Текст книги "Шелест гранаты"

4.4. Попытка исследования ионной кинетики в ударно-сжатых газах: неожиданно получился плохой МГД-генератор

Известно, что в сильных ударных волнах происходит ионизация газа, более того, там существуют свободные электроны, потому что газ нагревается и отрицательные ионы диссоциируют. Значит, если в столбе такого газа разместить электроды и приложить к ним напряжение, то сначала из столба будут «вытянуты» электроны, а потом – не исключено, что осциллограф зарегистрирует нечто подобное «треугольнику» от тока нейтрализуемого объемного заряда положительных ионов. Данные о кинетике ионов при экстремальных состояниях газа, какие можно получить в мощной ударной волне, в литературе мне не встретились (потому-то они и вызвали интерес), но я совершенно не представлял даже порядки концентраций носителей заряда. В справочнике подробно описывались газодинамические параметры ударных волн в различных газах (скорость, плотность, давление, температура) и можно было самому рассчитать концентрацию заряженных частиц, используя уравнение Саха, но я допустил ошибку, занизив на много порядков результат. Если бы не она, возможно, не проводились бы и взрывные опыты: совсем недавно приходилось оценивать влияние пространственного заряда на дрейф ионов в трубке – там оно было пренебрежимым[74]74
  Электрические характеристики плазменного тела (плазмоида) зависят от способа его образования, но чаще всего (как и в случае ионизации ударной волной) плазмоид в целом электронейтрален – в нем поровну носителей зарядов разных знаков. Каждый из носителей, понятно, создает локальное поле, однако движутся частицы хаотически и в целом эти поля взаимно компенсируются. Как только внешнее электрическое поле придает движению носителей упорядоченный характер, из-за разделения зарядов возникает внутреннее поле, напряженность которого направлена навстречу внешнему. Если плотность пространственного заряда высока, его поле «обнуляет» внешнее уже вблизи границы плазмоида.


[Закрыть]. Те же плотности заряда, которые на самом деле существовали в мощной ударной волне, делали бессмысленными попытки полного разделения носителей разного знака, но выяснилось это позже.

На кафедре боеприпасов МВТУ старого знакомого встретили радушно, определили дни, когда можно было проводить опыты во взрывной камере, не мешая проведению лабораторных работ, на машине кафедры доставили из НИИВТ сборки, баллоны с благородными газами, а также подарки: изоляторы из особо прочной керамики, стеклянные сферы[75]75
  Стеклянные сферы использовались для модельных опытов, например для исследования обтекания преграды сферической расходящейся ударной волной. Их наддували воздухом до давления в 1–2 МПа (10–20 атм.), а затем разрушали, например ударом по впаянной в сферу металлической трубке, через которую производился наддув. Воздух, выходивший из мгновенно раскалывавшейся на мелкие осколки сферы, формировал волну идеальной формы.
  Для тех же целей служили инициируемые строго в центре небольшие заряды взрывчатого вещества, о которых речь пойдет далее.


[Закрыть].

Рис. 4.6

Слева – искровая теневая фотография взрыва стеклянной сферы. 1 – трубка для наддува сферы газом (к моменту опыта – пережатая); 2 – разбитая сфера; 3 – турбулентное течение воздуха, наполнявшего сферу; 4 – фронт ударной волны. Справа – искровая теневая фотография обтекания плоской ударной волной 1 жесткого клина 2. Видны отраженная ударная волна 3 и вихревое движение воздуха 4

…Как это обычно бывает, полученные во взрывных опытах осциллограммы токов совершенно не походили на те, которые предполагалось увидеть, и вообще – свидетельствовали о «чуде»: конденсатор довольно большой емкости не разряжался при ионизации газового промежутка, к которому он был подключен, а заряжался (рис. 4.7), причем заметно! Серию из несколько десятков опытов завершили, получив красивые, но совершенно непонятные осциллограммы. Нетривиальные результаты вызвали интерес, неоднократно опыты приходили посмотреть профессор В.Соловьев, старший научный сотрудник В. Селиванов. Отличный специалист по скоростной съемке, В. Брыков, снял взрывающиеся сборки и сходящуюся детонационную волну в заряде. Не остался в долгу и гость. Я узнал о трудностях, которые испытывали аспиранты, проводившие модельные опыты: надо было подорвать небольшой (несколько граммов) шар из взрывчатого вещества, но так, чтобы детонационная волна была сферической, то есть – инициировать взрыв точно в центре шара. Обычный детонатор для этого не подходил: им формировался форс газа, направленный по оси (рис. 4.8). Вспомнив детство, написал список веществ, которые надо было купить в ближайшей аптеке. Когда посланный студент вернулся с двумя пакетиками и склянкой, на глазах «изумленной публики» было синтезировано несколько граммов довольно мощного взрывчатого вещества. Это вещество детонировало даже от слабой искры, поэтому с помощью простейшего разрядника, сделанного из тонкой керамической трубочки, обрезка провода и куска фольги, можно было добиться именно того, что требовалось – точечного инициирования. Последней проблемой было изготовление шара из полученного порошка, но и ее решили: взрывчатку смочили бензином, в котором была растворена жевательная резинка. Через некоторое время бензин испарился и осталась клейкая взрывчатая масса, способная принимать любую форму.

Рис. 4.7

Верхний ряд: схема сборки для измерения скоростей дрейфа ионов в ударно-сжатом газе и осциллограмма тока через столб ударно сжатого газа; стрелкой показан ток зарядки, тогда как конденсатор, при ионизации газа и приобретении им проводимости, должен разряжаться. Внизу: взрывающаяся сборка

Компетентных специалистов по электродинамике взрывных явлений не было не только в МВТУ, но и в НИИВТ, так что обсудить возникновение «обратного тока» во взрывной сборке было не с кем. Я стал искать соответствующих специалистов по публикациям и выбрал теоретиков И. Якубова и В. Воробьева, работавших в Институте высоких температур. Ими ошибка в расчетах концентрации носителей заряда была обнаружена и определена причина зарядки конденсатора: магнитогидродинамический (МГД) эффект. При начальной ионизации ток создавал радиальное магнитное поле, линии которого были направлены по правилу штопора (рис. 4.9). Чтобы определить действие ЭДС МГД эффекта, надо было «направить» эти линии поля вдоль пальцев в ладонь правой руки и тогда большой палец укажет искомое направление. ЭДС была направлена против движения штопора, т. е. против тока разряда.

Рис. 4.8

Взрыв детонатора (снимок сделан по прошествии 30 микросекунд после коммутации тока)

Собеседники расспросили друг друга и о других результатах. Выяснилось, что Якубов ранее написал статью о кластерах в плотных газах, интересовался процессами их образования. Услышав о кластерах в гелии-3, он позитивно отнесся к просьбе быть оппонентом на защите диссертации. Оба теоретика посоветовали выступить на семинаре по МГД – генераторам, пообещав, что будет присутствовать академик В. Фортов и что если данные опытов в МВТУ пригодятся для создания генераторов тока, то можно будет рассчитывать на положительный отзыв ИВТАН о диссертации. Это было предложение, от которого я «не смог отказаться».

Рис. 4.9

Направление ЭДС МГД-эффекта – векторного произведения тока и магнитной индукции – в сборке, схема которой приведена на рис. 4.7, можно определить по правилу «штопора в правой руке»

Фортов на семинаре не присутствовал. Во вступлении я сказал, что занимаюсь дрейфовыми исследованиями, и что взрывные опыты также были неудачной попыткой в этой области. Эти слова участники семинара через минуту забыли, начали обсуждать схему «МГД – генератора», задавать вопросы, ответы на которые я не мог дать, за меня на них отвечали другие, но все сошлись во мнении, что «генератор» никуда не годится: кпд – ниже всякой критики. Когда избиение закончилось, припомнив, что и сам иногда в аналогичном стиле указывал оппонентам на ошибки, я поблагодарил за критику, которую «весьма высоко оценил». В этих словах не было сарказма: я получил представление, что могло случиться при защите диссертации, если бы в ней были упомянуты результаты взрывных опытов.

4.5. Победа на предварительной защите и опасные экзерсисы «стального» декана

Диссертация была представлена в ученый совет для предварительной защиты в январе 1980 года. Это был редкий для НИИВТ случай, когда аспирант представил работу сразу по окончании отведенного срока и нотки зависти у многих были отчетливо уловимы. Бывший однокашник, когда-то стремившийся получить тему, связанную с технологией, теперь рассказывал каждому, кто хотел его слушать, что у него урвали «лучший кусок», а его направили туда, где труднее (позже он сменил научную деятельность на работу электромонтера в метро, но, правда, потом вновь вернулся в НИИВТ). Рассмотрения диссертации в ученом совете НИИВТ пришлось ждать около трех месяцев, за это время я договорился о приеме диссертации к защите в МИФИ, сдал на «отлично» квалификационный экзамен по специальности «Экспериментальная физика» и даже прошел в МИФИ процедуру предварительной защиты. Председательствовал на предзащите известный ученый О. Лейпунский, но процедура прошла скомкано – до меня выступал соискатель докторской степени и занял почти все отпущенное время.

Рассмотрение диссертации на ученом совете НИИВТ состоялось в апреле 1980 года. Отзывы рецензентов были положительными, отношение аудитории – благожелательным. Насторожило, когда вопросы стал задавать Затычкин, но ожидавшейся истерики не последовало. Все заинтересовались кластерными ионами благородных газов, задал пару вопросов и заместитель директора – тоже вполне деловых. Потом он извинился – ему надо было ехать в министерство – и, уходя, сказал: «Я голосую – «За». Это была победа.

Отправленная в МИФИ диссертация насчитывала 132 листа, а сопровождали ее 136 листов разнообразных справок, ходатайств, отзывов и характеристик. 15 сентября ученый совет теоретического факультета назначил дату защиты – 16 февраля 1981 года.

Необходимо было утвердить официальных оппонентов, получить отзывы. Алгоритм действий был таков: организовывалась встреча со специалистом, известным своими работами в данной области, тот пролистывал диссертацию и предлагал выступить на семинаре. Там он наблюдал, как его молодые сотрудники, демонстрируя свою эрудицию, нападали на творение диссертанта и, если приходил к выводу, что тот себя в обиду не дал – соглашался. Кроме Якубова, официальным оппонентом стал профессор Московского авиационного института П. Кулик (также имевший работы по кластерным ионам), а ведущей организацией – Институт атомной энергии, отзыв которого подписал мировой авторитет в области атомных взаимодействий – О. Фирсов.

Наконец, настал день «настоящей» защиты диссертации. После всех полагающихся процедур и доклада, последовали вопросы. Неожиданных среди них не было: после каждого из предшествовавших семинаров, все вопросы тщательно записывались и продумывались лаконичные, исчерпывающие ответы. Странноватым казалось поведение председателя совета Кэтова, декана теоретического факультета МИФИ. Задав всего один вопрос по теме и не найдя к чему придраться в ответе, он неожиданно заявил, что небрежно оформлен автореферат. Далее он спросил, почему диссертация закрытая (не секретная, а – с ограничениями в публикации), явно намереваясь развить далее тезис о том, что соискатель счел за благо не выносить результаты на «суд научной общественности». Ответ, что по результатам работы сделано много изобретений, а их нельзя публиковать без разрешения и что такое решение принято не мной, декана огорчил. Всем своим откинувшимся на стуле телом выразив крайнюю степень презрения, он, словно испытывая на прочность бумагу, шумно и нарочито небрежно пролистал дело и, найдя там справку, где приводился перечень из двадцати четырех изобретений, заявил: «Не понимаю, что в этой работе вообще могло явиться предметом изобретения!» Захотелось посоветовать утолить эту гложущую душу печаль во ВНИИ государственной патентной экспертизы, но пришлось сдержаться. Оказался провидцем доцент МИФИ В. Крамер-Агеев, прочитавший ранее диссертацию и посоветовавший «затушевать» упоминания об изобретениях: «Зачем вам эти купеческие замашки? У большинства членов совета их не более десятка. Не попытаетесь же вы доказывать им, что в аспирантуре вы сделали больше, чем они – за всю свою карьеру?»

Обсуждение продолжилось, «зацепилось» за тему кластеров, но Кэтов опять вмешался, спросив, почему на графики скоростей дрейфа не нанесены экспериментальные ошибки и стал развивать тему безграмотности диссертанта в области теории измерений. Один из членов ученого совета спросил официального оппонента, проведен ли анализ точности метода. И. Якубов ответил, что такой раздел в диссертации есть и оценка точности возражений не вызывает. Тот же член совета продолжил: «Если все, что говорил профессор Якубов верно, то диссертант мог бы вообще не трудиться рисовать графики, а привести результаты в виде таблиц, указав величины ошибок. Он просто облегчил задачу нам всем, потому что графики гораздо нагляднее». Лучше было бы, если бы эти слова не прозвучали, потому что Кэтов продемонстрировал столь яркую мелодекламацию, что возникли подозрения, не брал ли он уроки у Затычкина. Ему стали поддакивать несколько молодых членов совета. Наконец, перешли к голосованию. Результат оказался весьма близким от опасной черты: положительное решение было принято с перевесом всего в два голоса, несмотря на то, что ни один из вопросов, касавшийся существа исследований, не остался без ответа. После защиты ко мне подошел член совета, который спрашивал об анализе точности, и сказал: «Ну вот, молодой человек, теперь вы знаете, как создается репутация высокой требовательности у нас в совете».

Все документы были направлены в Высшую аттестационную комиссию и там утверждение затянулось: к оценке диссертации привлекли «черного оппонента» – специалиста, чье имя держалось в секрете и на чье мнение поэтому не мог повлиять авторитет других лиц. «Черняк» отозвался положительно и 17 июня 1981 года присвоение ученой степени кандидата физико-математических наук было утверждено. У своих приятелей, работавших в МИФИ, я поинтересовался личностью Кэтова и узнал, что тот – из «партийных интеллигентов» и как раз в это время пугал всех в институте сомкнутыми бровями и выражавшим крайнюю степень принципиальности «стальным» взглядом. Пытаясь создать о себе мнение, как о «сильном руководителе», он домогался должности ректора МИФИ, создав для этого свою команду. Через два года активность Кэтова эффектно завершилась: на теоретическом факультете была вскрыта система поборов с поступающих. Кэтов не был привлечен к уголовной ответственности, но должности декана лишился.

4.6. «Навели мы мост понтонный и тотчас пошли колонны…»

Из австрийской солдатской песни «Бравый рыцарь принц Евгений»

Борьба за ученую степень отнимала все силы, поэтому было не до анализа ситуации в НИИВТ. Провел беседу Тугой, планировавший новую ретираду: уйти с партийной работы на должность начальника отдела физико-технических исследований. Он пообещал, что в этом отделе будет и руководимая мной лаборатория. Чтобы предотвратить уже никому не нужные извержения «вулкана страстей», меня перевели от Затычкина в лабораторию рентгеновских генераторов на должность старшего научного сотрудника. Начальник этой лаборатории А.Чепек также закончил МИФИ, но значительно раньше, чем я. С ним установились хорошие отношения, которые сохранились и в дальнейшем. Когда, наконец, отдел физико-технических исследований был организован, выяснилось, что его лаборатории даже отдаленно не связаны общностью проводимых работ. По-видимому, за эти подразделения начальники соответствующих отделов сражаться с Тугим «до последнего патрона» целесообразным не посчитали. Это были лаборатории:

• Химического анализа, в котором потребности отдела не ощущались, поэтому заказывали такие работы в основном другие подразделения НИИВТ.

• Вакуумного оборудования. За почти три года мне так и не удалось узнать, какое именно оборудование там разрабатывалось.

• Криогенного хирургического оборудования, заказчиками которого выступали медицинские организации.

• Портативных рентгеновских аппаратов.

• Оборудования для ионного травления.

Когда отдел был организован и состоялось знакомство сотрудников между собой, непосвященным явили величественное сооружение: шестиметровую колонну нержавеющей стали. В. Бросов, начальник лаборатории «травителей», дал пояснения: ионный пучок в этой установке должен был служить «скальпелем», которым вырезают «узоры» сверхбольших интегральных схем на кремниевых пластинах. От ионного пучка ожидали значительных преимуществ: применявшимися в производстве электронными пучками нельзя было «вырезать» элементы размерами намного меньше микрона, потому что начинала сказываться волновая природа электронов, они «обтекали» препятствие. Может, все это и было так, но ни численность лаборатории (10 человек), ни квалификация сотрудников, начиная с начальника, не соответствовали сложности задачи, а следствием была профанация. Так, была сооружена огромная этажерка из плексигласа, на которой размещались, один над другим, блоки источников высокого напряжения. На нее периодически залезали почему-то «наряженный х… м» (облаченный в накидку из полиэтиленовой пленки, издалека напоминавшую презерватив) Бросов и его люди. Интересующимся объясняли, что для питания установки необходимо напряжение в двести киловольт, но, поскольку такого источника не нашли, решили соединить последовательно несколько, с меньшим выходным напряжением.

Хотелось выяснить, учитывается ли при этом возможность пробоя самого высоковольтного из этих источников на кабель, которым тот подключался к сети, но вовремя созрел вопрос к самому себе: нет ли желания получить задание соорудить источник на двести киловольт в порядке шефской помощи.

Но помощь требовалась не только техническая. После падения одного из сотрудников с «этажерки» (к счастью, обошедшегося благополучно), Бросов пришел поделиться кручиной: «трудно теперь заставить людей работать наверху».

За окном скучала поздняя осень, ветер, как будто потребовав от ресторанного оркестра мелодию, которой алкала душа, метнул багряные листья, издали похожие на ходившие тогда десятирублевые купюры с портретом вождя мирового пролетариата. На гребне аллюзии[76]76
  Аллюзия – стилистическая фигура, заключающаяся в соотнесении описываемого или происходящего в действительности с устойчивым понятием или словосочетанием литературного, исторического, мифологического порядка


[Закрыть], памяти было заказано исполнение изумительного старинного вальса «Осенний сон», но погружению в нирвану[77]77
  Нирвана – в буддизме – состояние блаженства.


[Закрыть] препятствовал собеседник: его речь была рваной, тревожащей, изобиловала надрывными выкриками о судьбе науки – такой незавидной, если ради нее кое-кто отказывается даже подняться на шестиметровую высоту. Память, обиженно буркнув, что в таких условиях концерт по заявкам невозможен, вместо вальса презрительно вышвырнула два обрывка из небогатого хранилища медицинских знаний: «Осень – пора обострения психических заболеваний» и «Подобное лечится подобным».

Словоблудие пришлось на полуслове прервать предложением игрового принципа работы лаборатории – как клуба любителей морской старины. Колонну рекомендовалось стилизовать под мачту парусника. Когда описание дошло до образа начальника лаборатории, прогуливающегося внизу в треуголке и ботфортах и покрикивающего: «Auf die Wanten, Ihr Sau![78]78
  На ванты, скоты! (нем.) Ванты – снасти парусного такелажа.


[Закрыть]» – собеседник, часто моргая испуганными глазками, покинул помещение.

«Излитое душой» конструктора В. Ильина тоже напоминало анекдот. Ему поручили проектирование магнитных линз для управления, с субмикронной точностью, пучком ионов. Ильин добивался от Бросова данных, необходимых для начала проектирования и тот, взяв лежавшую на столе монографию, измерил с помощью циркуля все важнейшие детали на рисунке в книге, потом помножил результаты измерений на масштабный фактор и выдал такие данные. Конечно, при этом были сказаны слова «все уточним позже», но удивляться, что колонна, хотя и могла служить декорацией «гаечно-ключевого» фильма, но не работала, не приходилось.

Тугой откровенно поговорил с Чепеком и со мной: он собирался написать докторскую диссертацию и рассчитывал на помощь. Непонимание, сначала между Чепеком и Тугим, началось позже. Отдел, должен был выделять сотрудников на переборку овощей, в поездки в колхоз и прочего (все это не снимало ответственности за выполнение основной работы). Распределением барщины ведал лично Тугой и почему-то он решил, что лаборатория Чепека должна быть занята ею значительно больше, чем другие. Далее, по инициативе Тугого, была открыта тема по отжигу кремниевых пластин (внесенная в список важнейших по министерству электронной промышленности, которому подчинялся НИИВТ). Чтобы приступить к экспериментам, была необходима вакуумная установка, подвод трехфазной сети к ней и помещение, оборудованное трассой выхлопа для ее насосов. Добиться у дирекции выделения всего необходимого должен был начальник отдела, но Тугой этим заниматься не желал, а только докучал вопросами, когда же начнутся работы. Еще одним шагом, накалившим отношения, было то, что Тугой стал вести переговоры с представителями заказчика рентгеновских генераторов через голову Чепека. Тугой имел отношение к рентгеновским аппаратам еще в НИИАА, но это было уже 12 лет назад и Чепеку не нравилось исполнять непродуманные обещания, которые давались без его ведома, тем более, что он не считал себя лично обязанным их автору. Мне претензии Чепека представлялись справедливыми, но, помня о помощи, которую получил от Тугого в аспирантские годы, я не участвовал в этих стычках. 31 мая 1982 года меня отправили на подсобные работы в подшефный совхоз (первая упоминаемая, но не единственная подобная эпопея).

Вернувшегося через месяц, меня ждал сюрприз: Чепек добился перевода лаборатории в другой отдел. Меня же и еще нескольких сотрудников оставили в отделе. Чепек уязвил самолюбие Тугого, но тот правильных выводов не сделал, а изложил мне свою интерпретацию произошедшего: «промышленности нужно оборудование, а не научная болтовня», призвав провести эксперименты по отжигу как можно скорее. Мой ответ, что для этого нет условий, да и пока я всего лишь старший научный сотрудник – Тугому не понравился. Он заявил, что «обжегся на предательстве Чепека» и «вам доверено руководить лабораторией электронного отжига не на бумаге, а фактически», а формально он будет занимать эту должность сам. Что же касается помещения и прочего: «вы отлично продемонстрировали, что, когда вам это было нужно, вы смогли все обеспечить». Однако для дрейфовой трубки не были нужны ни трехфазная сеть, ни трасса выхлопа, да и помещение пришлось тогда выбирать не самому. Налицо был отход от достигнутых договоренностей: я не давал согласия на то, что моя работа будет в основном технологической, а раз Тугой решил «носить все фуражки» сам, то и ответственность за организационные вопросы надлежало нести в основном ему. Средство прекратить давление на психику напоминаниями о необходимости начать работы было быстро найдено: несколько служебных записок об отсутствии оборудования и помещения были адресованы «начальнику отдела, начальнику лаборатории, научному руководителю темы» Тугому. Записки регистрировались в канцелярии, на дубликатах стояли штампы. Претензии прекратились, но и сдвигов в ситуации не было.

Рис. 4.10

Блок коммутации взрывного генератора тока

Безделье утомляло и началась подготовка к взрывным опытам. В корпусе, сваренном из титанового листа, очень тщательно – «по-средмашевски» – была смонтирована высоковольтная схема блока коммутации (рис. 4.10) для запуска взрывного генератора тока. Блок был плоским, что позволяло незаметно для охраны института пронести его, пристегнув ремнем, под плащом или пальто.