Мировой ядерный клуб. Как спасти мир - Яков Иосифович Рабинович

Вскоре произошла первая встреча Харитона и с загадочным явлением, на первый взгляд казавшимся просто абсурдом. Как-то в разговоре Николай Николаевич Семенов сказал: «Вот, известно, что фосфор светится в темноте, хорошо бы посмотреть, не усилится ли свечение при малом давлении?» Харитон в 1926 г. вместе с аспиранткой Зинаидой Вальта решил проверить это предположение.

В хорошо отвакуумированный сосуд они поместили кусочек фосфора и по тонкому капилляру стали напускать туда кислород. Харитон ожидал, что сначала появится слабое свечение, которое по мере поступления кислорода будет усиливаться. Но сначала… вообще никакого свечения не было. Давление повышается, а света нет?! А потом вдруг свечение появилось и осталось стабильным, хотя кислород в сосуд продолжал поступать.

Это просто поразило экспериментаторов. Чтобы убедиться, что наблюдается не случайность, а закономерность, Харитон и Вальта напустили кислород, чуть-чуть не доведя до критической точки, с которой начиналось свечение. И оставили фосфор в таком положении на два дня. Никакой реакции не произошло. Но затем, как только был открыт кислородный кран, свечение мгновенно появилось. Что это за порог, за которым появлялось свечение, пока оставалось необъяснимой тайной. Удивительным было и то, что, когда до поступления кислорода в сосуд вводился химически инертный газ аргон, который, по идее, не мог оказывать никакого влияния на ход реакции, свечение возникало даже при меньшем давлении кислорода.

Открытые явления были настолько парадоксальны, что один немецкий химик, Боденштейн, напечатал статью, в которой категорически утверждал: Харитон и Вальта ошиблись, такого явления не может быть. А Боденштейн был в то время «столпом» химической кинетики. И авторитет его был весьма высок. Тем не менее, через некоторое время ему пришлось признать, что ошибался он, а не молодые советские физики.

Открытие явления в дальнейшем легло в основу созданной Н.Н. Семеновым теории разветвляющихся цепных реакций, за которую он был в 1956 г. удостоен Нобелевской премии. Тщательная, убедительная, безупречная в экспериментальном отношении работа Харитона и Вальта стала первым толчком к созданию этой весьма важной для современной химии и ядерной физики теории. На своей монографии «Цепные реакции», выпущенной в 1934 г., Николай Николаевич Семенов сделал дарственную надпись: «Дорогому Юлию Борисовичу, который первый толкнул мою мысль в область цепных реакций».

Наличие загадочного «порога» начала свечения фосфора объяснялось тем, что экспериментаторы столкнулись с разветвляющейся цепной химической реакцией. Ход ее регулируется так называемыми активными центрами – промежуточными продуктами реакции. Входе реакции они размножаются, но идет и процесс их гибели, когда активные центры «прилипают» к стенке сосуда. И все дело в очень тонком балансе рождения и гибели активных центров. Как говорил герой Диккенса мистер Микобер: «Если вы зарабатываете двадцать шиллингов и тратите девятнадцать с половиной, то жизнь ваша будет счастлива, а если тратите двадцать с половиной, то кончите в долговой яме».

Так же в эксперименте Харитона: если активных центров в реакции кислорода с парами фосфора рождалось меньше, чем гибло на стенках, то реакция затухала, не разгоревшись – свечения не было. Но стоило чуть увеличить давление газа и тем самым затруднить гибель активных центров, они начинали стремительно размножаться. Цепная теория объясняла загадочный резкий переход от почти полной инертности реакции к быстрому «взрыву».

Заглядывая вперед, скажем, что использование ядерной энергии в атомных реакторах и при ядерных взрывах также основано на цепной реакции. Только здесь активными центрами являются нейтроны.

Сам Харитон вплотную займется такими цепными реакциями позднее. Со временем ядерная физика и техника станут главным делом его жизни. А первый шаг в этом направлении, как потом выяснится, он сделал… еще первокурсником.

После первого курса Абрам Федорович Иоффе многим своим студентам давал задание на каникулы. Харитона он попросил детально разобраться в классических опытах Эрнеста Резерфорда по рассеянию альфа-частиц различными веществами, которые привели его к открытию ядер атомов. Это задание и стало для Харитона своеобразным введением в ядерную физику.

А.Ф. Иоффе сыграл не последнюю роль и в том, что Харитон в 1926 г. был послан на два года в научную командировку в Кембридж в знаменитую Кавендишскую лабораторию, которую в то время возглавлял Резерфорд. Добрые отношения с ним А.Ф. Иоффе и П.Л. Капица установили во время зарубежной поездки в конце 1921 г., когда они посетили многие лаборатории для возобновления контактов, закупки оборудования и научной литературы. Тогда А.Ф. Иоффе попросил Резерфорда принять П.Л. Капицу на стажировку в свою лабораторию. Резерфорд вежливо отказал:

– Рад бы, но, к сожалению, нет свободных вакансий.

На этом, может быть, дело и отложилось бы до более благоприятных времен, если бы не вмешался в разговор сам Капица:

– Простите, профессор, с какой точностью вы делаете свои эксперименты?

– Наверное, процента три, – недоуменно ответил Резерфорд.

– А сколько человек у вас работает в лаборатории?

– Человек тридцать.

– Так не могу ли я находиться в пределах вашей ясности? Тогда вы не заметите, что я у вас работаю, – весело сказал Капица.

Резерфорда, который прекрасно понимал и очень ценил юмор, это пленило и, рассмеявшись, он согласился взять Капицу на стажировку. Это открыло дорогу в Кавендишскую лабораторию и другим советским физикам.

В 1925 г. П.Л. Капица, к тому времени уже ставший любимцем Резерфорда, предложил во время своего приезда в Ленинград молодому Харитону подумать о командировке в Кембридж. Он брался рекомендовать его Резерфорду. А.Ф. Иоффе поддержал эту идею. Так в 1926 г. Харитон очутился в Англии. Кембридж в ту пору был мировым центром зарождающейся ядерной физики, а лаборатория Резерфорда лучшей в этой области.

Сила лаборатории состояла скорее в глубоких передовых идеях, чем в сложном оборудовании. Впервые подвергался атаке атом, казавшийся химикам неразрушимым – вечным, и даже само его ядро. Большая часть опытов производилась путем утомительного подсчета числа световых вспышек, получающихся при попадании альфа-частиц на кристаллик сернистого цинка. И Харитона привлекла именно эта сторона экспериментов. Выполненная им работа заключалась в определении чувствительности человеческого глаза к слабым потокам света. Оказалось, что зрительное ощущение возникает уже при попадании всего около пятнадцати фотонов (квантов) зеленого света. Потом СИ. Вавилов еще более снизил «порог» чувствительности глаза. Была в работе и большая физическая часть. Харитон установил, что в свет переходит четверть энергии, которую альфа-частицы отдают кристаллу сернистого цинка. Но непосредственно свечение исходит из атомов примеси, составляющих гораздо меньшую долю материала кристалла. Отсюда был сделан вывод, что энергия, отданная кристаллу, мигрирует, как-то перемещается по кристаллу, пока не