КБ-11 (ВНИИЭФ): роль научных исследований

Юлий Борисович , в отличие от многих других руководителей, понимал, что для успешного решения поставленных задач нельзя ограничиваться только прикладными исследованиями и разработками.

Его лозунгом было: "Мы должны знать в десять раз больше того, что нам требуется сегодня". Такой подход закономерно привел к тому, что на объекте не только наука служила обороне, но и оборона - широко и эффективно - науке. Прямым результатом этого мудрого, доказавшего свою эффективность, подхода явилось достижение несомненного приоритета нашей страны в изучении свойств различных веществ при сверхвысоких давлениях.

Проведенные научными сотрудниками саровского центра еще в конце 40-х - начале 50-х годов исследования существенно опередили результаты наших американских соперников. В 1948 г. К.И. Щелкин поручил коллективу нашей лаборатории "переселиться. в мегабарную область и передать оттуда информацию о сжимаемости металлов при давлениях, не меньших, чем 3 мегабара. Задание это экспериментаторами было перевыполнено, и потолок для железа стал 13 мегабар, а для урана - 18 мегабар. Для проведения этих исследований были разработаны взрывные устройства с использованием сходящихся ударных волн большой интенсивности. Результаты по ударной сжимаемости семи металлов в диапазоне давлений до пяти мегабар были опубликованы через 10 лет - в 1958 году [ 1 ]. Американцы к этому времени опубликовали данные только до 500 килобар. Сравнительно недавно (1988 г.) ливерморские ученые писали: "Советским физикам удалось достичь в никеле и меди ударных давлений десять мегабар на неизвестных измерительных устройствах, и пока эти результаты никем не превзойдены" [ 2 ]. Впервые схемы наших лабораторных измерительных конструкций были доложены лишь в 1996г. на международном симпозиуме в Дубне и на юбилейной сахаровской конференции по физике (ФИАН, Москва) и тогда же опубликованы в [ 3 ]. Многочисленные опыты по изучению свойств металлов и других веществ в ударных и детонационных волнах проводили сотрудники указанных выше отделов ВНИИЭФ. В моем отделе это был замечательный коллектив молодых специалистов. В первые годы ведущая роль принадлежала С.Б.Кормеру , К.К.Крупникову и Б.Н.Леденеву . Выдающийся вклад в изучение сжимаемости металлов был внесен экспериментаторами А.А.Бакановой , М.Н.Павловским , Р.Ф.Труниным и А.И.Фунтиковым . Теоретическую интерпретацию опытов осуществляли Г.М.Гандельман и Я.Б.Зельдович .

Постоянное общение их с экспериментаторами позволило уже в первой публикации правильно интерпретировать открытие автором, А.А.Бакановой и И.П. Дудоладовым особенностей сжатия редкоземельных и щелочноземельных металлов. В пионерских исследованиях С.Б.Кормера , М.В.Синицына , Г.А.Кириллова , В.Д.Урлина и др. были измерены температуры детонации ВВ и прозрачных диэлектриков, были получены их уравнения состояния и зарегистрированы кривые плавления до нескольких тысяч градусов (1956 год). Кроме Зельдовича, в те далекие годы мало кто представлял, что для понимания свойств металлов в экстремальных состояниях знания одной ударной адиабаты совершенно недостаточно. На фазовой диаграмме ударную адиабату можно уподобить тропинке, окруженной неизведанными джунглями.

По обширной программе, намеченной Зельдовичем еще в 1948 г., усилия советских исследователей многие годы были направлены на получение дополнительной информации. С этой целью в группе С.Б.Кормера были измерены скорости звука за фронтами сильных ударных волн. Другим новаторским направлением стало изучение в коллективах Крупникова и Кормера ударной сжимаемости порошкообразных металлов. Позже В.Е.Фортовым была реализована еще одна экспериментальная идея Зельдовича - регистрация изэнтроп расширения металлов. Подробнее об изучении экстремальных состояний вещества в ударных волнах см. [ 4 , 5 , 6 , 7 ].

Конечно, не все шло гладко, порой возникали поистине драматические противоречивые ситуации. Драматизм был связан с жесткими правительственными сроками и сверхважностью выполняемой государственной задачи. При этом следует учесть, что и автор статьи, и В.А.Цукерман да и многие другие наши коллеги были в этой области исследований в основном новичками. В сущности мы начинали с чистой страницы, многое приходилось придумывать "с нуля". Несколько эпизодов самого начального периода работы, 47-49гг., когда готовилось первое испытание, приведены в [ 8 ] (глава "Буря накануне взрыва"). Добавлю, что жестко раскритикованная Н.Н. Семеновым первичная методика В.А. Цукермана по определению значения давления детонации ВВ в своей основе была правильной и очень эффективной. После ее модификации и проведения В.Н. Зубаревым опытов на так называемых "зебровых" зарядах для используемого сплава тротила и гексогена были получены значения скорости продуктов взрыва близкие к прогнозам Ландау и Станюковича (2000 м/сек) и соответственно давление 250 кбар. В дополнение к сказанному в [ 8 ] поделюсь некоторыми личными впечатлениями. Давление продуктов взрыва обычных ВВ на делящиеся материалы, как указывалось выше, существенно определяло работоспособность конструкции бомб. Как я уже говорил, свойства сильно сжатого взрывной ударной волной ДМ изучались на натурных моделях атомных бомб в отделе К.И. Щелкина и на уменьшенных моделях в моем отделе. Приехавший на объект И.В.Курчатов попросил сопоставить результаты двух отделов, проведя опыты на образцах одного и того же типа. И оказалось, что давление сжатого вещества, полученное в экспериментах В.И.Жучихина , на 10% выше нашей цифры. Возникла тяжелая ситуация, с таким расхождением нельзя идти на испытания. По-счастью, А.А.Бриш заметил некую систематическую ошибку в опытах В.И.Жучихина, после устранения которой проводимые независимо эксперименты дали одни и те же результаты. Истина была установлена. (Виктор Иванович подробно описывает этот эпизод в своей очень интересной книге [ 9 ]). Что касается возникшего незадолго перед первыми испытаниями противоречия с данными, полученными методом Завойского, то добавлю лишь, что, хотя в данном случае Евгений Константинович оказался неправ, но в чуть измененном виде электромагнитный метод Завойского и в СССР, и за рубежом стал одним из основных методов изучения детонации и ее развития в переходных режимах.

Школа Ю.Б.Харитона получила международное признание. Об этом свидетельствует, в частности, премия, присужденная автору данной статьи в 1991 г. Американским физическим обществом за исследования при высоких давлениях в условиях ударного сжатия. "Ваши исследования выполнялись превосходными экспериментаторами", - сказали мне в Ливерморском атомном научном Центре американские ученые. "Можете ли вы назвать хотя бы одну свою ошибку?" - спрашивали они. "Я считал в 1957 году, что вода в ударных волнах замерзает, но оказалось, что это не так", - вспомнил я. Впрочем, это был только вопрос интерпретации. Через 30 лет с помощью тонкой спектроскопической регистрации американский ученый Холмс выяснил, что особенности ударного сжатия воды при 100 килобарах вызваны распадом межатомных водородных связей, а не замерзанием воды.

Помимо исследования необычных свойств материи, в экспериментальных отделах ВНИИЭФ на моделях измерялись параметры различных вариантов атомного оружия, предлагались более эффективные принципы сжатия ДМ.

Ссылки: