19

НАЧАЛО ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ В ФИАНе

24 марта 1966 г. в честь 75-летия со дня рождения С. И. Вавилова в ФИАНе мною был прочитан доклад «Начало исследований по ядерной физике в ФИАНе...» [1] . Та же тема рассматривается в статьях П. А. Черенкова и Е. Л. Фейнберга в этом сборнике. В дополнение к ним привожу выдержки из первой части своего доклада: «...творческое наследие таких физиков, как С. И. Вавилов, содержит не только труды, подписанные его именем, или труды его сотрудников и учеников, продолжающих разработку тех же проблем. Имеется нечто не менее важное, на что, однако, не может быть ссылок в опубликованных работах. Это — то идейное влияние, прямое или косвенное, которое оказывает ученый». «...Это именно то влияние, которое нужно считать научной школой ученого, которую не следует отождествлять с простой совокупностью тех, кто работал или работает под его непосредственным руководством. Я имею здесь в виду и нечто большее, чем организационная помощь работам, хотя она в условиях современной науки играет важнейшую роль. Существенно и другое — личное влияние ученого, во многом неотделимое от его человеческих свойств». «...Мне представляется существенным рассказать в связи с этим о том, что было сделано С. И. Вавиловым для развития работ, лежавших вне круга его непосредственных научных интересов». «...Остановлюсь на частном примере, мне наиболее близком,— на начале развития работ по ядерной физике, возникших в Физическом институте АН СССР по инициативе С. И. Вавилова».

«...В 1932 г. Сергей Иванович был назначен директором Физического отдела Физико-математического института Академии наук, находившегося, как и сама Академия наук, в Ленинграде. Незадолго до этого институт пережил один из самых трудных периодов своего развития за 200 лет. Был момент, когда весь его штат состоял из директора, двух заведующих отделами и четырех научных сотрудников [2] . Время, когда Академия наук станет во главе науки и объединит в своем составе основные институты страны, тогда еще не наступило, но оно уже приближалось. К моменту назначения С. И. Вавилова Физический отдел был еще немногочислен, а характер работы в нем самый патриархальный. Вопреки тому, к чему мы привыкли теперь, у входа вас не встречал вахтер, но зато уютно звенел колокольчик, привешенный к двери. Звенел он, однако, не часто. Народу было немного, и далеко не все, кто числился в штате, ходили в институт. Были, разумеется, и те, кто ходил, и те, кто работал, что, как известно, не одно и то же. Помню, что при первом моем посещении института С. И. Вавилов указал мне на молодого человека, быстро пробежавшего по коридору: «Вот, обратите внимание, он всегда здесь и притом всегда работает». Это было сказано о Леониде Васильевиче Грошеве.

К моменту прихода С. И. Вавилова профиль будущего Физического института еще никак не был определен. Сам С. И. Вавилов отмечает, что существовал проект превращения его в чисто теоретический институт. Для этого были основания. В состав института входил математический отдел, возглавлявшийся академиком И. М. Виноградовым, и была прекрасная библиотека [3] , но современной физической аппаратуры было немного. Если принять во внимание, что в Ленинграде тогда были такие первоклассные институты, как Физико-технический, Радиевый и Оптический, созданные Иоффе, Вернадским и Рождественским, то превращение Физического отдела в теоретический могло бы показаться наиболее естественным. Вторая, не менее естественная возможность состояла в том, чтобы развить здесь те направления оптических исследований, с которыми сам С. И. Вавилов был связан наиболее близко. Однако Сергей Иванович поступил иначе. Дальновидность С. И. Вавилова сказалась в том, что он с самого начала наметил превратить институт в институт многоплановый, включающий различные направления физических исследований. Примерно через два года решением правительства Академия наук была переведена в Москву, Физический отдел Физико-математического института был превращен в Физический институт, получивший по предложению С. И. Вавилова имя П. Н. Лебедева. В институт влились силы московских физиков, и установка С. И. Вавилова на создание Физического института широкого профиля не только оправдала себя полностью, но и оказалась единственно возможной. Дальновидность С. И. Вавилова сказалась и в том, что с самого начала его прихода в институт в Ленинграде он счел необходимым развивать в нем исследования в области ядерной физики.

Ядерная физика в то время вступала в полосу замечательных открытий. Был открыт позитрон, а затем нейтрон. Для физики это были события большого значения, и они широко обсуждались. В сентябре 1933 г. состоялась первая Всесоюзная конференция по атомному ядру, проходившая в Физико-техническом институте в Ленинграде. Среди тех, кто помогал А. Ф. Иоффе в ее организации, был, насколько я помню, и молодой И. В. Курчатов. Конференция была небольшая. Примерно половина докладов была сделана иностранными учеными: Ф. Жолио, П. Дираком, Ф. Перреном, Л. Греем. Кроме того, были доклады Д. В. Скобельцына, С. Э. Фриша, Д. Д. Иваненко, Г. А. Гамова, К. Д. Синельникова и А. И. Лейпунского. В основном они были либо теоретического, либо обзорного характера. Собственные экспериментальные данные содержались, если не ошибаюсь, только в докладе Д. В. Скобельцына. По ряду сообщений состоялись оживленные прения. Кроме перечисленных здесь докладчиков, выступали А. Ф. Иоффе, В. Вайскопф, И. Е. Тамм, Я. И. Френкель, В. А. Фок, М. П. Бронштейн и др. Несомненно, что интерес к ядерной физике постепенно возрастал и начался приток в нее новых людей, группировавшихся вокруг тех немногих, кто занимался ее изучением и ранее.

Что касается Физического института Академии наук, возглавляемого С. И. Вавиловым, то каких-либо благоприятных предпосылок для развития в нем ядерной физики не было — не было ни подготовленных кадров, ни аппаратуры. Сам С. И. Вавилов не занимался ядерной физикой и не предполагал ею заниматься. Не было и внешних стимулов для развития работ в этой области. Ядерная физика считалась в то время одним из наиболее бесполезных с практической точки зрения разделов физики и не была ведущей среди теоретических проблем науки. Наличие ее в тематике института никто бы не счел обязательным.

Если в таких условиях С. И. Вавилов взялся сам за организацию работ в этой области, то это, конечно, результат очень глубокого понимания им принципиального значения сделанных открытий, а следовательно, и перспектив развития ядерной физики в будущем. Сергей Иванович привлек к этой работе нескольких молодых физиков. К числу их, совсем неопытных и не подготовленных к работам по ядерной физике, принадлежал в то время и я. Сергею Ивановичу было бы, конечно, проще предложить мне тему по оптике или люминесценции, к выполнению которой я в известной мере был подготовлен. Между тем он рекомендовал мне перейти из Оптического института, где я тогда работал у А. Н. Теренина, в Академию наук с тем, чтобы заняться работой именно в области ядерной физики.

Известно, что С. И. Вавилов был врагом каких-либо модных увлечений в науке и не одобрял тех, кто гонится за эффектными открытиями. Во главу угла он ставил выяснение физической сущности явлений, исследование их механизма и полагал, что открытия должны возникать именно на этом пути, хотя и могут быть неожиданными. Его привлекала принципиальная сторона физических явлений. В открытии позитронов его, естественно, интересовал прежде всего процесс рождения пар γ-лучами. Он отмечал, что в процессе проявляются такие свойства света, которые не имеют никакого аналога в линейной волновой оптике. Отношение С. И. Вавилова к принципиальному значению превращения света в частицы вещества, пожалуй, лучше выражают его слова в книге «Глаз и Солнце». Здесь он сравнивает это превращение со сказочным превращением мелодии в скрипку. Не случайно поэтому, что по инициативе С. И. Вавилова Л. В. Грошев и я примерно с 1935 г. занялись исследованием механизма рождения пар γ-лучами. Перед нами ставилась задача изучать элементарный акт этого процесса и с этой целью наблюдать рождение пар в камере Вильсона, наполненной тяжелым газом, например криптоном или ксеноном. С. И. Вавилова занимала здесь, в частности, роль волновых характеристик световых волн, и в качестве одной из задач он хотел выяснить, как влияет на рождение пар поляризация световых волн. В письме С. И. Вавилова, написанном мне в сентябре 1935 г., когда я по болезни на довольно длительный срок выбыл из института, он сообщает: «Составили план на 1936 г. Основной темой для Вас и Грошева оставили влияние положения электрического вектора γ-волны на распределение пар в пространстве. Думаю, что до поляризованного света удастся добраться не скоро. Однако очень интересны и опыты с естественными γ-лучами». И далее добавляет: «С оборудованием довольно благополучно, я привез из Парижа литр ксенона, будет, по-видимому, тяжелая вода, заказан полоний, есть надежда достать радиоторий. Отсюда видно, как непосредственно помогал С. И. Вавилов работам по ядерной физике. С. И. Вавилову в самом деле удалось выписать и получить небольшой импортный препарат радиотория, с которым мы и начали работу.

Вскоре, однако, проблему источников γ-лучей удалось решить радикально. В конце 1936 г. ассигнования, отпущенные Академии наук СССР, оказались, как это иногда бывает, не полностью освоенными, и С. И. Вавилову удалось исхлопотать немалую по тем временам сумму денег на приобретение для Физического института радия. Это были препараты радия-мезотория, и для решения вопроса о наиболее рациональном их использовании С. И. Вавилов собрал небольшое совещание с участием А. Ф. Иоффе и В. Г. Хлопина. Несколько ампул, содержащих различное количество радия (в том числе одна почти в 500 мг эквивалента радия), были оставлены как источники γ-лучей. Большая же часть (около грамма) была в 1937 г. растворена и использовалась для получения радона. Эту работу выполнил собственноручно В. Г. Хлопин, при этом он извлек содержавшийся в препаратах радиоторий, которым в дальнейшем пользовались мы с Л. В. Грошевым. Эманационная установка просуществовала до начала Великой Отечественной войны. Это была единственная в то время установка, находившаяся в распоряжении физиков Москвы. Радон применялся главным образом в виде радон-бериллиевых источников нейтронов, а частично передавался медицинским учреждениям, у которых количество радона, применявшегося в лучевой терапии, было тогда недостаточным [4] .

Наше с Л. В. Грошевым исследование образования пар заняло несколько лет, но до выяснения вопроса о влиянии поляризации света, специально интересовавшего Сергея Ивановича, мы так и не добрались.

Не меньшее значение С. И. Вавилов придавал открытию нейтрона. Он подчеркивал, что это открытие разрушило представление о том, что электрический заряд есть неотъемлемое свойство частиц вещества, бывшее до этого общепринятым. Сергей Иванович считал очень важным выяснение основных свойств этой частицы, и в частности волновых свойств. Дифракция нейтронов, ставшая теперь рабочим методом исследования структуры вещества, в то время еще лежала за пределами возможности эксперимента, она возникла позже.

Придавая большое значение исследованию нейтронов, он предложил своему аспиранту Н. А. Добротину начать работу в этой области. Результатом явилось исследование Н. А. Добротина, который методом камеры Вильсона изучил угловое распределение протонов, выбиваемых нейтронами из пластинки парафина. Теперь уже немногие помнят, что работа Добротина полностью устранила имевшиеся в то время противоречия в вопросе об угловом распределении при рассеянии нейтронов протонами — вопросе фундаментальном для нейтронной физики [5] .

Для широты научных интересов С. И. Вавилова характерно, что, будучи в Италии в июне 1935 г., он посетил в Риме лабораторию Ферми и в письме оттуда подробно рассказал о первых опытах по непосредственному измерению скорости тепловых нейтронов.

Третьей темой по ядерной физике, возникшей столь же естественно по инициативе С. И. Вавилова, была тема, порученная аспиранту П. А. Черенкову. Задача была вполне конкретной — сравнить механизм люминесценции ураниловых солей под действием γ-лучей с тем, что наблюдается при возбуждении видимым светом и рентгеновскими лучами. Эта тема была успешно выполнена, но, конечно, теперь всем известна не столько эта работа, сколько результат нового открытия, сделанного Черенковым в ходе исследования γ-люминесценции. Я очень хорошо помню, какое значение придавал С. И. Вавилов уже первым его результатам. В самом начале исследования, еще до опубликования в 1934 г. первой работы, он рассказывал, что Черенков измерил поляризацию свечения и что она, вопреки ожиданиям, такова, что преимущественным направлением электрического вектора является направление пучка γ-лучей. Если это так, говорил он, то единственным объяснением может быть то, что свечение на самом деле вызывается не γ-лучами, а источником излучения являются сами электроны, которые создают эти γ-лучи. С. И. Вавилов посоветовал мне познакомиться с Черенковым и с его опытами по поляризации свечения, что я, разумеется, и сделал. Я впервые увидел тогда это свечение и, конечно, убедился, что утверждение Павла Алексеевича о знаке поляризации правильно.

Возвращаясь к письму Сергея Ивановича, о котором я уже говорил, замечу, что в нем упомянуты и планы остальных участников исследований по ядерной физике на 1936 г. В нем говорится, что «Добротин собирается продумать "опыт Физо" с медленными нейтронами; Вернов будет заниматься космическими лучами; Черенков — по-прежнему свечением под действием γ-лучей. Со Скобельцыным договор заключается». Здесь имелся в виду вопрос о периодических приездах Дмитрия Владимировича Скобельцына из Ленинграда в Москву еще до перехода его в ФИАН, что и удалось тогда осуществить. В. И. Векслер в письме еще не упомянут, он начал работать в ФИАНе несколько позже, сразу же включившись в исследование космических лучей. Резюмируя сказанное о ядерной физике, С. И. Вавилов пишет: «В целом я считаю, что лаборатория на правильном пути и года через два из нее выработается то, что нужно».

Однако первые шаги в ядерной физике в институте не были легкими. Институт нередко обследовали и критиковали. Если это была ведомственная комиссия, то она отмечала, что поскольку ядерная физика наука бесполезная, то нет оснований для ее развития.

При обсуждениях в Академии наук мотив критики был иной. Ядерной физикой не занимается здесь никто из признанных авторитетов, а у молодых ничего не выйдет. В самом деле, единственный специалист в области ядерной физики профессор Л. В. Мысовский, принимавший участие в работах лаборатории в ленинградский период, в Москву не переехал, и контакт с ним через некоторое время был утерян. Критике подвергался и сам С. И. Вавилов за работу Черенкова. Я очень хорошо помню язвительные замечания по поводу того, что в ФИАНе занимаются изучением никому не нужного свечения неизвестно чего под действием γ-лучей. В то время необходима была очень глубокая убежденность в том, что ядерная физика имеет принципиальное значение, и весь авторитет С. И. Вавилова, чтобы отстоять ее развитие в институте.

Что касается молодых физиков, то они и в самом деле нуждались в помощи, и помощь со стороны С. И. Вавилова всегда была очень конкретна. Это были советы опытного физика-экспериментатора, человека необычайной широты знаний. При этом он зачастую рекомендовал: «А вы поговорите с тем-то» или «а вы поинтересуйтесь работой такого-то». Память Сергея Ивановича была исключительная, и он всегда помнил, кто чем и когда занимался, и великолепно знал научную литературу, и притом не только по своей специальности.

Разумеется, начав работу по изучению пар, мы учились у Д. В. Скобельцына задолго до его перехода в ФИАН и методу камеры Вильсона, и методам работы с γ-лучами и по его совету воспроизвели для нашей работы конструкцию камеры Вильсона, аналогичную разработанной Жолио-Кюри. Как уже отмечалось, С. И. Вавилов активно заботился о том, чтобы возможность такой регулярной помощи была нам обеспечена. Трудно понять, почему было столько желающих считать положение катастрофическим и почему вообще так часто думают, что молодых ученых следует вести за ручку, как маленьких детей. Вероятно, всем поколениям физиков, начинающим самостоятельную работу, в той или иной мере суждено слышать одну и ту же фразу: «Ничего не выйдет!» Большая удача встретить па своем жизненном пути человека, который не говорит «ничего не выйдет», но вместо этого способен дать совет, который поможет направить работу так, чтобы она вышла. С. И. Вавилов всегда мог дать такой совет, а это — способность гораздо более ценная, чем просто благожелательное отношение. Заканчивая обзор начальной стадии работ по ядерной физике в ФИАНе, я хочу добавить несколько слов и еще по одному вопросу, в какой-то мере с ней связанному. В нашей стране в то время начались полеты в стратосферу и интерес к исследованиям, связанным с большими высотами, возрастал. С. И. Вавилов был председателем Комиссии по изучению стратосферы и организатором конференции по этой проблеме (1934).

В 1934 г. по инициативе моего брата Г. М. Франка началась подготовка к первой высокогорной Эльбрусской комплексной экспедиции. Эту инициативу сразу поддержали и С. И. Вавилов, и А. Ф. Иоффе, и в экспедиции уже в первый год принял участие ряд институтов самого различного профиля. Первым начальником экспедиции был профессор Военной электротехнической академии А. А. Яковлев. Затем ряд лет экспедицией руководили Г. М. Франк и В. И. Векслер. В первый же год работы экспедиции в ней приняла участие группа ФИАНа, состоявшая из Добротина, Черенкова и Франка. Мы провели тогда первые наблюдения космических лучей камерой Вильсона на различных высотах от 2000 м (Терскол) до 4300 м («Приют одиннадцати»). Кроме того, по предложению С. И. Вавилова вместе с группой ГОИ, состоявшей из академика А. А. Лебедева и И. А. Хвостикова, мы занимались наблюдением свечения ночного неба. Условия работы, особенно для исследования космических лучей, тогда были еще чрезвычайно неблагоприятными. В целях уменьшения радиоактивного фона работать пришлось прямо на льду ледника, притом даже без палатки. В качестве источника света мы использовали Солнце, направляя его свет от зеркала гелиостата в камеру Вильсона. Тем не менее камера Вильсона работала и даже удавалось получать фотографии. Это было началом серии работ по изучению космических лучей, которые велись в Эльбрусской экспедиции в последующие годы главным образом В. И. Векслером и Н. А. Добротиным. Примерно в то же время С. Н. Вернов применил метод шаров-радиозондов, изобретенных П. А. Молчановым для наблюдения космических лучей. Несколькими годами позже он совершил морскую экспедицию к экваториальным широтам. В результате этих работ Вернов открыл существование сильного широтного эффекта космических лучей в стратосфере. Вспоминаю, как при обсуждении этой работы в Академии наук С. И. Вавилов отстаивал полученные С. Н. Верновым результаты от нападок со ссылкой на иностранные авторитеты, у которых такой результат не получился. Замечу, что вместе с С. Н. Верновым в экспедиции был и Н. Л. Григоров, теперь профессор МГУ, а в то время лаборант ФИАНа. Разумеется, от всех этих работ до космической станции «Протон» расстояние велико и по числу прошедших с тех пор лет, и по уровню развития нашей науки и техники. Но все же это было начало того пути, по которому предстояло идти, и имя С. И. Вавилова, активно помогавшего исследованиям уже на первых шагах этого пути, не должно быть забыто. Разумеется, роль С. И. Вавилова в развитии ядерной физики па этом не закончилась. Она была очень велика и в последующие годы. Достаточно сказать, что он был председателем совета, созданного при президенте Академии наук СССР, ведавшего координацией работ по мирному использованию атомной энергии. Здесь можно было бы вспомнить о многих сторонах его деятельности. Однако я хочу коснуться хотя бы вкратце некоторых современных проблем ядерной физики.

Прежде всего несколько слов об излучении, открытом П. А. Черенковым. С. И. Вавилов в первой своей работе безошибочно назвал его «синим свечением», хотя тогда увидеть его цвет было абсолютно невозможно. При столь малых интенсивностях глаз уже не обладает способностью цветного зрения. Теперь же не представляет трудности не только видеть цвет этого свечения, но и фотографировать его и даже получать в импульсном реакторе моментальные цветные фотографии. Свечение воды в реакторе легко увидеть, но там его очень трудно исследовать. Никто даже не пытается это делать. Я уже говорил однажды, что, рассматривая такие фотографии, нельзя не думать, что было бы без опытов Черенкова, основанных на методах анализа природы излучения, развитых Вавиловым? Не считалось бы и сейчас свечение воды в реакторах явлением несущественным, возникающим в результате какой-либо люминесценции? Ведь люминесценция — явление весьма распространенное, и в факте свечения воды нет ничего удивительного.

И.М.Франк

_______________