Иоффе изучал деформацию кристаллов при помощи рентгенограмм

"...я изучал... пластическую и упругую деформацию кристаллов при помощи рентгенограмм..." Еще в Мюнхене , изучая у Рентгена упругое последействие в кристаллах кварца - именно эта работа принесла ему степень доктора Мюнхенского университета "summa cum laude" (с высшим отличием),- Иоффе заинтересовался строением и механическими свойствами твердого тела.

Но в те годы не существовало методов, которые позволили бы исследователю "заглянуть" в глубь вещества. За два десятка лет рентгеновские лучи, эти посланники микромира, превратились в могучий инструмент его исследования и познания. Когда немецкий физик Макс Лауэ обнаружил, что не знающие преград лучи рассеиваются, проходя через кристаллическое тело, в истории рентгеновских лучей начался новый этап: ведь изучая рассеивание, можно было попытаться определить, как расположены в молекуле атомы и в атоме - электроны. Скорее всего именно они "сбивали" лучи с пути. Открытие совершилось на глазах у Иоффе, в кафе "Лютц" на Хофгартен, где продолжал заседать клуб физиков, организованный когда-то им, Иоффе, вместе с другим ассистентом Рентгена, Эрнстом Вагнером . Когда в каникулы двенадцатого года Иоффе, по обыкновению, приехал поработать в Мюнхен к Рентгену, мраморные столики в кафе "Лютц" по-прежнему изо дня в день покрывались математическими формулами, а официанты держались твердого правила не стирать со столиков написанное, не спросив ученых господ позволения,- иногда решение приходилось переносить на другой день. В тот раз в кафе два дня обсуждались опыты, установившие длину волны рентгеновских лучей, и по этому поводу теоретик Макс Лауэ высказал мысль, что кристалл должен действовать на рентгеновские лучи, как дифракционная решетка на видимый свет. Против этого восстал Эрнст Вагнер. Лауэ не уступал, и спорщики в конце концов заключили пари. На коробку шоколада. Арбитром согласился быть Вальтер Фридрих . В лаборатории он поставил на пути лучей кристалл, а сбоку от него фотографическую пластинку - лучи, по мнению Лауэ, должны были рассеиваться от кристалла в таком направлении. День за днем рентгеновская трубка исправно трещала, а пластинка оставалась незачерненной. Своим треском трубка мешала работавшему в той же комнате молодому физику Книппингу . Он переставил пластинку. Не задумываясь, поместил ее на пути лучей - и на пластинке отпечатались симметрично расположенные пятна, предугаданные Лауэ. Вагнеру ничего не оставалось, как заказать в кафе "Лютц" проигранный шоколад, отметив тем самым появление на свет знаменитой работы Лауэ, Фридриха и Книппинга об интерференции рентгеновских лучей . Так через семнадцать лет после открытия Рентгена исследователи получили возможность "заглянуть" в нутро вещества. Сам Рентген, изучая открытые им икс-лучи - он назвал их общепринятым для неизвестного иксом и пользовался этим названием до конца жизни,- вплотную подошел к предсказанному Лауэ явлению, но не сумел сделать последнего шага. В своих опытах он ставил кристалл слишком близко к источнику излучения; в то время не было разумного повода удалять кристалл и сужать поток лучей, а Рентген не делал опытов на авось, без ясного смысла.

"Просветить" атом Нильса Бора, "просветить" кристаллическую решетку Макса Борна методом Лауэ, проверить на опыте теоретические представления о строении вещества - вот какою целью задается Иоффе, обосновавшись в дальнем крыле Политехнического института. Еще у Рентгена Иоффе работал с кристаллами каменной соли, ставя опыты над их электрическими свойствами.

Теперь он выбрал этот материал, сравнительно доступный и сравнительно хорошо изученный, для опытов над механическими свойствами. Он выпрашивал нужные ему камни у знакомых геологов, из минералогических коллекций, а Милита Владимировна Кирпичева , неизменная его помощница, расщепляла драгоценные камни на кристаллики нужных размеров. Сколько ни пыталась она выращивать их из рыжеватой пайковой соли, из этого ровным счетом ничего не выходило. ...Кристаллик зажимается в особом приспособлении с электромагнитом, включается рентгеновская трубка, и узкий пучок лучей, прошив кристаллическую решетку, попадает на фотопластинку. Если постепенно увеличивать силу тока в катушке электромагнита (передвигая ручку реостата), то сердечник, перемещаясь, станет все сильнее растягивать связанный с ним кристаллик. Оттого, что расстояния между слоями атомов внутри будут при этом увеличиваться, будет меняться и след рентгеновских лучей на фотопластинке. По этому узорчатому следу - этой "фигуре Лауэ" - можно судить о том, как шла деформация. Главным неудобством опыта была его длительность и то, что он, в сущности, шел вслепую. Чтобы узор на фотопластинке получился отчетливым, требовалась шестичасовая выдержка. Значит, непрерывно в течение шести часов надо было держать трубку на насосе, непрерывно откачивать из нее воздух, обеспечивая нужное разрежение. Значит, в течение шести часов не только Иоффе и Кирпичева не могли отойти от своей установки, не мог отойти от вакуум-насоса и ответственный за откачку студент-политехник Сергей Зилитинкевич . И все эти шесть часов насос, трубка, электромагнит пожирали драгоценное электричество. А таких опытов надо было поставить не один, не два. И все эти шесть часов экспериментаторы проводили возле включенной рентгеновской трубки... О технике безопасности они знать не знали. Когда подросшая дочка Иоффе стала упорно допытываться, чем же все-таки занят отец, он привел ее вместе с подружкой к себе в лабораторию, включил какой-то прибор, наполнивший комнату треском, и на экране перед глазами девочек появилось бьющееся сердце и ключ, лежавший у профессора Иоффе в нагрудном кармане. "А что это за ключ?"- спросила одна из девочек. "Это ключ от моего сердца",- сказал профессор. Экран в лаборатории появился в связи с изучением деформации.

Иоффе упорно думал, над тем, как сделать ее видимой, как ускорить опыт. И в конце концов это ему удалось. "После 15-20 минут пребывания в совершенно темной комнате глаз прекрасно различает отдельные светящиеся пятна, получающиеся от отражения атомными слоями внутри кристалла. Если атомы этих слоев переместятся, повернутся, то и пятно сместится. Наблюдая таким путем, что происходит с атомом кристалла, подвергаемого все увеличивающейся нагрузке, мы заметили, что, как только нагрузка превзойдет определенный предел, пятна раздваиваются, потом появляются рядом третьи, четвертые, десятые, сотые и т. д. Это значило, что один кристалл с одинаково расположенными атомными слоями распадается на два, три, сто отдельных кристалликов, несколько повернутых друг относительно друга, но составляющих все же одно прочное целое. Одно из пятен при этом оставалось неизменным. Это показывало, что все перемещения и повороты происходят вдоль определенной плоскости, которая не меняется и которая одинакова во всех кристаллах. Эти наблюдения и это толкование изменений, происходящих в рентгеновской картине, создаваемой кристаллом, были затем подтверждены многими авторами и развились в целую науку, изучающую процессы холодной обработки металлов и металлических кристаллов..."

Так, по описанию Иоффе, начинались опыты, в ходе которых удалось раскрыть физический смысл такой важной характеристики вещества, как предел упругости, изменить сложившиеся представления о ходе пластической деформации и прийти к выводу, что пластичность и хрупкость есть не свойства разных тел, как принято было считать раньше: в зависимости от температуры то хрупким, то пластичным могло становиться одно и то же тело.

Ссылки: