У истоков термоядерной реакции

К 110–летию Л.А.Арцимовича

Л. А. Арцимович был непосредственным участником советского атомного проекта. Под его руководством впервые в СССР разработан электромагнитный метод разделения изотопов. С 1951 г. он – бессменный руководитель исследований по физике высокотемпературной плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза. Под руководством Арцимовича впервые в мире в лабораторных условиях осуществлена термоядерная реакция.

Лев Андреевич Арцимович родился 12 (25) февраля 1909 года в Москве. Его отец — Андрей Михайлович Арцимович — происходил из обедневшей дворянской семьи, работал статистиком в Управлении железных дорог Московского узла. Мать — Ольга Львовна Левьен — была родом из французской Швейцарии, из еврейской семьи. Во время гражданской войны семья очень бедствовала и в 1919 году из-за тяжёлого продовольственного положения покинула Москву и переехала в Белоруссию. Отец получил место заведующего губернским статистическим бюро в Могилеве и перевез семью в этот белорусский город. После Могилева был Гомель, затем — маленький городок Клинцы, куда Арцимовичи бежали от бедствий гражданской войны. В Клинцах материальное положение стало настолько невыносимым, что родители вынуждены были отдать сына в детский дом: там хоть как-то кормили. Юный Арцимович бежал из детского дома и некоторое время считался беспризорным.

      После окончания гражданской войны положение семьи постепенно улучшилось. Семья Арцимовичей вернулась в ставший губернским город Гомель. В 1922 году отец был приглашён на должность заведующего кафедрой статистики в только что основанном Белорусском государственном университете. В Минске Лев окончил девятилетку. В 1924 году Арцимович поступил на физико-математический факультет Белорусского университета, который окончил в 1928 году.

      По окончании университета он около года провёл в Москве, работая в различных библиотеках для повышения образования. В 1929 году защитил в Белорусском университете дипломную работу «Теория характеристических рентгеновских спектров», что дало ему право на получение диплома вместо простого свидетельства об окончании университета.

    Вскоре после защиты диплома Арцимович переехал в Ленинград и в 1930 году поступил на работу в Ленинградский физико-технический институт (ЛФТИ) на должность сверхштатного препаратора. Молодой препаратор совсем не умел ставить эксперименты. Старшим товарищам пришлось долго его учить элементарным навыкам, необходимым физику-исследователю.

Научную работу он начал в рентгенографическом отделе ЛФТИ, но через полгода перешёл в отдел электронных явлений и рентгеновских лучей, руководимый П. И. Лукирским.

     Совместно с А. И. Алихановым Арцимович выполнил ряд исследований по физике рентгеновских лучей, из которых наиболее интересным было экспериментальное исследование отражения рентгеновских лучей от тонких слоёв металлов под очень малыми углами.

      В 1933 году в ЛФТИ начали развиваться исследования по физике атомного ядра, и Арцимович одним из первых переключился на новое направление.

      В брака с Марией Николаевной Флёровой у них было две дочери, Людмила и Ольга. В браке с Нелли Георгиевной, иммунологом, доктором медицинских наук, родился сын Вадим.

     Племянница Арцимовича Ольга Владимировна Арцимович была второй женой Булата Окуджавы.

Исследуя процессы взаимодействия быстрых электронов с веществом, Арцимович получил данные о зависимости интенсивности тормозного излучения и полных потерь энергии от энергии быстрых электронов, которые подтвердили выводы и предсказания квантовой теории, что в то время имело принципиальное значение. В 1935 году совместно с И. В. Курчатовым он доказал захват нейтрона протоном. Совместно с А. И. Алихановым и А. И. Алиханьяном доказал сохранение импульса при аннигиляции электрона и позитрона (1936). Вместе с Курчатовым исследовал закономерности поглощения медленных нейтронов ядрами различных веществ (1934—1941).

      Во время Великой Отечественной войны вместе с ЛФТИ был эвакуирован в Казань, где занимался оборонной тематикой. Проводил теоретические исследования в области электронной оптики и по теории излучения в бетатроне, занимался разработкой электронно-оптических систем ночного видения в инфракрасной области спектра.

     В 1944 году по предложению И.В.Курчатова он перешёл на работу в Лабораторию измерительных приборов АН СССР (ЛИПАН, преобразована в 1955 году в Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова) начальником научного отдела, где работал до последних дней своей жизни. Он возглавляет работы по электро¬магнитному разделению изотопов урана. От токов, имевшихся тогда в лабораторных масс-спектрометрах (порядка 10-10 ампера), нужно было перейти к токам порядка ампера, от капризных прецизионных приборов — к надежным аппаратам. Благодаря разработкам Л.А. Арцимовича хрупкий лабораторный масс-спектрограф со временем превратился в мощную промышленную установку. Под его руководством были изготовлены опытно-промышленные разделительные установки и в рекордно короткий срок (менее пяти лет) на Северном Урале введен в строй специализированный комбинат «Свердловск-45» (Комбинат «Электрохимприбор»).

           С 1951 года в кабинете И.В. Курчатова регулярно, раз в неделю, проходили семинары, на которых рассматривалась во¬возможность мирного «приручения» водородного оружия. Ведущая роль на этих семинарах всегда принадлежала Л.А. Арцимовичу, который с самого начала обсуждений возлагал главные надежды на использование тока в плазме не только для ее нагревания, но и с целью возможности длительного удержания магнитным полем этого тока.

       Новой науч¬ной зада¬чей в пути выдающегося физика стало изучение процесса термоядерной реакции. По предложению И.В. Курчатова И.В. Сталин в 1950-м году назначил Л.А. Арцимовича руководителем экспериментальных исследований по управляемому термоядерному синтезу.

        Под руководством Арцимовича впервые в СССР разработан электромагнитный метод разделения изотопов. Благодаря, в том числе, и этим установкам Советскому Союзу удалось первому взорвать в 1953 году термоядерную бомбу, опередив США. В 1953 году эта работа была удостоена Сталинской премии 1-й степени СССР.

       С 1946 года он — профессор кафедры прикладной ядерной физики МИФИ, член-корреспондент АН СССР .

      В 1952 году он открыл нейтронное излучение высокотемпературной плазмы (работа получила Ленинскую премию в 1958 году). При исследовании высокотемпературной плазмы установлено неизвестное ранее явление, заключающееся в том, что в плазме, образованной при прохождении мощных импульсов тока через дейтерий, возникает нейтронное излучение интенсивностью около 108 нейтронов на разряд. Это излучение обусловлено появлением в плазме группы неравновесных быстрых частиц (дейтронов). Это достижение было признано как научное открытие.

       В конце 1955 года Л.А. Арцимовичем, С.Ю. Лукьяновым, И.М. Подгорным и С.А. Чуватиным был разработан электро¬динамический ускоритель плазмы, дающий сгустки плазмы со скоростью 200 км/с. Эта работа явилась началом нового направления в физике плазмы. Плазменные ускорители стали применяться для наполнения плазмой магнитных ловушек, использоваться в качестве вспомогательных движков на космических аппаратах и для обработки поверхностей металлов.

В 1956 году Арцимович установил не термоядерную природу нейтронов, излучаемых в потоках быстрых заряженных частиц в газоразрядной плазме.

    В 1956 году Н.С. Хрущев разрешил рассекретить работы по быстрым процессам и предложил И.В. Курчатову доложить о них в ходе поездки в Англию. Текст доклада был написан Л.А. Арцимовичем. Доклад произвел ошеломляющее впечатление на мировую общественность. О нем сообщали радиостанции на различных языках.

          Последние годы жизни учёный руководил работами по исследованию высокотемпературной плазмы на термоядерных установках «Токамак» (сокращённое от "тороидальная камера с магнитным полем"), шаг за шагом преодолевая трудности, создаваемые природой на пути к решению грандиозной проблемы. Тогда учёным казалось, что вот-вот у них в руках окажется неисчерпаемый источник энергии — управляемый термоядерный синтез.

     Его первый в мире плазменный ускоритель выдвигался на Нобелевскую премию, но СССР из соображений секретности отказался от изобретения и Лев Арцимович своей заслуженной награды так и не получил.

      Арцимович понимал, что успеху проекта может помочь развитие астрофизики, так как горя¬чую плазму необходимо изучать не только в лаборатории, но и на звёздах и Солнце. Он активно поддерживал строительство новых астрономических инструментов и потратил немало сил, чтобы на Кавказе была построена Специальная астрономическая обсерватория с гигантским телескопом.

Работа на термоядерных установках «Токамак», завершилась получением физической термоядерной реакции. В частности, на установке «Токамак-4» были зарегистрированы первые термоядерные нейтроны (1968). Цикл работ по получению и исследованию высокотемпературной плазмы в «Токамаках» был удостоен Государственной премии СССР (1971).

     Результаты, полученные в термоядерных лабораториях, помогли понять физику солнечной и межпланетной плазмы, природу солнечных вспышек и гигантских плазменных выбросов из Солнца, вызывающих магнитные бури.

     В 1955 году Арцимович подписал «Письмо трёхсот» (против Лысенко), в 1966 году – письмо 25-ти деятелей культуры и науки генеральному секретарю ЦК КПСС Л. И. Брежневу против реабилитации Сталина.

    Научные заслуги Л.А. Арцимовича высоко оценены научной общественностью и руководством страны. Он – Герой Социалистического Труда, награждён 4 орденами Ленина, 2 орденами Трудового Красного Знамени, ему присуждены Ленинская премия, Сталинская премия первой степени, Государственная премия СССР.

     Его звания: Академик АН СССР, Академик-секретарь Отделения общей физики и астрономии АН СССР, член Президиума АН СССР, член Американской академии искусств и наук, почётный член Чехословацкой, Шведской, Югославской Академии Наук, почетный доктор наук Загребского (Югославия), Варшавского университетов.

      Большой вклад внес Л.А. Арцимович в образование. В 1953—1973 гг. Арцимович — профессор МГУ. В 1955 году Л.А. Арцимовича приглашают организовать кафедру атомной физики на физфаке МГУ. В течение многих лет он читает курсы атом¬ной физики и физики плазмы. Им написан целый ряд учебных пособий: «Управляемые термоядерные реакции», «Замкнутые плазменные конфигуации», «Элементарная физика плазмы», «Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях», «Что каждый физик должен знать о плазме» и др.

Л.А. Арцимович поручил И.М. Подгорному создать при кафедре лабораторию термоядерного синтеза. Такой лаборатории тогда не существовало ни в одном университете мира. Работавшие в этой лаборатории студенты и аспиранты затем стали крупными руководителями науки в Польше, Чехословакии, США и в других странах. Это был первый опыт международного сотрудничества в области термоядерного синтеза.

       Арцимович в 1963—1973 гг. был заместителем председателя Советского Пагуошского комитета и возглавлял Национальный комитет советских физиков. С 1957 года — академик-секретарь Отделения общей физики и астрономии АН СССР.

        Л.А.Арцимович умер 1 марта 1973 года в Москве. Похоронен на Новодевичьем кладбище Москвы.

    Его именем названы: кратер на Луне, теплоход «Академик Арцимович» (Франция), улица в Москве, стипендия студентам-отличникам физических факультетов МГУ и МИФИ.

    В 2015году Арцимовичу установлен памятник в городе Лесном Свердловской области на площади перед Технологическим институтом (МИФИ-3).

Однажды он сказал:

• Наука — лучший способ удовлетворения личного любопытства за государственный счёт.

• Будущее принадлежит астрофизике.

• Для ясного понимания проблемы не следует надевать на тощий скелет экспериментальных фактов слишком сложные математические одеяния.

• Золотое яблоко успеха появляется часто на самой незаметной веточке могучего дерева науки.

• Учёные, начинающие работу в области термоядерного синтеза и встречающиеся с неустойчивостью плазмы, находятся примерно в том же положении, как человек, который пытается в первый раз прокатиться на одноколёсном велосипеде, хотя он до этого и обычного велосипеда не видел.

• Вряд ли есть какие-либо сомнения в том, что в конечном счёте проблема управляемого синтеза будет решена. Природа может расположить на пути решения этой проблемы лишь ограниченное число трудностей, и после того, как человеку, благодаря непрерывному проявлению творческой активности, удастся их преодолеть, она уже не в состоянии будет изобрести новые.

• Физика плазмы ведёт к решению важнейших технических задач будущего, поэтому она имеет право на благосклонное отношение со стороны руководителей атомной техники нашего времени.

• Надежда на быстрое решение проблемы УТС — то же, что надежда грешника попасть в рай, минуя чистилище.

• Проблема термоядерного синтеза как бы специально создана для того, чтобы стать предметом тесного сотрудничества учёных и инженеров различных стран.

• Термоядерная энергетика появится тогда, когда она станет действительно необходима человечеству.

• Самое важное для гения – это вовремя родиться.

• Экспериментатор должен относиться к теории как к хорошенькой женщине: с благодарностью принимать то, что она ему даёт, но не доверять ей безрассудно.

• В России есть две структуры, которые нельзя реформировать. Это церковь и Академия наук.

• Физика сегодняшнего дня — это техника завтрашнего дня.

• Исследование структуры, происхождения и эволюции звезд и галактик представляется грандиозной и увлекательной проблемой. Было бы крайне самонадеянно предполагать, что короткая история прогресса физических идей снабдила нас всеми необходимыми ключами к раскрытию закономерностей, управляющих процессами развития в космосе. Поэтому именно здесь следует искать новые законы физики.

• Некоторые наши институты можно сравнить с государствами эпохи раннего феодализма, состоящими из отдельных мелкопоместных наделов — лабораторий. В такой лаборатории ее заведующему и всем сотрудникам живется очень уютно. Каждый обрабатывает свой научный огород. В таких условиях сделать крупные открытия так же трудно, как купить, скажем, лампу Алладина или волшебную палочку в Мосторге.

• Как показывает знакомство с историей науки, в большинстве случаев ученые — люди высокого нравственного уровня, хотя бывают и исключения; но в целом таких исключений в науке меньше, чем где-нибудь еще.

• Нет ничего хуже сомнительной теории, подтвержденной сомнительными экспериментальными данными.

Рассказывают, что:

• В лаборатории Московского механического института стали барахлить счетчики Гейгера — при приложении напряжения в них происходил самопроизвольный разряд. Счетчики заполнялись парами 96 % этилового спирта. Л. А. Арцимович внимательно осмотрел устройства, велел позвать изготовлявшего их стеклодува и сказал ему при всех: «Если вы ещё будете разбавлять спирт в установке, я порекомендую вашему начальству выгнать вас с работы.» Счетчики стали вновь работать… (Воспоминания Б. В. Литвинова)

• Ученик Арцимовича кадемик РАН Евгений Велихов, ставший после смерти своего учителя руководителем исследований в области управляемого термоядерного синтеза, ныне директор Российского научного центра «Курчатовский институт», рассказал о том, что у Л.А. была высокая требовательность к тщательности, достоверности экспериментальной и теоретической работы. «Ум у Льва Андреевича был очень критическим… Его профессиональная требовательность приводила к тому, что он не позволял уму лениться. Он всегда был активен, всегда докапывался до сути дела». Евгений Петрович отметил, что Арцимович с интересом воспринимал все научные идеи, в отличие от многих его коллег.

• Академик В. Е.Фортов рассказывал, что ему посчастливилось наблюдать за тем, как работал Арцимович. В частности, ему вспомнился такой эпизод: к одному проекту Лев Андреевич относился доброжелательно, но с долей скептицизма и юмора, как-то раз процитировав Даниэля Дефо «пойдем путешествовать, может быть, золота не найдем, но что-то интересное получим». И интуиция Арцимовича не подвела, исследования по этой тематике были закрыты и в СССР, и в США, но определенные результаты были получены.

• Арцимович не терпел многословия. Максимальное время для докладов на засе¬даниях бюро отделения не превышало 20 минут, и если докладчик зло-употреблял вниманием собравшихся, Лев Андреевич с помощью шутливой реплики старался помочь ему побыстрее «закруглиться». В этом случае он мог с усмешкой заметить: «Раньше мы завершали заседание за три часа, но наука движется вперед...» Когда же один из докладчиков попытался оправдаться: «Я отчитываюсь за восемь лет», — Арцимович тут же пари-ровал: «Но это не увеличивает ваш регламент».

• Когда поступило предложение выпустить «Лазерную энциклопедию», Арцимович, академик-секретарь отделения, сказал, что он не уверен в необходи¬мости её издания: «Квантовая электроника быстро развивается, и издавать сейчас такую энциклопедию — это все равно, что начать издавать историю второй мировой войны в 1943 году».

• Арцимович скептически относился к тем ученым, в характеристиках которых указывалось, что они имеют 200, 300, а то и 500 научных работ: «За десять, лет активной работы (а наиболее плодотворным для ученого он считал воз¬раст от 30 до 40 лет. — В. Н.) это получается по 50 статей в год, то есть каждую неделю по статье. Мыслимо ли это?» Число его собственных науч¬ных работ не превышало сорока. Как-то он сказал: «Я никогда не подпи-сываю работ, в которых не участвую». Ему бы следовало добавить: «и ко-торые не пишу», потому что «заготовки» статей, поступившие на его письменный стол от сотрудников, Лев Андреевич обычно полностью пере-делывал, добиваясь поразительной четкости и краткости.

• Много внимания уделял академик-секретарь и работе физических и астрономических журналов. Лучшими журналами в мире он считал «Письма в ЖЭТФ» и «Physical Review Letters». Толстые журналы, как и толстые книги, он недолюбливал: «В наш бурный век читаемость снижает¬ся. Все просматривают «Письма в ЖЭТФ», но мало кто читает ЖЭТФ. Не¬известно, для кого больше существуют журналы — для авторов или для читателей?»

• В конце 1969 г. из Отделения физиологии АН СССР обратились к Л. А. Арцимовичу с просьбой ответить на несколько вопросов относи¬тельно режима умственной работы.

1. Какие, с Вашей точки зрения, условия являются максимально способствующими проявлению человеком его интеллектуальных, творческих возможностей?

Ответ: Возраст от 30 до 40 лет.

2. Существуют ли общие принципы организации умственной деятельности или все дело в индивидуальных особенностях человека?

Ответ: Пока никаких общих принципов не установил. Естественные ограничения имеются.

3. Какой режим труда и отдыха Вы считаете оптимальным для себя?

Ответ: Работать не до предельной усталости — 8 часов в день.

4, Какие факторы особо благоприятствуют Вашей работе и делают ее максималь¬но продуктивной?

Ответ: Если получаются интересные результаты. Если погода не плохая и солнце светит.

5. Что служит помехой Вашей работе, снижает ее продуктивность?

Ответ: Телефонные звонки и отсутствие организованности, характерное для на¬шей жизни (по несколько раз нужно объяснять одно и то же и следить, чтобы ничего вашими сотрудниками не было забыто). Легкое отношение к времени научного работ¬ника со стороны всех организаций.

6. Как Вы боретесь с переутомлением?

Ответ: Засыпаю.

• Рассказывают, что однажды во время обеда Арцимовичу позвонил президент Академии наук М.В.Келдыш и попросил дать текст предстоящего доклада о перспективах развития астрофизики. Арцимович ответил, что будет докладывать, как всегда, без заранее написанного текста. Через полчаса вновь раздался звонок президента, который сказал, что всё-таки хочет знать, о чём будет говорить Лев Андреевич, касаясь перспектив развития астрономии, и настаивает на своём требовании. Тогда произошло непредвиденное. Арцимович сказал: «Если это вас так интересует, то купите бутылку коньяка и приезжайте ко мне». Доподлинно известно, что встреча состоялась.