способны вступать в термоядерную реакцию. Самое простое — нагревать газ электрическим током. Для этого создают в газе разряд, и при больших значениях силы тока газ нагревается за счет джоулева тепла. При этом газ полностью ionизируется, превращается в плазму. При очень высоких температурах водородная плазма представляется собой «смесь» электронов и ядер, которые могут вступать в термоядерную реакцию. Однако высокотемпературная плазма очень неустойчива — при огромных токах, протекающих через разряд, одномерно заряженные слой плазмы расталкиваются, попадая на стенки газоразрядной трубки и быстро охлаждаясь.
Проблема «удержания» плазмы — одна из самых сложных проблем, которое необходимо решить на пути осуществления управления термоядерной реакции. И советские физики внесли неоценный вклад в решение этой проблемы. Под руководством академиков Л. А. Арцимовича и М. А. Леонтовича в Истичите atomной энергии была конструкрована установка, в которой специальным образом подобранное и ориентированное магнитное поле позволяет удерживать высокотемпературную плазму. Это — так называемый ТОКАМАК — «тороидальная камера в магнитном поле». Сейчас во всем мире опыты по удержанию плазмы осуществляют в основном на установках подобного типа. И называют их во всем мире ТОКАМАК.
В настоящее время исследования по проблеме управления термоядерной реакции на таком уровне, что уже инженеры и конструкторы приступают к рассмотрению чисто инженерных, технических вопросов, связанных с осуществлением прототипа будущего термоядерной станции. Можно надеться, что к концу века или немного раны также прототип будет построен, испытан, и тогда можно будет решить вопрос о промышленном использовании термоядерной энергии.
Конечно, я не могу дать исчерпывающую картину развития советской физики. Я расссказываю, в основном, лишь о тех работах, с которых мне, так или иначе, пришлось сталкивать. Поэтому я не расссказал о многих выдоощихся достижениях советских физиков — таких какрожение квантовой электронки в работе луреатов Нобелевской премии академиков Н. Г. Басова и А. М. Прохорова, открытие электронного параметриного резонанса академиком Е. К. Завойским, открытие принципи аWTO саряженных частц академиком В. И. Векслером и многое другое. Однако я надеюсь, что мой расссказ помог читателям «Кванта» представить себе, какой огромный вклад внесли советские физики в развития науки и техники за 60 лет Советской власти.