Физик (ядерная физика). В. В. Шапкин

Тысячи лет понадобилось человечеству для того, чтобы от представления древнегреческих философов об устройстве всех предметов окружающего нас мира из неделимых кирпичиков прийти к атомной теории строения вещества, к экспериментам Резерфорда, доказавшим, что атом - это... пустота. Иначе говоря, что вся масса атома сосредоточена в субмикроскопическом ядре, занимающем малую, ничтожно малую часть всего объема атома. Из этих кажущихся технически простыми опытов физики узнали, что плотность "ядерного вещества" несоизмерима ни с одним из существующих в природе видов материи, что 1 кубический миллиметр "ядерной материи" должен весить примерно 100 тысяч тонн, то есть неподвластен ни одному из подъемных кранов.

С этого времени, рубежа XIX и XX столетия, началась захватывающая история штурма атомного ядра, главными героями которой являются физики-ядерщики. В ходе этой борьбы человек замахнулся на цитадель, доселе незыблемую,- творение материи и ее превращение.

Долгие ночи надо было провести в 30-х годах молодым физикам Флерову и Петржаку в лаборатории, оборудованной в одном из подземных вестибюлей Московского метро, чтобы доказать существование самопроизвольного распада ядер тяжелых элементов таблицы Менделеева.

Мы не знаем, сколько звезд и планет возникло и погибло за миллиарды лет существования Вселенной. Но точно известно, что все это время с неумолимостью рока, ежечасно, ежеминутно, ежесекундно идет ядерный распад, что за строго отмеренный срок, называемый периодом полураспада, от ядер атомов того или иного химического элемента остается лишь половина. Поэтому из громадного многообразия химических элементов природа сохранила для нас только 92 элемента, остальные созданы учеными-физиками.

В природе существует более пяти тысяч ядерных систем. Это говорит о том, что атомы многих элементов имеют своих собратьев, точно похожих по своим химическим свойствам, но чуть легче или чуть тяжелее. Изучены же только около полутора тысяч из них. Но и это дало человеку неоценимые знания, позволяющие приобрести власть над техникой. Искусственно получаемый плутоний, например, стал ядерным горючим для атомных электростанций.

Природа искусно охраняет свой основной секрет - заряженное ядро атома. Оно практически нечувствительно ни к каким физическим воздействиям, кроме бомбардировки нейтронами или ускоренными заряженными частицами. Проникнуть в мир атомного ядра пока можно только одним средством - катастрофой. Если столкнуть ускоренные до скоростей, близких к скорости света, ядра, то в стороны полетят не обломки, с чем мы встречаемся при катастрофе в привычной жизни, а вновь родившиеся частицы. То, что в нашей привычной жизни вызывает разрушение, в микромире - акт творения.

Опыты группы итальянских физиков во главе с Э. Ферми в 1935 году по облучению урана нейтронами привели к открытию явления искусственного расщепления ядер, что явилось поистине революцией в истории физической науки о веществе. Она положила начало решению сложнейшей инженерной задачи - извлечению энергии из глубин материи. Формула Е=тс2 стала с тех пор источником оптимизма человечества в поисках новых видов энергии.

30-е годы - это годы расцвета исследований в ядерной физике. Но никто себе не представлял в, то время будущих масштабов использования энергии атомных ядер человечеством. Никто не предполагал, что из этого гениального открытия родятся не только атомные ледоходы, но и атомные бомбы, разрушившие Хиросиму и Нагасаки.

Открытие итальянских физиков в мирных целях впервые было использовано в Советском Союзе. В 1957 году у нас начала действовать первая атомная электростанция.

Чем же занимаются физики-ядерщики?

Первая и главная проблема - это проблема ядерных реакторов - сердца атомных электростанций и атомных двигательных установок. Здесь идет настойчивый и тщательный поиск новых технических решений по использованию энергии распада ядер, решаются вопросы надежности работы подобных установок, вопросы защиты обслуживающего персонала.

Вторая проблема - исследование структуры ядер и свойств частиц, которые традиционно называют элементарными, но которые по своей структуре оказались далеко не элементарными.

Решение этой проблемы физиками-ядерщиками связано с разработкой и созданием ускорителей частиц. Развитие ускорителей идет по пути создания систем, способных ускорять до громадных скоростей все более тяжелые частицы. Именно при столкновении быстрых тяжелых ядер перспективен поиск новых трансурановых элементов. Ускорители таких тяжелых частиц впервые созданы в Дубне, центре ядерных исследований под Москвой. Поэтому не случайно сюда стремятся приехать физики многих стран, чтобы экспериментально проверить предсказываемые теорией выводы.

Третья проблема - это проблема термоядерного синтеза, проблема получения энергии не за счет ее освобождения при цепном распаде тяжелых ядер, а использования энергии, выделяемой при реакции термоядерного синтеза легких элементов. Этот процесс, как известно, идет в звездах, и в ближайшей к нам - Солнце. Рукотворное Солнце на Земле - какой реальностью становятся наши мечты! И творцами этой удивительной реальности являются люди - те, кто посвятил себя изучению капризов термоядерного "бублика". Почему "бублика"? Дело в том, что сегодня наиболее результативной системой, обеспечивающей возможность зажечь и поддержать искусственное Солнце, является Токомактоковая магнитная камера, разработанная советскими физиками, которая представляет собой тороидальную камеру, напоминающую бублик.

Все, о чем здесь рассказано, это лишь частица того мира, дверь в который открывают физики-ядерщики. Инструментом их работы являются микроскопы для изучения фотопластинок, в которых оставили следы неизвестные ранее частицы, и мощные, размером с громадные здания, ускорители. Их способом и инструментом описания увиденного является квантовая теория поля - математическая теория, описывающая частицы-поля. Объектом их труда является окружающий нас мир, но мир, "разложенный" до отдельных атомов, изолированных микрочастиц, поведение и свойства которых люди этой профессии изучают не воздействием тепла, света, атмосферы, давления, а путем столкновения с такими же частицами.

Рабочий день физика-ядерщика зависит от конкретных задач, которые очень различны и индивидуальны для каждой исследовательской группы, от распределения обязанностей внутри научного коллектива. Но каждый день физик-ядерщик проверяет какую-то новую гипотезу, уточняет ранее полученные результаты, решает тысячи "почему", которые ставит перед ним этот таинственный микромир.

Специалисты по атомной и ядерной физике подготавливаются в университетах. Они получают глубокую теоретическую подготовку, изучают технику экспериментов на ускорителях частиц, знакомятся с основами радиационной гигиены.