Текст книги "Игорь Курчатов. Секрет Бороды"

Наталья Валерьевна Акулова, Ирина Васильевна Разумовская
Игорь Курчатов. Секрет Бороды

Делайте в своей работе, жизни только самое главное. Иначе второстепенное, хотя и нужное, легко заполнит всю вашу жизнь, возьмет все силы, и до главного не дойдете.

Игорь Курчатов

© Текст, иллюстрации, мобильное приложение. Фонд «АТР АЭС», 2021

© Оформление. АО «Издательство «Детская литература», 2021

* * *

«Игорь Курчатов. Секрет Бороды» – книга о необыкновенном русском гении Игоре Курчатове – ученом из замечательной плеяды гениальных деятелей отечественной науки и техники, масштабы и результаты труда которых все больше осознаются обществом. Как человек, существенно повлиявший на ход мировой истории, Курчатов занимает особое место в истории XX века. Ему, блестящему физику-экспериментатору, принадлежит выдающаяся роль в разработке научно-технических проблем овладения ядерной энергией, что позволило в кратчайшие сроки создать ядерный щит страны, обеспечить ее безопасность и для улучшения жизни людей превратить ядерную энергию в источник движения, света и тепла.

Все это стало возможным благодаря уникальному сочетанию талантов этого человека – ученого физика-экспериментатора и организатора науки с лучшими человеческими качествами.

Время продолжает открывать гениальность Курчатова – ученого. Но его гениальность проявлялась не только вспышками. Талант, настойчивость, трудолюбие и даже одержимость, которыми он был одарен свыше и воспитал в себе, «работая над собой» (его выражение), подняли его на высочайший уровень ученого и организатора, человека энциклопедических знаний, междисциплинарного, планетарного мышления и мировоззрения.

Как и положено гению, Курчатов был великим патриотом. Человек светлого, деятельного ума и горячего сердца, исполненного энергией любви к людям, к Отечеству, к своему вселенскому дому – планете Земля. Он заботился об улучшении жизни, о мире, боролся против испытаний ядерного оружия, за их прекращение «повсеместно и на все времена». Не раз провозглашал с самых авторитетных трибун мира, что люди обязаны сделать все возможное, «чтобы не дать испортить шарик» (его выражение) – то есть Земной шар.

Признание в любви к родному Отечеству, сделанное с кремлевской трибуны Игорем Васильевичем Курчатовым 15 января 1960 года незадолго до ухода в вечность, осталось в наследство нам – его потомкам: «Я счастлив, что родился в России и посвятил свою жизнь атомной науке великой страны Советов. Я глубоко верю и твердо знаю, что наш народ и наше правительство только благу человечества отдадут достижения этой науки». Эти его бессмертные слова невозможно предать забвению.

Курчатов был гений, а к гениям надо присматриваться, к гениям надо прислушиваться!

Раиса Кузнецова, доктор исторических наук

Глава 1. Как все начиналось

Счастье – это когда тебя понимают.

Конфуций о смысле счастья

Имя «Игорь» происходит от древнескандинавского «Ingvarr» и переводится как «хранитель». Оно было принесено на территорию Руси варягами и быстро прижилось. Еще одно значение этого слова – «защитник».

Правда, когда родители Игоря Курчатова думали, как назвать сына, то вряд ли подозревали о том, что выберут пророческое имя. Ведь он в буквальном смысле слова станет хранителем и защитником своей страны.

В «Книге имен» Игоря наделяют острым умом, жизнелюбием и чувством юмора. И это описание характера также удивительно подходит Курчатову! Ведь наш герой с лихвой обладал всеми перечисленными качествами, можно даже сказать, они были главными в его характере. А чувство юмора и оптимизм Курчатова, с которыми он подходил к решению многих серьезных вопросов, всегда восхищали и его коллег, и друзей, и студентов. Чего только стоит одно его радостное «Физкультпривет!», которым он «заряжал» подчиненных, словно солнечной энергией.

Гаря или Гарик – как его будут звать в детстве близкие – родился 12 января 1903 года на Южном Урале, в поселке Сим, окутанном густой зеленью и окруженном невысокими горами.

Семья его была образованной: папа – Василий Алексеевич – имел звание частного землемера, выслужил личное дворянство и работал помощником лесничего, а мама – Мария Васильевна – пять лет до замужества трудилась учительницей и, как не сложно догадаться, сама научила своих детей считать и писать.

Род Курчатовых отличался невероятной силой и энергией! Предки Игоря были крепостными крестьянами. Его дед из простых горнозаводских рабочих выбрался в казначеи и ценой огромных усилий дал своим детям среднее образование. Все Курчатовы верили в великую силу образования и придавали ему огромное значение.

Игорь был вторым ребенком в семье. Сестра Антонина старше на пять лет, а младший брат Боря родился на три года позже Игоря.

Гарику достались красивая улыбка матери и крепкое, гибкое тело отца. Мальчик рос очень любознательным и впечатлительным. Он мог часами наблюдать за работой муравьев, которая подчинена каким-то невероятным законам природы, или рассматривать снежинки, чья сложная геометрия не могла не восхищать. А еще Гарик почти никогда не болел – несмотря на худобу, он был очень крепким ребенком.

Наверное, вы слышали такое известное выражение: «все мы родом из детства». Что же оно означает? Да то, что заложено в характер в детстве, обязательно будет проявляться и во взрослой жизни. А еще то, что детство остается с нами навсегда. И то, каким оно было, мы будем вспоминать всю свою жизнь.

Главное богатство, которое мама и папа подарили детям, – свою любовь. Они научили их дружить, помогать слабым и сочувствовать чужой беде, уважать любой труд, не унывать, не обманывать и ничего не бояться. Все это не просто пригодится Игорю в жизни, а сделает его по-настоящему сильным и даже непобедимым.

Семья Игоря была верующей: в ней отмечали все православные праздники и именины, трепетно относились к памяти предков. Мужчина в доме считался главным: на него возлагалась задача зарабатывать деньги и кормить семью. Женщина уважала своего мужа, признавала его авторитет и силу. Так в роду Курчатовых было всегда.

И для Игоря семья всегда стояла на первом месте – и в детстве, и во взрослой жизни. Маленьким он постоянно прибегал к папе за советом, а маме вместе с сестрой и братом помогал при любой возможности. Дети понимали, как ей тяжело в отсутствие отца, который часто уезжал по работе.

Надо сказать, что учиться в России начала ХХ века было сложно: школы и гимназии работали далеко не везде, да и не в каждой семье родители понимали, зачем детям нужно образование. К счастью, в семье Курчатовых, как мы уже говорили, это понимали хорошо: образование дает возможности и выбор. Это знали и дед, и прадед Гарика, которые также вкладывали силы и средства в обучение детей.

Ради образования детей Курчатовы переезжают из маленького уральского поселка в крупный город Симбирск (ныне Ульяновск) – он находится на Волге. Здесь старшая Тоня поступила в гимназию, а Гаря пошел учиться в приготовительный класс – так тогда называли подготовку к школе. Но в Симбирске он проучился всего год. Неожиданно для всех сестра Тоня заболела страшной болезнью – туберкулезом, и всей семье пришлось срочно переехать в солнечный Крым, на окраину Симферополя.

В то время от туберкулеза еще не существовало лекарства и он считался смертельным. Врачи советовали пациентам покой и морской воздух, который как раз и был в Крыму. Как тогда (да и сейчас) говорили доктора: «Крымский воздух творит чудеса». Но чуда не случилось. Спасти Тоню, к большому горю семьи, не удалось. Она умерла, когда ей было всего пятнадцать лет.

Крым, где семья останется жить, Игорь с братом полюбили всей душой. И есть за что! Кроме волшебного воздуха, здесь и особенная земля, на которой растет все что угодно, от арбузов до винограда, и горы, которые манят своей тайной и неприступностью, и, конечно, море – каждый день новое.

Летом папа Игоря ездил на землемерные работы в разные районы полуострова и любил брать сыновей с собою. Во-первых, дети всегда помогали ему в работе, а во-вторых, для Гари и Бори эти поездки были самым настоящим путешествием, в котором каждый раз они обнаруживали что-то удивительное!

Однажды они увидели работу необычных машин – паровых молотилок. Шипение пара и дымящие трубы произвели на мальчишек такое сильное впечатление, что они упросили хозяев – богатых немцев-колонистов – дать им хоть чуть-чуть поработать на чудо-молотилках. Видимо, ребята просили так настойчиво, что им разрешили. Несколько дней подряд счастливые братья подбрасывали солому в топку и следили за давлением пара в молотилках как настоящие рабочие. Весь следующий год мальчишки живо вспоминали этот яркий и необычный опыт.

Но самое большое впечатление Игорь и Боря получили, конечно, от моря. Они увидели его впервые летом 1912 года, когда поехали с папой по работе в приморский городок Алушту. Дорога была долгой: сначала широкой и ровной, а потом стала у΄же и начала вилять и извиваться, словно змея. И вдруг за очередным поворотом перед глазами ребят совершенно неожиданно открылся бесконечный морской простор! Водная гладь переливалась на солнце, словно живая, и каждую секунду меняла окраску: то бирюзовая, то темно-синяя, то серебристая… Невероятный восторг! Мальчишки не могли оторвать глаз от этой волшебной картины: ничего удивительнее и красивее они еще не видели.

У моря в то лето они старались проводить все свободное время: купались, играли, валялись на прогретой солнцем гальке и всегда с восхищением следили за лодками рыбаков, которые в любую погоду бесстрашно выходили в открытые воды.

Братья даже придумали такую игру: пока лодка не исчезнет за горизонтом, надо успеть сочинить ей невероятное приключение, в котором рыбак обязательно должен встретиться с каким-нибудь препятствием, например бурей или пиратами, вступить с ними в неравную схватку и обязательно суметь одолеть врага.

А главной «морской» мечтой Гарика и Бори тех лет было попасть на борт настоящего корабля: вот уж где точно есть что исследовать и чему поучиться! А еще можно попросить капитана постоять у штурвала и даже порулить… Быть может, именно эта мечта в будущем и позвала Игоря на кораблестроительный факультет, а когда он стал знаменитым физиком – работать для флота?

Как же понять свою главную цель в жизни? Есть счастливчики, которые видят ее уже в детстве. Но, увы, таких людей очень мало. Большинство ищет себя десятилетиями. Некоторые не могут найти всю жизнь.

Между прочим, многие известные и талантливые люди далеко не сразу определились с главной целью в жизни. Им потребовалось время, чтобы найти ее.

Наш герой как раз из этой категории людей.

Вопрос «кем быть?» Игорь Курчатов стал задавать себе еще в школе, но единственного и однозначного ответа у него не было. Да и как тут выбрать, если все школьные предметы у Гари шли на отлично! И поверьте, дело вовсе не в том, что ему сказочно везло. Просто он очень любил учиться, и каждый предмет давался ему легко и довольно быстро. Может, потому, что его любознательность была безграничной! Он интересовался всем и вникал буквально во все: от математики и физики до литературы и музыки. А еще Игорь с радостью объяснял сложный материал любому, кто просил о помощи, для него это было огромной радостью.

В свободное от уроков время скучать тоже не приходилось: Гарик запоем читал, занимался французской борьбой, футболом и даже играл в школьном оркестре на балалайке и мандолине.

Кстати, любовь Игоря к музыке со временем лишь усилится: слушать произведения великих композиторов-классиков для него станет одним из самых больших удовольствий в жизни.

Многие учителя считали способности Курчатова выдающимися и еще в школе пророчили ему большое будущее и в математике, и в физике, и в литературе. А учитель словесности – так называли в то время преподавателей литературы – всегда разрешал ему брать редкие книги из своей библиотеки, особенно приключенческие: Жюля Верна и Майн Рида, а также по технике, которые Игорь очень любил и читал их брату. Двенадцатилетний Игорь смог купить себе одну книгу, о которой тогда мечтал. Она называлась «Успехи современной техники», а написал ее итальянский профессор Корбино.

Интересная деталь, правда? Ведь по ней мы как раз и можем судить о том, что на самом деле интересовало Игоря в школьные годы больше всего. Из названия книги легко понять: это была вовсе не литература, а техника.

Если бы Игорь Курчатов жил сегодня, то наверняка накупил бы себе самых лучших книг, альбомов и энциклопедий по технике. Только представьте, какой огромной была бы его библиотека! Но во времена его детства часто денег не хватало на самое необходимое: еду, одежду, теплую обувь. Какие уж тут книжки!

Гарик прекрасно видел, как тяжело живется семье, и старался хоть чем-то помочь: пробовал зарабатывать репетиторством, но в маленьком городе учеников найти не удавалось. Он пошел даже в мундштучную мастерскую, где неожиданно быстро и ловко научился работать лобзиком, выпиливал деревянное кружево рамок, вытачивал из обрезков садовых деревьев изящные мундштуки. Брат Боря потом не раз вспоминал с гордостью, что в руках Гарика любая палка и сучок, словно по волшебству, превращались в фигурку.

Работать руками школьнику Курчатову так понравилось, что он решил освоить еще и слесарное дело. Поначалу, конечно, приходилось несладко: отбитые пальцы и мозоли долго не заживали. Но Гарик был оптимистом и предпочитал не замечать этих мелочей. Главное – он может заработать и помочь семье, а болячки заживут.

Кстати, работать руками Игорь не перестанет, даже когда станет известным ученым. Он никогда не будет делить труд на физический и умственный – плохой и хороший. И если приходилось срочно сколотить подсобку для опытов, напилить досок или покрасить стены – Курчатов всегда брался за дело первым и наилучшим образом исполнял его. Иначе он не умел.

Конечно, Гаря окончил школу с золотой медалью – по-другому просто и быть не могло! Правда, эту медаль он так никогда и не получил. По причине все той же катастрофической бедности – в Симферополе ее просто не нашлось…

Атомы и их строение

Посмотри на песок на берегу моря: песчинки кажутся очень похожими. Но вот тот же песок под микроскопом (рис. 1).

Рис. 1. Морской песок под микроскопом, 300-кратное увеличение

Какое разнообразие: различные минералы, остатки микроскопических ракушек и даже окатанные морем осколки стекла. А если представить себе разнообразие всего мира? Множество животных и растений, вода и воздух, горные породы и снежинки, далекие звезды и наша звезда – Солнце. Все это состоит из крошечных частиц – атомов, которые притягиваются друг к другу.

Самое удивительное, что на Земле существует меньше ста видов атомов. В разных сочетаниях они создают весь наш мир. Выяснилось, что мельчайшей частицей любого вещества является молекула – объединение двух, нескольких, иногда тысяч атомов. Именно молекула определяет свойства вещества. Например, два атома хлора, соединившись в молекулу, создают ядовитый тяжелый газ желтовато-зеленого цвета. Атомы натрия образуют кусок серебристого металла. Но если один атом хлора соединится с одним атомом натрия – получится та соль, которая лежит в вашей солонке на кухне (рис. 2).

Рис. 2.

Представление о неделимых частицах вещества – атомах – высказывал еще великий древнегреческий философ Демокрит примерно за 500 лет до нашей эры. Атом, на древнегреческом ἄτομος, и означает «неделимый».

Мир все время обновляется, и атомы меняют своего «хозяина». Из далекого космоса прилетел железный метеорит и упал на Землю. Часть его атомов железа попала в воду ручья. Ты напился этой воды, и вот уже атомы железа вошли в состав твоей крови. Можно сказать, ты теперь кровный брат метеорита.

На основе атомной теории вещества химики и физики успешно объяснили многие явления, разработали основы современных технологий, создали новые материалы.

И вдруг в конце XIX века выяснилось, что атомы некоторых элементов (урана, радия и др.) самопроизвольно разрушаются. При этом образуются атомы другого элемента (например, свинца), и выделяется энергия в виде излучения. Это явление распада атомов назвали естественной радиоактивностью. Стало ясно, что атом не является неделимой частицей, что он имеет какую-то сложную структуру.

В 1897 г. английский ученый Джозеф Джон Томсон (1856–1940) открыл отрицательно заряженную частицу, входящую в состав атома, и назвал ее электроном. Открытие электрона позволило сформулировать первую модель атома, т. е. попытаться представить себе его структуру.

ВОПРОС № 1

Атом в целом не имеет электрического заряда, нейтрален. Значит, кроме электронов, в его состав входит какой-то положительный заряд. Прежде чем читать дальше, попробуй придумать модель атома, включающую электроны и положительный заряд (равный по величине заряду всех электронов).

Томсон, получивший за свои исследования Нобелевскую премию и звание рыцаря, предложил простейшую модель строения атома, которую назвали «пудинг с изюмом». В модели Томсона атом представляет собой сферу, в которой электроны более или менее равномерно располагаются среди положительного заряда, как изюминки в кексе (рис. 3).

Рис. 3. Модель атома Томсона

К этому времени ученые сумели выделить три типа излучения при радиоактивном распаде атома. Положительно заряженные α-лучи состоят из частиц, летящих со скоростью примерно 10 000 000 метров в секунду. Чтобы не писать так много нулей, договорились их число записывать наверху цифры «десять»: 10 000 000 = 10 7. Мы будем так поступать и дальше. Второй тип излучения, β-лучи, – это поток открытых Томсоном отрицательно заряженных электронов. Наконец, γ-излучение похоже на рентгеновские лучи.

Рис. 4. Планетарная модель атома

В 1906 г. ученик Томсона Эрнест Резерфорд (1871–1937) «обстрелял» α-частицами тонкую золотую фольгу, чтобы выяснить, как на это среагируют атомы металла. После столкновения с фольгой α-частицы разлетались под разными углами, и их фиксировали по вспышкам на специальном люминесцирующем экране. Результат эксперимента оказался удивительным. Большинство частиц пролетало сквозь фольгу не отклоняясь, как сквозь пустоту. Но присутствовало очень небольшое число частиц, которые сильно отклонялись, даже отлетали назад (рис. 5). «Это было почти столь же невероятно, как если бы вы стреляли 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а снаряд возвратился бы к вам и нанес удар», – написал Резерфорд.

Рис. 5. Схема опыта Резерфорда

На основании эксперимента Резерфорд сделал вывод, что положительный заряд атома сосредоточен в крошечной, по сравнению с общим объемом, области – ядре. Размер ядра в 10 тысяч раз меньше размера всего атома. Вместе с тем в ядре сосредоточена почти вся масса атома, примерно 99,9 процента. Поэтому если в опыте Резерфорда α-частица изредка все же «натыкалась» на массивное ядро, тоже заряженное положительно, она отлетала от него как от стенки.

ВОПРОС № 2

Если нарисовать ядро размером 1 мм, какого размера на картинке будет атом? Вначале предположи ответ, а затем посчитай. Теперь ты лучше оценишь опыт Резерфорда.

В итоге Резерфорд сформулировал планетарную модель атома (рис. 4). В центре атома находится массивное ядро, его положительный заряд по величине равен суммарному заряду всех электронов. Электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца (рис. 6). Разные атомы отличаются числом электронов (и зарядом ядра), и это определяет их химические свойства и возможности объединяться с другими атомами.

За множество важнейших экспериментальных результатов нобелевского лауреата Эрнеста Резерфорда называют «отцом ядерной физики».

Как пэр Англии, он получил герб с изображением птицы киви (символ его родной Новой Зеландии): края герба-щита выгнуты, как кривые спада интенсивности радиоактивности со временем – закон, открытый Резерфордом.

Рис. 6. Солнечная система и планетарная модель атома для сравнения

Строение ядра атома. Изотопы

Ядра атомов тоже оказались сложными, состоящими из двух сортов частиц.

Первые из них – протоны – обозначаются латинской буквой p. Их заряд по величине такой же, как у электронов, но положительный. Масса протона почти в две тысячи раз больше массы электрона. Поэтому практически вся масса атома сосредоточена в ядре (вспомните опыт Резерфорда). Число протонов в ядре равно числу электронов в атоме. Поэтому атом в целом заряда не имеет. Протон открыл Резерфорд в 1919 г. Шестнадцатилетний Игорь Курчатов тогда учился в гимназии и о работах Резерфорда еще ничего не знал.

Рис. 7. Ядро атома гелия

Но ведь положительно заряженные протоны отталкиваются друг от друга, ядро должно «развалиться». Дело в том, что, кроме протонов, в ядре содержатся нейтральные частицы примерно той же массы – нейтроны (обозначение – n). Их в ядре примерно столько же, сколько и протонов. В целом ядро оказывается очень устойчивым за счет особых ядерных сил, действующих между его частицами. Протон и нейтрон объединяются термином нуклон, от латинского nucleus – ядро.

Нейтрон открыл Джеймс Чедвик (1891–1974) в 1932 г. (за что получил Нобелевскую премию). Именно в этом году Игорь Васильевич Курчатов, заинтересовавшись работами самых известных мировых ученых в области атомной физики, решил изменить область своих научных исследований.

Вы знаете газ гелий: им наполняют воздушные шарики, если хотят, чтобы они летали. Ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов (рис. 7); α-частицы – это ядра атома гелия, имеющие двойной положительный электрический заряд.

ВОПРОС № 3

Сколько электронов в атоме гелия?

Иногда в ядрах атомов содержится одинаковое число протонов, но различное число нейтронов. Такие элементы называются изотопами. Их химические свойства одинаковы, но по физическим свойствам они могут сильно отличаться, особенно по склонности к радиоактивному распаду. Например, в ядре урана-238 (U-238) содержится 238 нуклонов, из них 92 протона и 146 нейтронов, а в изотопе U-235 – такое же количество протонов, но 143 нейтрона. В природе еще встречается (очень редко) изотоп U-234. Радиоактивные свойства изотопов урана очень различаются, мы познакомимся с этим позже.

ВОПРОС № 4

Сколько протонов и нейтронов в ядре U-234?

У водорода ядро самого распространенного изотопа состоит лишь из одного протона. Но существуют еще изотопы водорода – дейтерий и тритий (рис. 8).

Рис. 8. Изотопы водорода

Ядра водорода возникли раньше ядер других элементов, сразу после рождения нашей Вселенной. Водород и сейчас составляет основную часть ее вещества (звезд, туманностей) – 88,6 процента. На втором месте по распространенности во Вселенной стоит гелий – 11,3 процента.

ВОПРОС № 5

Сколько процентов приходится на все остальные химические элементы во Вселенной?