Крупный ученый-физик, общественный деятель, человек, без малого 30 лет возглавлявший Институт атомной энергии им. И.В.Курчатова и более 10 лет Академию наук СССР, – таким вошел в отечественную историю ХХ в. Анатолий Петрович Александров. Однако, несмотря на то, что в течение многих лет, по крайней мере во второй половине своей долгой жизни, академик Александров был по причине своего общественного положения известен поистине всенародно, его собственно научную работу могли оценить надлежащим образом лишь специалисты. Нужно также учесть, что многое из того, чем ему приходилось заниматься в течение десятилетий, относилось к закрытой тематике и огласке не подлежало. Тем важнее сегодня, отмечая столетие со дня рождения ученого, с благодарностью вспомнить сделанное им в физической науке. И о том, в каких условиях суждено было ему работать и жить, тоже следует вспомнить, ибо долгая жизнь А.П.Александрова была теснейшим образом переплетена с историческими реалиями жизни нашей страны во всей их неоднозначности, противоречивости и драматизме.
А.П.Александров родился 13 февраля 1903 г. на Украине, в небольшом городке Тараще Киевской губернии. Отец, Петр Павлович, в первые годы ХХ в. был надворным советником, мировым судьей Таращанского суда. Мать, Элла Эдуардовна, в девичестве Классон, была дочерью фармацевта, выходца из Швеции, и гувернантки, уроженки Дрездена. Старший брат Эллы Эдуардовны, Роберт Эдуардович, крестный отец Анатолия, позже стал крупным инженером-энергетиком, одним из авторов плана ГОЭЛРО. В начале 1906 г., когда Анатолию было три года, Элла Эдуардовна умерла, оставив мужа с тремя детьми на руках.
Детские годы Толи Александрова прошли в Киеве, где овдовевший отец служил в окружном суде. В 1910 г. отец определил мальчика в приготовительный класс 1-го Киевского реального училища, в котором к тому времени уже учился старший брат. Учился Анатолий неровно, примерным учеником отнюдь не был, а что касается интереса к физике, то он проявился у мальчика при следующих обстоятельствах. При 1-й Киевской гимназии действовал среднешкольный физико-химический кружок, к работе этого кружка привлекались не только гимназисты, но и ученики других киевских учебных заведений, в их числе оказался и Анатолий. Позже А.П.Александров вспоминал: «Мы не только готовили школьные опыты, но и делали всякие приборы, электрометр, я помню, мы делали. Я не помню, когда я начинал там, мне было лет 13, наверное. И вот помню, тогда я в этом кружке делал очень большой доклад по рентгеновым лучам и о том, что можно с их помощью получать, и как они сами получаются, и всякие конструкции трубок показывал»*.
Училище было окончено в 1919 г., в разгар гражданской войны. И однажды, возвращаясь в Киев с дачи, на железнодорожной станции Фастове Анатолий встретил своего соседа по киевской квартире, офицера, который убедил его не возвращаться домой, а проявить патриотизм и вступить в ряды Белой гвардии. В ее рядах будущий лауреат Ленинской премии и трижды Герой Cоциалистического Труда сражался до конца 1920 г., был награжден тремя Георгиевскими крестами, дошел до Крыма, был очевидцем бегства врангелевцев, попал в облаву и лишь чудом избежал расстрела – допрашивавшая его в ЧК девица-комиссар в кожанке, увидев перед собой красивого рослого семнадцатилетнего юношу, молча указала ему на потайной выход из комнаты...
После разгрома белогвардейцев в Крыму Анатолий Александров снова оказался в Киеве. Тяжело переболев сыпным тифом, он уехал к своему брату, преподававшему в местечке под названием Марьяновка**, где также начал преподавать. Года через полтора Анатолий Петрович вернулся в Киев, где в 1924 г. поступил в университет. А чуть раньше он начал работать в 79-й киевской школе – сначала лаборантом, а потом учителем физики и химии.
Уже к середине 20-х гг. Александров стал одним из самых известных киевских школьных учителей физики, создал физический кабинет, где проводил открытые уроки для учителей города. При кабинете действовал школьный физико-химический кружок, участники которого не только оснащали кабинет самодельными физическими приборами, но и знакомились на теоретических занятиях с новейшими достижениями современной физики, и даже пытались (порой, правда, в несколько наивной форме) установить личные контакты с крупнейшими физиками-современниками.
Из воспоминаний П.Л.Капицы: «Как-то Резерфорд позвал меня к себе в кабинет, и я застал его читающим письмо и грохочущим своим открытым и заразительным смехом. Оказывается, письмо было от учеников какой-то украинской средней школы. Они сообщали Резерфорду, что организовали физический кружок и собираются продолжить его фундаментальные работы по изучению ядра атома, просят его стать почетным членом и прислать оттиски его научных трудов. При описании достижений Резерфорда и его открытий, сделанных в области ядерной физики, вместо физического термина они воспользовались физиологическим. Таким образом, структура атома в описании учеников получила свойства живого организма, что и вызвало смех Резерфорда. Я объяснил Резерфорду, как могло произойти это искажение. По-видимому, школьники сами делали перевод письма, а в русском языке в отличие от английского слово “ядро” имеет два смысла. Резерфорд сказал, что он так и предполагал, и ответил ребятам письмом, в котором благодарит за высокую честь избрания и посылает оттиски своих работ».
Свои воспоминания о Резерфорде П.Л.Капица писал в 1966 г., спустя 40 лет после описанных событий. Вряд ли он знал, что руководителем школьного киевского физического кружка был человек, ставший впоследствии академиком-физиком. Более того, человек, сменивший его почти на 10 лет на посту директора Института физических проблем в годы сталинской опалы.
С середины 20-х гг., преподавая физику в школе и обучаясь в университете, А.П.Александров начал заниматься научной работой в рентгено-физическом отделе Киевского рентгеновского института, где исследовал свойства и особенности диффузного объемного заряда в диэлектрике. На эту первую работу Александрова обратим особое внимание: уже здесь отрабатывалась методика проведения эксперимента по изучению свойств диэлектриков, и через несколько лет в Ленинградском физико-техническом институте приобретенный им опыт экспериментатора проявится в полную силу. В том же 1930 г. возглавлявший ЛФТИ А.И.Иоффе прислал в Киев для ознакомления с работами Рентгеновского института сначала Я.И.Френкеля, а затем И.В.Курчатова, после чего группа, в которой работал Александров, была приглашена в Одессу на Всесоюзный съезд физиков. Там, в Одессе, в августе 1930 г. Александров и его коллеги были представлены Иоффе, рассказали ему о своих исследованиях, после чего и последовало приглашение в ленинградский Физтех. Так начался новый, ленинградский период жизни и научной деятельности А.П.Александрова, продолжавшийся до 1946 г., в течение которого им были проведены исследования широкого круга физических проблем.
1. Тонкослойная изоляция диэлектриков. В конце 20-х гг. А.Ф.Иоффе, И.В.Курчатов и К.Д.Синельников проводили исследования электрического пробоя твердых диэлектриков. Ими было установлено, что механизм такого пробоя является лавинным, когда энергия частицы, создающей под действием электрического поля ток в диэлектрике, растет при ее движении и становится достаточной для «срыва» следующей частицы. Это значило, что при малой толщине диэлектрика такая частица разогнаться до «энергии срыва» другой частицы не может, а потому не может произойти пробой тонкого слоя диэлектрика. На такую изоляцию возлагались большие надежды. Казалось, например, что в перспективе можно будет изготавливать конденсаторы с тонкими диэлектрическими прокладками, накапливающие большую энергию. Исследования в этой области и были поручены А.П.Александрову вскоре после его перехода в ЛФТИ. Впоследствии он вспоминал: «Я хорошо подготовил методическую сторону работы и бился буквально с утра до ночи, чтобы на новых тогда полимерных материалах воспроизвести электрическую прочность тонких слоев, которую наблюдали Иоффе, Курчатов, Синельников, Б.М.Гохберг и др. на стеклах и слюде. У меня ничего не выходило. Часто я приглашал Иоффе, Курчатова и других и просил раскритиковать мою методику. Однако все считали, что все, что я делал, правильно, и значит, в этих пленках какой-то другой механизм пробоя. Тогда я решил воспроизвести их старые опыты и опять же не обнаружил эффекта упрочнения.
Игорь принес мне стекла, на которых он работал, но и тут я ничего не получил. Тогда я полностью воспроизвел и их старую методику измерений. Эффект появился, но оказалось, что он был результатом погрешности старой методики! У меня было тяжелейшее положение – мне, мальчишке, опровергнуть результаты Иоффе и его ближайших сотрудников! И вот тут я убедился в поразительной принципиальности настоящих ученых. Курчатов долго сидел в моей лаборатории и измерял вместе со мной. До часу ночи просидел Иоффе, и в результате совместно с ним была опубликована моя работа, в которой исправлялась ошибка его и его школы».
Работы А.П.Александрова по диэлектрическому пробою стали основой его кандидатской диссертации. Что же касается «тонкослойной изоляции», то с надеждами на ее осуществление было покончено.
2. Механические свойства твердых тел.
Отправной точкой исследований, которые
проводились в начале 30-х гг. ХХ в. в ЛФТИ
А.П.Александровым и его коллегами в данной
области, было резкое несоответствие в научной
литературе того времени теоретических и опытных
значений пределов прочности ряда материалов:
первые в сотни раз превышали вторые. Иными
словами, реально разрушение образца при внешнем
воздействии происходило гораздо раньше, чем
предсказывала теория. Отчасти ситуацию
прояснили опыты А.Ф.Иоффе тех лет, из которых
стало ясно, что в данном случае не последнюю роль
играют различные поверхностные дефекты,
например микротрещины, и при их устранении
прочность существенно возрастает. Так, при
погружении кристалла каменной соли в горячую
воду, которая быстро растворяла кристалл с
поверхности, ликвидируя микротрещины, прочность
кристалла возрастала в десятки раз.
Ликвидировать
микротрещины на поверхности исследуемого
образца
можно было, покрывая его очень тонким слоем
жидкости (водой, маслом, спиртом), при этом
прочность образца также возрастала в несколько
раз.
Эти и многие другие опытные факты были обобщены и объяснены в 1935 г. А.П.Александровым совместно с С.Н.Журковым и П.П.Кобеко в статистической теории прочности, где предполагалось, что хрупкая прочность является случайной величиной, и вводилась статистическая модель хрупкого разрушения, учитывавшая наличие в материале случайных структурных дефектов и локальность разрушения. Теория получила особую значимость после того, как была распространена на случаи повреждений, возникающих при воздействии на конструкции переменных и вибрационных нагрузок: впервые явление механической усталости удалось интерпретировать с вероятностных позиций.
3. Физика полимеров. В 1983 г. А.П.Александрову была присуждена премия Академии наук СССР за фундаментальные исследования физики полимеров. Что именно было сделано ученым в этой области?
Интенсивное исследование свойств полимеров началось лишь в 30-е гг. ХХ в., после того, как были получены некоторые искусственные полимеры: синтетический каучук, нейлон, полистирол, полиметилметакрилат (органическое стекло), молекулы которых имеют более простое строение по сравнению с полимерами естественными и длиной молекул которых можно управлять, – в этом смысле они достаточно удобны для изучения. Отметим также, что в предвоенные годы стали просматриваться широкие перспективы практического использования искусственных полимеров.
А.П.Александров и его коллеги экспериментально установили, что барьер межмолекулярного взаимодействия полимерных молекул определяется «боковыми» атомами этих молекул и, регулируя этот барьер, можно менять свойства полимеров в целом. Если, например, вводить в полимер небольшие органические молекулы, уменьшающие межмолекулярное сцепление, то указанный барьер снижается, причем уменьшается и время релаксации. В таком случае полимер сохраняет свою эластичность при низких температурах. Этим способом устранялась хрупкость на морозе синтетического каучука, используемого для шин самолетных шасси. Наоборот, во избежание размягчения полимера при нагревании в него нужно вводить такие молекулярные добавки, которые усиливали бы сцепление полимерных молекул. Отметим, что А.П.Александров был первым ученым, установившим конкретные виды влияния механической силы на скачкообразную подвижность молекул полимеров. Сделано это было на основе максвелловского положения о влиянии внешнего напряжения на время релаксации системы.
4. Противоминная защита кораблей. Над этой тематикой А.П.Александров и руководимая им группа сотрудников ЛФТИ начала работать еще в 1936 г. по запросу высшего военного руководства страны. Основания предполагать, что в ходе предстоящей войны для уничтожения флота противник будет использовать помимо торпед донные магнитные мины, были: подобные мины еще во время гражданской войны применялись англичанами на Северной Двине против советской Беломорской флотилии. В главном принцип действия магнитной мины таков. Известно, что стрелка компаса реагирует на поднесенный к ней кусок железа, отклоняясь от своего начального направления. Если же такую стрелку поместить внутрь мины, лежащей на дне, то, отклонившись под воздействием магнитного поля, создаваемого железным корпусом корабля, она замкнет контакт взрывателя. Задача, таким образом, сводилась к размагничиванию корпуса корабля. На уровне идеи предполагалось осуществить компенсацию магнитного поля корабля закреплением на его корпусе специальных обмоток, через которые пропускался постоянный ток и магнитное поле которого гасило бы магнитное поле корабля (см. рис.). Сами по себе магнитные поля кораблей к тому времени были изучены достаточно хорошо, поскольку на любом корабле нужно устранять девиацию компаса, обусловленную искажением магнитного поля Земли корпусом корабля. В частности, еще в начале ХХ в. этим занимался выдающийся русский кораблестроитель академик А.Н.Крылов.
Поначалу А.П.Александров и его коллеги этого не знали и проработали данный вопрос самостоятельно. После лабораторных экспериментов начались опыты на реальных кораблях. Были изготовлены магнитометры, с помощью которых можно было измерять индукцию магнитного поля, – плоские катушки, которые поворачивались на 180° специальным механизмом. С помощью таких магнитометров в 1937 г. на эсминцах «Яков Свердлов», «Артем» и на лидере «Ленин-град» были проведены измерения магнитных полей и опыты по их компенсации. Итоги были обнадеживающими. Затем, весной 1938 г., на один из кораблей была наложена временная размагничивающая обмотка и подобран оптимальный ток. Корабль сделал серию проходов с выключенной и включенной обмоткой над установленными на разных глубинах неконтактными магнитными минами (разумеется, с предварительно удаленными из них запалами), и оказалось, что механизмы их взрывателей срабатывали при обесточенной обмотке и не срабатывали при пропускании по ней соответствующего тока. В октябре того же года было проведено размагничивание линкора «Марат». Так к началу Великой Отечественной войны была решена задача по защите кораблей от магнитных мин противника. В результате во время войны на магнитных минах не подорвался ни один из наших кораблей, размагниченных по методу, предложенному в ЛФТИ.
Принцип обмоточного размагничивания кораблей: 1 – кабель размагничивающего устройства; 2 – магнитное поле корабля; 3 – магнитное поле обмотки с током; 4 – результирующее магнитное поле; 5 – допустимый предел результирующего магнитного поля, не оказывающего влияния на магнитный взрыватель мины
5. Директор Института физических проблем. Руководить этим институтом Александрову пришлось в течение первого послевоенного десятилетия, когда от ИФП был отлучен П.Л.Капица. В частности, в то время были проведены исследования по получению дейтерия, образующего в соединении с кислородом «тяжелую воду», используемую в ядерных реакторах в качестве замедлителя нейтронов и в водородной бомбе в качестве ядерного горючего.
Задача получения дейтерия была решена в несколько этапов: сначала – лабораторные исследования, потом – полупроизводственная установка, затем – ректификационные колонны нового типа, построенные на ленинградском заводе «Красный выборжец», и, наконец, в начале 50-х гг. ХХ в. – первый в СССР завод по промышленному получению дейтерия, проект которого был разработан во взаимодействии с Государственным институтом азотной промышленности. Об итогах же проделанной работы А.П.Александров вспоминал следующее: «Уже после того, как опять Капица был назначен директором института <...> возник вопрос о присуждении государственной премии по этому делу. И мне позвонил Капица в институт <...> и говорит: “Вот так и так, Анатолий Петрович (а это первый мой с ним был разговор) ... собираются эту работу выдвигать на премию. И, значит... вас и меня в том числе”. Я говорю: “Знаете, Петр Леонидович, в этой работе, хотя мне пришлось много над этим делом потрудиться, но идея была не моя, моя была только организационная деятельность в этом, я не считаю, что я должен участвовать в этой премии. <...> Идея была ваша. А с моей стороны я только содействовал исполнению этой работы. Так что я отказываюсь от того, чтобы принимать в этом деле участие”. ...Капица... после того как я отказался... тоже отказался. И с тех пор у меня установились с ним приличные отношения».
6. Развитие отечественной атомной энергетики.
Во-первых, именно усилиями Александрова и его
коллег удалось решить задачу получения из урана
плутония в масштабах, необходимых для решения
вполне конкретных задач оборонного плана. В то
время, о котором идет речь, плутоний в ничтожных
количествах получали в СССР на ускорителях,
однако нескольких тысяч атомов было совершенно
недостаточно для изготовления реальной атомной
бомбы. И после того, как в июне 1948 г. в нашей стране
был пущен первый промышленный реактор (его
разработка осуществлялась под руководством
И.В.Курчатова и
Н.А.Доллежаля), руководимый А.П.Александровым
коллектив разработал проект реактора гораздо
большей мощности, после чего было решено
построить серию таких реакторов.
Реакторы, которые были построены под руководством А.П.Александрова, давали в год порядка 120 кг плутония – количество, вполне достаточное для изготовления двух десятков атомных бомб, равных той, что была взорвана в августе 1945 г. в Хиросиме.
Что касается использования атомной энергии в мирных целях, то данной проблематикой А.П.Александров также стал заниматься в первые послевоенные годы. В 1954 г. в СССР была введена в действие первая в мире АЭС (руководитель проекта – Д.И.Блохинцев), где эксплуатировался уран-графитовый реактор. Теплоносителем была дистиллированная вода под давлением 100 атм. Однако уже к этому времени под руководством А.П.Александрова был разработан альтернативный проект реактора, также уран-графитового, но с использованием в качестве теплоносителя гелия.
Под руководством А.П.Александрова в СССР было построено несколько поколений промышленных реакторов. Так, реакторы второго поколения уже в проектном варианте превышали первый промышленный реактор по мощности примерно в семь раз. А в результате усовершенствований в период эксплуатации, в результате применения более высокотемпературных материалов, улучшенной структуры урановых блоков, более совершенной системы управления и т.д., их мощность против проектной была поднята по крайней мере в четыре раза, что привело к громадной экономии государственных средств.
Судьба Анатолия Петровича сложилась так, что президентом Академии наук СССР он стал в 1975 г., сменив на этом посту М.В.Келдыша. В это время Александрову было уже 72 года. Оставил же он этот пост в 1986 г., в возрасте 83 лет, после Чернобыльской катастрофы, ставшей для ученого личной трагедией.
И сейчас невольно приходится поражаться тому, какие выдерживал нагрузки, какой объем работы осуществлял в течение одиннадцати лет руководства Академией наук этот уже немолодой человек. Особая доброжелательность Александрова, его удивительная память о проведенных переговорах и принятых на себя обязательствах, четкость и последовательность их выполнения, оказание помощи начуным коллективам способствовали быстрому развитию в нашей стране целого ряда новых научных направлений.
А.П.Александров скончался в начале 1994 г.
* * *
И сегодня, вступив в новый век, живя в нынешней
России, неизбежно анализируя наше прошлое, в том
числе совсем недавнее, представляется крайне
важным вспомнить добрым словом тех, кто на своих
плечах вынес нелегкий груз жизненных реалий
завершившегося века. Вынес достойно и
мужественно, оставив о себе благодарную память, и
помог нам по мере отпущенных ему сил понять и
улучшить мир, в котором мы живем.
В числе этих людей был и славный ученый –
гражданин нашего Отечества Анатолий Петрович
Александров.
*П.А.Александров. Академик А.П.Александров. Прямая речь. М.: Наука, 2002, с. 17–18. Использованы магнитофонные записи воспоминаний А.П.Александрова 1978 и 1985 гг.
**Позже Марьяновку прославил на всю страну его знаменитый уроженец – певец И.С.Козловский.
